一种应用于微电流检测的磁阻式传感器的制作方法

1.本发明涉及磁阻传感器技术领域，更具体的说是涉及一种应用于微电流检测的磁阻式传感器。


背景技术：

2.电力系统中的高压套管、避雷器、绝缘子、电缆是电力系统重要的高压电力设备，泄漏电流是表征这些电力设备绝缘状态的关键参量，基于泄露电流法在线监测绝缘状态应用前景极其广阔。泄漏电流通常由交直流成分混合而成，包含ma级交流和μa级直流(通常1-10μa)，现有测量手段均无法满足，亟需高分辨率电流传感新技术；而高压电力设备的电磁环境复杂，对新传感器的抗干扰性能要求极高。
3.磁阻传感器是基于磁阻效应工作原理，其核心部分采用一片特殊金属材料，其电阻值随外界磁场的变化而变化，通过外界磁场的变化来测量物体的变化或状况，已达到对不同电压和电流进行检测，磁阻传感器检测精度高、灵敏度高、分辨率高以及具有良好稳定性的效果，能够应用于低磁场测量、角度和位置的测量。
4.磁性材料具有各向异性，对进行磁化时，磁化方向将取决于材料的易磁化轴、材料的形状和磁化磁场的方向，当给磁性材料通电流时，材料的电阻取决于电流的方向与磁化方向的夹角，若给材料施加磁场，会使原来的磁化方向转动，如果磁化方向转向垂直于电流的方向，则磁性材料的电阻将减小，如果磁化方向转向平行于电流的方向，则材料的电阻将增大，磁阻效应传感器一般由四个电电阻组成，并形成电桥，在施加磁场作用下，电桥中位于相对位置的电阻阻值增大，其他相对的电阻阻值减小，在线性范围内，电桥的输出电压与施加磁场成正比。
5.现有磁阻传感器有异向性磁阻、巨磁阻以及穿隧式磁阻等类型，现可以达到小型化和高度集成化的程度，但是在传感器进行检测时，由于现有磁阻传感器结构设置时会设置有扎钉层，在扎钉层的作用下会使得整体结构在检测时，会使得检测精度受影响，以至于只能对大电流进行检测，检测精度通常在100微安以上，达不到对更高的检测精度，对此一种能够对于微电流进行检测的磁阻式传感器亟待解决。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种应用于微电流检测的磁阻式传感器，具有能够对微电流进行检测，达到提高检测精度的效果。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
8.一种应用于微电流检测的磁阻式传感器，包括至少一个磁阻传感器，所述磁阻传感器位于距离待测导体外表面的径向设置有偏置测量距离，所述磁阻传感器包括磁阻本体和设置于磁阻本体内的至少一个辅助线圈，所述辅助线圈用于产生所述偏置磁场，所述偏置磁场形成作用于待测导体上的饱和磁通，所述待测导体沿磁阻传感器轴向方向产生过场电流，所述过场电流产生过场磁场，所述偏置磁场与所述过场磁场矢量叠加，所述偏置磁场
的方向与所述过场磁场的磁场方向呈锐角设置，所述待测导体与所述磁阻传感器之间绕设有多匝绕组，所述偏置磁场和待测导体之间还设置有矢量磁阻，所述矢量磁阻用于产生矢量磁场，所述矢量磁场作用于所述过场磁场，所述矢量磁阻与所述磁阻本体之间通过导接磁件连接，所述磁阻本体和矢量磁阻上分别连接有测量电极；
9.所述待测导体外圈还设置有隔离支撑件，所述隔离支撑件两端外表面至少部分嵌入至磁阻本体和待测导体，所述待测导体外还设置有附加线圈，所述待测导体内产生电流时，所述附加线圈产生修正磁场，所述修正磁场作用与偏置磁场和过场磁场、矢量磁场和过场磁场，用于修正所述偏置磁场或矢量磁场，以使用于放大和/或估计所述偏置磁场和矢量磁场产生信号的电子单元。
10.作为本发明的进一步改进，围绕所述待测导体的周面对称分布有至少一对磁阻传感器，所述磁阻传感器为由所述偏置磁场呈45
°
角的探测待测导体中的电流进行驱动。
11.作为本发明的进一步改进，所述待测导体中产生大于100μa的电流进行测量时，用于产生所述修正磁场的附加线圈作用于所述待测导体进行校正以用于补偿矢量磁场；
12.所述待测导体中产生小于100μa大于10μa的电流进行测量时，用于产生所述修正磁场的附加线圈作用与所述磁阻本体进行放大偏置磁场以用于补偿偏置磁场；
13.所述待测导体中产生小于或等于10μa的电流进行测量时，用于产生所述修正磁场的附加线圈作用于所述磁阻本体和待测导体进行校正以用于补偿偏置磁场和矢量磁场。
