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基于隧道磁阻效应的电流传感器设计

电视技术 2022年第12期46卷 8-13页

作者：陈玲君徐少华绍兴职业技术学院浙江绍兴312000

针对复杂电流环境下高精度电流采样的需求,设计基于隧道磁阻效应的电流传感器,它能有效实现在直流和偶次谐波影响下的高精度电流采样,直接替换微型电磁式电流互感器。研制了基于隧道磁阻效应的电子式电流传感器样机并进行实验,在直流(半... 详细信息

针对复杂电流环境下高精度电流采样的需求,设计基于隧道磁阻效应的电流传感器,它能有效实现在直流和偶次谐波影响下的高精度电流采样,直接替换微型电磁式电流互感器。研制了基于隧道磁阻效应的电子式电流传感器样机并进行实验,在直流(半波)条件下测试,电子式电流传感器采样的电表用电量与锰铜采样的电表用电量基本接近,误差基本为零,而电磁式电流互感器采样的电表在不同功率因数下计量都不准确。该传感器能够广泛应用于智能电网、新能源和广播电视领域设备的电流测量,如新能源汽车、直流充电桩等应用。

关键词：隧道磁阻效应电流传感器偶次谐波

基于隧道磁阻效应的高频电磁感应电流检测技术研究

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基于隧道磁阻效应的高频电磁感应电流检测技术研究

作者：黄晓龙中北大学

学位级别：硕士

电火工品作为一种含能引爆装置,在武器系统以及爆破装置中应用十分广泛,当电磁能量在电火工品上进一步积聚,随时会造成电火工品的误引爆,造成不可估量的人员财产损失。在科学技术高速发展的时代,电磁技术也搭上发展的快车高歌猛进,电磁... 详细信息

电火工品作为一种含能引爆装置,在武器系统以及爆破装置中应用十分广泛,当电磁能量在电火工品上进一步积聚,随时会造成电火工品的误引爆,造成不可估量的人员财产损失。在科学技术高速发展的时代,电磁技术也搭上发展的快车高歌猛进,电磁空间中充斥着各种频率段的电磁波信号,对火工品的稳定工作造成巨大的威胁,在如今的无人作战体系当中,应用通信、导航、火力打击等各个方面的武器装备系统,都会源源不断的发出电磁波,因此为了使电火工品安全存储,稳定工作,保障其各项性能指标满足要求,必须要探明威胁电火工品的直接原因,减少走火误爆造成的损失。首先,本文对电火工品所处的恶劣工作环境进行简单分析,并对威胁电火工品的各项因素简要概括。对比常用电火工品检测方法,并分析各种电火工品感应电流检测方法的优势与不足。创新性的将锁相放大检测技术应用于电火工品的感应电流检测研究工作中,可以有效的减小噪声的干扰,采用隧道磁阻探头进行检测,避免产生引入误差,增大检测结果的准确度。然后,采用双脊形波导进行电磁辐射环境模拟并进行标定,通过设计混频电路、低通滤波电路、差分放大电路以及锁相放大电路等对隧道磁阻探头的输出数据进行检测,同时,对隧道磁阻探头进行标定,对感应电流的检测精度、感应电流与辐射场强的关系进行分析。最后,通过系统联调,对电火工品的安全感应电流进行预测,建立基于双脊形波导的感应电流数学模型,最终成功在辐射频率为10KHz-18GHz范围内检测,感应电流检测精度0.2mA,实现对电火工品的安全性能评估。通过本文的研究,提供了一种基于锁相放大技术与隧道磁阻效应的非接触式电火工品安全性能评估方法,可以有效为军事武器的电磁安全性能进行预测与评估,从而能够及时发现系统装置的缺陷与不足,为人员与装备的安全提供有力保障。

