一种基于TMR的微弱电流传感器信号处理电路

文档序号:35876431发布日期:2023-10-28 12:58阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于tmr的微弱电流传感器信号处理电路,其特征在于,包括电源电路模块、偏置调零电路、tmr传感器芯片、仪表放大电路、滤波电路、功率放大电路、反馈电路及采样电路,所述电源电路模块分别与tmr传感器芯片和偏置调零电路电性连接,tmr传感器芯片和偏置调零电路均与仪表放大电路电性连接,仪表放大电路与滤波电路电性连接,滤波电路与功率放大电路电性连接,功率放大电路与反馈电路电性连接,反馈电路分别与采样电路和tmr传感器芯片电性连接;所述tmr传感器芯片用于对磁场信号进行收集与转化;所述电源电路模块能够实现从单极性电压到双极性电压的变换并满足供电稳定性;偏置调零电路是对tmr传感器芯片产生的偏置电压信号进行调零处理;仪表放大电路用于放大tmr电流传感器芯片的输出信号;滤波电路用于对信号进行滤波处理,排除杂散信号的干扰;功率放大电路用于对前端信号进行功率放大,以此来驱动反馈电路中反馈线圈的运行;反馈电路用于反馈电流的形成;采样电路用于对反馈电路中采样电阻上电压的获取,间接获知反馈电流的大小。

2.根据权利要求1所述的基于tmr的微弱电流传感器信号处理电路,其特征在于,信号处理电路供电部分的正电压端vcc和负电压端vee均由外部电源提供,电源电路模块设有一集成芯片u6,集成芯片u6的1脚分别与电感l3和电容c26的一端连接,电感l3另一端分别与正电压端vcc和电容c25的一端连接,电容c25的另一端和集成芯片u6的2脚接地,电容c26的另一端与电容c27的一端连接,电容c27的另一端接地;集成芯片u6的6脚分别与电感l2和电容c21的一端连接,电容c21的另一端接地,电感l2的另一端分别与正电压端vcc和电容c22的一端连接,电容c22的另一端接地;集成芯片u6的4脚分别与电感l4和电容c23的一端连接,电容c23的另一端接地,电感l4的另一端分别与负电压端vee和电容c24的一端连接,电容c24的另一端接地;集成芯片u6的5脚接地。

3.根据权利要求1所述的基于tmr的微弱电流传感器信号处理电路,其特征在于,仪表放大电路包含前端放大电路,滤波电路包括与前端放大电路连接的电阻r2、电容c3、电容c7、电阻r12和电容c9;前端放大电路中设有运算放大器u2a,运算放大器u2a的3脚分别与电阻r2的一端、电容c3的一端和电容c7的一端连接,电阻r2的另一端与信号输入点signal1+连接,电容c3的另一端接地,电容c7的另一端与运算放大器u2b的5脚连接;运算放大器u2b的5脚还分别与电阻r12的一端和电容c9的一端连接,电容c9的另一端接地,电阻r12的另一端与信号输入点signal1-连接;运算放大器u2a的2脚分别与电阻r8和电阻r5的一端连接,电阻r5的另一端与信号输出点signal2+连接,同时,电阻r5上并联连接一电容c5;电阻r8的另一端分别与电阻r9的一端和运算放大器u2b的6脚连接,电阻r9的另一端与信号输出点signal2-连接,同时,电阻r9上并联连接一电容c8;运算放大器u2a的5脚串联电阻r1后与正电压端vcc连接,运算放大器u2a的1脚与信号输出点signal2+连接;运算放大器u2b的7脚与信号输出点signal2-连接;跟随器u3a的3脚分别与电阻r4和电阻r6的一端连接,电阻r4的另一端与信号输出点signal2+连接,电阻r6的另一端与信号输出点signal2-连接;跟随器u3a的2脚分别与稳压管q1的3脚、稳压管q2的2脚和信号输入点signal0连接,稳压管q1的2脚与电容c1串联后接地,稳压管q1的1脚分别与电阻r3和电阻r7的一端连接,电阻r3的另一端与电容c1连接,电阻r7的另一端分别与稳压管q1的3脚和电阻r10的一端连接,稳压管q1的3脚与稳压管q2的2脚连接,电阻r10的另一端分别与电阻r11的一端和稳压管q2的1脚连接,电阻r11的另一端分别与稳压管q2的3脚、电容c10的一端、电阻r15的一端和运算放大器u2a的4脚连接;电容c10的另一端接地,电阻r15的另一端与负电压端vee连接;跟随器u3a的1脚与信号输入点signal0连接;跟随器u3a的4脚分别与负电压端vee和电容c6的一端连接,电容c6的另一端接地;跟随器u3a的5脚分别与正电压端vcc和电容c2的一端连接,电容c2的另一端接地;运算放大器u2b的4脚与电容c10连接,运算放大器u2b的8脚与电容c1连接。