14.作为本发明的进一步改进，所述磁阻本体位于与所述待测导体外表面相距1至8mm范围内的距离处。
15.作为本发明的进一步改进，所述磁阻传感器是具有四元件惠斯通布置的传感器。
16.作为本发明的进一步改进，所述偏置磁场至少为4.25mt，所述偏置磁场随流经待测导体内的电流单位时间内的磁通变化范围为0.05％-0.1％。
17.作为本发明的进一步改进，所述磁阻本体包括基板、绝缘层、导接结构以及磁阻结构，所述基板内形成磁阻腔室，所述磁阻腔室内沿径向方向依次设置导接结构、磁阻结构和绝缘层，所述导接结构朝向待测导体一侧，所述基板上还穿设有扎钉层，所述扎钉层沿基板外壁扎设至所述绝缘层内，所述基板内壁还设置有导磁凸起，所述导磁凸起穿设至所述导接结构内，所述测量电极与所述导接结构背离磁阻结构的一侧连接。
18.作为本发明的进一步改进，所述磁阻结构包括磁阻元件和磁屏元件，所述磁阻元件材料为铁磁材料、反铁磁材料、非铁磁性金属材料、穿隧氧化材料中的一种或多种，所述磁屏元件为铁磁材料中混合铝、钴、镍中的一种或多种材料组合。
19.作为本发明的进一步改进，所述绝缘层为经低温热制所形成的氧化硅和氮化硅叠层。
20.作为本发明的进一步改进，所述磁阻式传感器用于测量10微安以下的微电流。
21.本发明的有益效果：通过将磁阻传感器与待测本体之间形成偏置测量距离，在偏置测量距离中设置隔离支撑件，在隔离支撑件的作用下，不仅起到支撑磁阻传感器的作用，还能够起到控制偏置测量距离的效果，磁阻传感器包括磁阻本体和至少一个辅助线圈，在辅助线圈的作用下产生偏置磁场，使得当待测导体中流经电流时，待测导体产生矢量磁场，偏置磁场和矢量磁场矢量叠加，从而通过矢量差量达到检测流经待测导体中的电流值，在待测导体外还设置有附加线圈，附加线圈产生修正磁场，修正磁场作用于偏置磁场或矢量
磁场，使得能够提高整体的检测精度，达到对微弱电流的检测，尤其是对10微安以下电流的检测，实现了能够对微电流进行检测，达到提高检测精度的效果。
附图说明
22.图1为体现在待测导体内通入电流值不同时磁场变化的示意图；
23.图2为体现通电流时偏置磁场和过场磁场的夹角变化示意图；
24.图3为体现通电流时磁场波动的函数图；
25.图4为体现未通电流时偏置磁场和过场磁场的夹角示意图；
26.图5为体现未通电时磁场波动的函数图；
27.图6为体现整体磁阻传感器的结构示意图；
28.图7为体现磁阻本体内部结构的示意图。
29.附图标记：1、磁阻传感器；2、矢量磁阻；3、隔离支撑件；4、附加线圈；5、磁阻本体；51、基板；52、绝缘层；53、导接结构；54、磁阻结构；55、扎钉层；56、导磁凸起；6、待测导体。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
31.参考图1至图7所示，为本发明一种应用于微电流检测的磁阻式传感器的具体实施方式，包括至少一个磁阻传感器1，磁阻传感器1为具有四元件惠斯通布置的传感器，所述磁阻传感器1位于距离待测导体6外表面的径向设置有偏置测量距离，所述磁阻传感器1包括磁阻本体5和设置于磁阻本体5内的至少一个辅助线圈，所述辅助线圈用于产生所述偏置磁场，所述偏置磁场形成作用于待测导体6上的饱和磁通，偏置测量距离为1至8mm范围，本实施例中优选偏置测量测距为5mm，使得在此偏置测量距离范围内饱和磁通能够充分的覆盖待测导体6，达到对待测导体6最佳的磁场覆盖，并且还能够起到减小待测导体6内的电流对磁阻传感器1的暂态干扰，所述待测导体6沿磁阻传感器1轴向方向产生过场电流，所述过场电流产生过场磁场，所述偏置磁场与所述过场磁场矢量叠加，偏置磁场至少为4.25mt，偏置磁场随流经待测导体6内的电力单位时间内的磁通变化范围为0.05％-0.1％，使得通过对磁通变化的控制，控制磁通量保持在最佳的范围内，达到整体磁阻传感器1能够稳定检测的效果，所述偏置磁场的方向与所述过场磁场的磁场方向呈锐角设置，围绕所述待测导体6的周面对称分布有至少一对磁阻传感器1，所述磁阻传感器1为由所述偏置磁场呈45
°
角的探测待测导体6中的电流进行驱动，使得能够对待测导体6进行探测驱动控制，所述待测导体6与所述磁阻传感器1之间绕设有多匝绕组。