关键词：隧道磁阻效应感应电流检测电火工品锁相放大

基于隧道磁阻效应的离心式微陀螺关键技术研究

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基于隧道磁阻效应的离心式微陀螺关键技术研究

作者：秦世洋中北大学

学位级别：硕士

随着全球信息化,惯性导航市场需求与日俱增,微机械陀螺作为导航系统的核心器件之一不可或缺。随着市场对微陀螺的检测精度要求越来越高,高精度微陀螺研制过程中需要解决的关键问题是对微弱位移的测试。微陀螺常规的检测方式是电容检测,... 详细信息

随着全球信息化,惯性导航市场需求与日俱增,微机械陀螺作为导航系统的核心器件之一不可或缺。随着市场对微陀螺的检测精度要求越来越高,高精度微陀螺研制过程中需要解决的关键问题是对微弱位移的测试。微陀螺常规的检测方式是电容检测,由于接口电路分辨率已经达到极限,梳齿电压容易击穿,横向冲击时会吸合失效,很难对微弱位移进行测试。因此,国内急需探索新效应、新结构的高精度微陀螺技术研究,实现技术突破。隧道磁阻效应(Tunnel Magneto-resistance,TMR)是一种自旋相关的隧穿效应,非常微弱的磁场变化可以引起巨大的电阻变化,具有高灵敏度、高分辨率、低功耗、小体积的优势,可以有效解决传统检测效应的陀螺检测精度不高的难题。本文设计了一种基于隧道磁阻效应离心式微陀螺结构,首先对离心式微陀螺进行力学建模,通过对微陀螺进行动力学特性分析研究,获得灵敏度达1.69 nm/°/s的微陀螺结构,分析了离心式陀螺结构的阻尼组成以及对应的理论计算模型;其次研究高变化率检测磁场技术,采用回折型通电线圈检测磁场方案,磁场变化率达9×1044 Oe/nm;再次对隧道磁阻技术进行了研究,提出的四桥路隧道磁阻检测方案可有效抑制外界磁场干扰,磁阻灵敏度达7 mV/Oe;最后对离心式隧道磁阻微陀螺的灵敏度、噪声水平等性能指标进行了计算分析,理论推导获得微陀螺总的灵敏度为10.65 mV/°/s,噪声水平达2.36×10°/s/√Hz。本文结合陀螺结构特点和国内工艺加工水平,研究了离心式隧道磁阻效应检测的微陀螺加工工艺,设计了微陀螺具体的加工工艺流程以及对应的掩模版版图。初步完成了回折型通电线圈的制备,搭建了磁阻效应测试平台,对离心式隧道磁阻效应陀螺的磁阻效应进行了测试,为后续离心式微陀螺性能测试奠定了良好的实验基础。

关键词：微陀螺隧道磁阻效应离心式灵敏度

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基于多桥路隧道磁阻效应的双轴微加速度计

舰船电子工程 2022年第12期42卷 165-168,186页

作者：张鹏郭春宏宫美梅金丽中北大学仪器与电子学院太原030051 中北大学微系统集成研究中心太原030051

论文利用隧道磁阻效应设计了一种高分辨率的双轴微机械加速度计。该加速度计基于正交回折形线圈产生的高变化率磁场实现对x、y方向输入加速度的独立检测;其次阐述提出的新型多桥路隧道磁阻结构,通过理论仿真计算验证该新型桥路结构不但... 详细信息

论文利用隧道磁阻效应设计了一种高分辨率的双轴微机械加速度计。该加速度计基于正交回折形线圈产生的高变化率磁场实现对x、y方向输入加速度的独立检测;其次阐述提出的新型多桥路隧道磁阻结构,通过理论仿真计算验证该新型桥路结构不但可抑制静态磁场的干扰,且具有更明显的差分放大作用;最后,通过有限元仿真及相关参数计算,验证了加速度计工作的可行性,并证明该加速度计具有较高灵敏度及抗干扰能力。

关键词：微加速度计隧道磁阻效应多桥路结构有限元灵敏度

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基于3D打印的隧道磁阻加速度计研究

传感器与微系统 2023年第12期42卷 25-28页

作者：陈新茹杨波东南大学仪器科学与工程学院江苏南京210096 东南大学微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室江苏南京210096