4.根据权利要求3所述的基于tmr的微弱电流传感器信号处理电路,其特征在于,仪表放大电路还包含次级信号放大电路,滤波电路还包括与次级信号放大电路连接的电阻r19、电容c11、滤波电容c13、电阻r24和电容c15;次级信号放大电路中设有集成芯片u4,集成芯片u4的1脚和8脚外并联一个可调电阻r17,用于对整个电路增益的设置;集成芯片u4的2脚分别与电容c11的一端、滤波电容c13的一端和电阻r19的一端连接,电阻r19的另一端与前端放大电路的信号输出点signal2-连接,滤波电容c13的另一端接地;集成芯片u4的3脚分别与电容c15的一端、滤波电容c13的另一端和电阻r24的一端连接,电阻r24的另一端与前端放大电路的信号输出点signal2+连接,电容c15的另一端接地;集成芯片u4的4脚分别与电阻r26的一端和电容c16的一端连接,电阻r26的另一端与-5v电源端连接,电容c16的另一端接地;集成芯片u4的5脚作为ref1引脚,ref1引脚与电阻r27串联后接地;集成芯片u4的7脚分别与电阻r22的一端和电容c14的一端连接,电阻r22的另一端与+5v电源端连接,电容c14的另一端接地;集成芯片u4的6脚为输出vout11。

5.根据权利要求4所述的基于tmr的微弱电流传感器信号处理电路,其特征在于,偏置调零电路中设有运算放大器u5a,运算放大器u5a的5脚分别与电阻r21的一端和电容c12的一端连接,电容c12的另一端接地,电阻r21的另一端与可调电阻r20的调节端连接,可调电阻r20一端与电阻r16串联后接正电压端vcc,可调电阻r20的另一端与电阻r28串联后接负电压端vee;同时,可调电阻r20外并联有串联连接的电阻r18和电阻r25;运算放大器u5a的6脚和7脚均与电阻r23串联后接集成芯片u4的ref1引脚;运算放大器u5a的8脚接正电压端vcc;运算放大器u5a的4脚接负电压端vee。

6.根据权利要求4所述的基于tmr的微弱电流传感器信号处理电路,其特征在于,功率放大电路设有一运算放大器,反馈电路包含反馈线圈j1和采样电阻r32;运算放大器u6a的3脚分别与电阻r29的一端和电容c29的一端连接,电容c29的另一端接地,电阻r29的另一端接入次级信号放大电路的输出vout11;运算放大器u6a的1脚和2脚均与电阻r30的一端连接,电阻r30的另一端与反馈线圈j1一端连接,反馈线圈j1的另一端与采样电阻r32一端连接,采样电阻r32另一端接地;运算放大器u6a的8脚分别与电容c17的一端和正电压端vcc连接,电容c17的另一端接地;运算放大器u6a的4脚分别与电容c19的一端和负电压端vee连接,电容c19的另一端接地。

7.根据权利要求1所述的基于tmr的微弱电流传感器信号处理电路,其特征在于,采样电路设有一运算放大器u7a,运算放大器u7a的5脚与电容c20的一端连接,电容c20的另一端接地;运算放大器u7a的6脚分别与电阻r33和电阻r34的一端连接,电阻r34的另一端接地,电阻r33的另一端与测试端口j2的一端连接,运算放大器u7a的7脚也与测试端口j2的一端连接,测试端口j2的另一端接地;运算放大器u7a的8脚与正电压端vcc连接;运算放大器u7a的4脚与负电压端vee连接。


技术总结
本技术属于电流传感器领域,具体涉及一种高精度、高灵敏度的TMR微弱电流传感器信号处理电路。该信号处理电路包括电源电路模块、TMR传感器芯片、仪表放大电路、滤波电路、偏置调零电路、功率放大电路、反馈电路及采样电路等组成。待测微弱电流产生磁场,在外加聚磁环和反馈线圈的作用下,再经过本技术的电路处理部分实现闭环结构型测量,通过TMR传感器芯片、仪表放大电路、滤波电路、偏置调零电路、功率放大电路、反馈电路及采样电路等对信号进行提取、放大、滤波、采样等实现对待测电流的精确测量,同时闭环型结构也很大程度上减小了外界干扰因素对测量的影响,实现传感器对微弱电流测量的高精度和高灵敏度的测量要求。

技术研发人员:张巨锋,李伟,陈忠斌,刘鹏,裴蕴智
受保护的技术使用者:华东交通大学
技术研发日:20230522
技术公布日:2024/1/15
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