32.所述偏置磁场和待测导体6之间还设置有矢量磁阻2，所述矢量磁阻2用于产生矢量磁场，所述矢量磁场作用于所述过场磁场，所述矢量磁阻2与所述磁阻本体5之间通过导接磁件连接，所述磁阻本体5和矢量磁阻2上分别连接有测量电极，由于磁阻本体5和矢量磁阻2上分别连接有测量电极，使得在于磁阻本体5连接的测量电极导电时，矢量磁阻2不产生矢量磁场，此时在偏置磁场和过场磁场的作用下，对待测导体6进行大电流检测，但与矢量
磁阻2连接的测量电极导电时，矢量磁阻2产生矢量磁场，矢量磁场作用与偏置磁场和过场磁场，从而提高对于微电流的检测精度，以使磁阻式传感器能够用于测量10微安以下的微电流，达到提高对微电流进行检测的效果。
33.所述待测导体6外圈还设置有隔离支撑件3，所述隔离支撑件3两端外表面至少部分嵌入至磁阻本体5和待测导体6，使得在隔离支撑件3的作用下，不仅能够对磁阻本体5进行支撑，还能够起到保持偏执测量距离保持稳定，不易出现因偏置测量距离出现偏差引起的偏置磁场与过流磁场矢量叠加出现误差的情况，所述待测导体6外还设置有附加线圈4，所述待测导体6内产生电流时，所述附加线圈4产生修正磁场，所述修正磁场作用与偏置磁场和过场磁场、矢量磁场和过场磁场，用于修正所述偏置磁场或矢量磁场，以使用于放大和/或估计所述偏置磁场和矢量磁场产生信号的电子单元，从而实现在当附加线圈4产生修正磁场，在修正磁场的作用下，对偏置磁场或矢量磁场进行修正，剔除因干扰因素产生的磁场误差量，从而达到提高检测精度的效果，排除干扰因素对检测的影响。
34.所述待测导体6中产生大于100μa的电流进行测量时，用于产生所述修正磁场的附加线圈4作用于所述待测导体6进行校正以用于补偿矢量磁场；
35.所述待测导体6中产生小于100μa大于10μa的电流进行测量时，用于产生所述修正磁场的附加线圈4作用与所述磁阻本体5进行放大偏置磁场以用于补偿偏置磁场；
36.所述待测导体6中产生小于或等于10μa的电流进行测量时，用于产生所述修正磁场的附加线圈4作用于所述磁阻本体5和待测导体6进行校正以用于补偿偏置磁场和矢量磁场；实现在对于待测到体内电流通量的不同进行调整修正磁场的修正对象，达到提高对偏置磁场或矢量磁场的修正补偿。
37.所述磁阻本体5包括基板51、绝缘层52、导接结构53以及磁阻结构54，所述基板51内形成磁阻腔室，所述磁阻腔室内沿径向方向依次设置导接结构53、磁阻结构54和绝缘层52，所述导接结构53朝向待测导体6一侧，所述基板51上还穿设有扎钉层55，所述扎钉层55沿基板51外壁扎设至所述绝缘层52内，所述基板51内壁还设置有导磁凸起56，所述导磁凸起56穿设至所述导接结构53内，所述测量电极与所述导接结构53背离磁阻结构54的一侧连接，所述磁阻结构54包括磁阻元件和磁屏元件，所述磁阻元件材料为铁磁材料、反铁磁材料、非铁磁性金属材料、穿隧氧化材料中的一种或多种，所述磁屏元件为铁磁材料中混合铝、钴、镍中的一种或多种材料组合，绝缘层52为经低温热制所形成的氧化硅和氮化硅叠层，使得在绝缘层52的作用下最大化的屏蔽外界对磁阻元件的影响，并且起到绝缘的作用，在磁阻元件的作用下提高整体检测策测量的效果，整体结构采用沿基板51径向结构方向设置，并且基板51与绝缘层52和导接结构53之间均形成有固定结构，使得整体结构稳固，达到稳定检测的效果，并不易受外界和自身内部的干扰因素干扰检测精度。
38.工作原理及其效果：
39.通过将磁阻传感器1与待测本体之间形成偏置测量距离，在偏置测量距离中设置隔离支撑件3，在隔离支撑件3的作用下，不仅起到支撑磁阻传感器1的作用，还能够起到控制偏置测量距离的效果，磁阻传感器1包括磁阻本体5和至少一个辅助线圈，在辅助线圈的作用下产生偏置磁场，使得当待测导体6中流经电流时，待测导体6产生矢量磁场，偏置磁场和矢量磁场矢量叠加，从而通过矢量差量达到检测流经待测导体6中的电流值，在待测导体6外还设置有附加线圈4，附加线圈4产生修正磁场，修正磁场作用于偏置磁场或矢量磁场，
使得能够提高整体的检测精度，达到对微弱电流的检测，尤其是对10微安以下电流的检测，实现了能够对微电流进行检测，达到提高检测精度的效果。
40.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。