由于隧道磁阻(TMR)效应具有高灵敏度优势,被用于加速度的检测,设计了一种基于3D打印的TMR加速度计。首先,根据线性加速度计的工作原理,推导出输入加速度与输出位移的关系,同时通过对永磁体数学模型的分析得出永磁体周围磁场强度变化率... 详细信息

由于隧道磁阻(TMR)效应具有高灵敏度优势,被用于加速度的检测,设计了一种基于3D打印的TMR加速度计。首先,根据线性加速度计的工作原理,推导出输入加速度与输出位移的关系,同时通过对永磁体数学模型的分析得出永磁体周围磁场强度变化率与位移变化的关系;接着,根据TMR效应的原理,设计加速度计整体架构,实现加速度—位移—磁场—电压的转换;随后,设计加速度计机械结构,进行机械结构仿真优化与磁场仿真分析,确定结构参数和布局方式;最后,设计了TMR加速度计测控电路,进行电路仿真和实验验证。实验测试数据显示,该TMR加速度计标度因数为161.1 mV/gn。

关键词：隧道磁阻效应加速度计永磁体测控电路

基于TMR传感器阵列与数值积分的电流测量技术研究

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电测与仪表 2024年第5期61卷 204-211页

作者：范伟欣李开成陈浩肖贤贵陈西亚华中科技大学电气与电子工程学院强电磁工程与新技术国家重点实验室武汉430074 华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心武汉430074

为满足智能电网对先进传感技术和复杂电磁环境下高精度电流测量的需求,提出一种基于TMR传感器阵列和Newton-Cotes数值求积算法的电流测量方法。通过建立复杂干扰磁场环境的仿真模型,验证了不同状况下求积算法的准确性;设计了电流传感器... 详细信息

为满足智能电网对先进传感技术和复杂电磁环境下高精度电流测量的需求,提出一种基于TMR传感器阵列和Newton-Cotes数值求积算法的电流测量方法。通过建立复杂干扰磁场环境的仿真模型,验证了不同状况下求积算法的准确性;设计了电流传感器的系统结构和硬件电路;制作了测量装置样机,搭建了实验平台,并进行了性能测试。结果表明,文中提出的方案具有较高的测量精度和抗外磁场干扰能力,在无聚磁环的情况下,0~16 A电流测量范围内最大相对误差分别为直流0.31%和工频交流1.00%,在电流导线位置和传感器姿态发生变化时仍能保持较高精度。

关键词：电流测量隧道磁阻效应传感器阵列数值积分

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TMR传感器阵列抗干扰测量电流新方法

传感器与微系统 2024年第6期43卷 113-116页

作者：武新章樊珂李深旺孟志杰郭平辉张冬冬广西大学计算机与电子信息学院广西南宁530004 广西大学电气工程学院广西南宁530004

隧道磁阻(TMR)传感器测量电流时易被其他磁场干扰,导致测量失准。为了解决这个问题,本文提出了一种三传感器阵列设计。通过对磁场表达式进行空间离散傅里叶变换,建立超越方程组求解测量电流。对该方法进行了数学建模、数值模拟实验、有... 详细信息

隧道磁阻(TMR)传感器测量电流时易被其他磁场干扰,导致测量失准。为了解决这个问题,本文提出了一种三传感器阵列设计。通过对磁场表达式进行空间离散傅里叶变换,建立超越方程组求解测量电流。对该方法进行了数学建模、数值模拟实验、有限元分析和实验分析。实验结果表明:当测量电流为100 A、干扰电流为700 A时,数值模拟的最大误差为2.98×10^(-15);有限元分析阵列各种角度下的最大误差小于1%;在80 A的量程范围内,实验分析的最大误差为2.02%。这验证了该方法的有效性。

关键词：电流测量隧道磁阻效应传感器阵列

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基于磁阻效应MEMS陀螺关键技术研究

基于磁阻效应MEMS陀螺关键技术研究

作者：王旭虎中北大学

学位级别：硕士

MEMS陀螺仪是应用最广泛的MEMS传感器件,随着自动驾驶、人工智能以及军事装备等领域的飞速发展,更高的精度,更高的稳定性的MEMS陀螺仪也成为了人们的迫切需求。实现高精度MEMS陀螺的关键问题在于如何实现对微弱科氏力信号的高灵敏检测... 详细信息

MEMS陀螺仪是应用最广泛的MEMS传感器件,随着自动驾驶、人工智能以及军事装备等领域的飞速发展,更高的精度,更高的稳定性的MEMS陀螺仪也成为了人们的迫切需求。实现高精度MEMS陀螺的关键问题在于如何实现对微弱科氏力信号的高灵敏检测。目前较为成熟的陀螺仪均采用电容检测,虽然已经产品化,但还存在检测电路分辨率达到理论极限,所制备的梳齿结构在工作时会出现易发生击穿,易发生吸合导致失效等问题。因此,探索基于新检测效应的高精度MEMS陀螺是十分必要的。隧道磁阻效应(Tunnel Magneto-resistance,TMR)是一种自旋相关的隧穿电子效应,微弱的磁场变化将会导致磁电阻的剧烈变化。由于隧道磁阻具有高灵敏度、高分辨率、低功耗、小体积的优势,将其应用于陀螺效应检测可有效提高陀螺的检测精度。本文提出了一种采用磁阻效应检测的MEMS陀螺结构,通过COMSOL 5.3a对陀螺结构进行仿真优化设计及动力学特性分析,得到了陀螺的结构灵敏度2.978 nm/°/s,磁场变化率为13.25×10Oe/μm。磁阻方面通过搭建四桥路隧道磁阻检测桥路,实现抑制外界干扰的设计。并对所设计的隧道磁阻陀螺开展了工艺流程、光刻版图以及关键工艺流程等研究。通过在硅片上进行标记刻蚀、绝缘层生长、溅射金属、结构刻蚀和金属键合等关键工艺步骤来完成陀螺样品制备。最后,对隧道磁阻微陀螺进行了驱动/检测幅频特性测试和磁阻效应测试,实验测试结果表明,所设计制作的隧道磁阻陀螺的驱动、检测谐振频率分别8066Hz、8091Hz,与理论仿真的结果相比最大相对误差值为7.1%。测试得到磁阻灵敏度为32.78m V/Oe,所设计磁阻陀螺总灵敏度为1.3m V/°/s。

关键词：微陀螺隧道磁阻效应金属键合

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永磁伺服电机嵌入式位置检测理论及误差分析

仪器仪表学报 2017年第10期38卷 2547-2554页

作者：王淑娴吴治峄彭东林李维诗彭凯合肥工业大学仪器科学与光电工程学院合肥230009 重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室重庆400054

针对现有的永磁伺服电机位置传感器存在成本高、体积大的缺点和新兴的无传感器技术计算复杂及依赖电机参数的不可靠性问题,提出了绕制时栅线圈检测电机转动位置的方法,但由于绕制时栅线圈检测的方法存在获取信号复杂、测量稳定性差以及... 详细信息

针对现有的永磁伺服电机位置传感器存在成本高、体积大的缺点和新兴的无传感器技术计算复杂及依赖电机参数的不可靠性问题,提出了绕制时栅线圈检测电机转动位置的方法,但由于绕制时栅线圈检测的方法存在获取信号复杂、测量稳定性差以及线圈绕制不均匀增加误差的缺点,在此基础上,提出了一种基于隧道磁阻效应(TMR)和时栅技术的永磁伺服电机嵌入式位置检测新方法。在原理分析的基础上,根据行波表达式的理论推导,分析了单路和双路驻波幅值不相等所导致的误差规律,为检测结构的优化和进一步提高测量精度奠定基础。最后通过实验,验证了嵌入式位置检测理论分析的正确性以及检测方案的优越性,所提出方法的检测精度较绕制时栅线圈的检测方法提高了3倍,稳定性提高了5倍。

关键词：永磁伺服电机时栅位置检测隧道磁阻效应嵌入式