电流传感器测试方案
微安测量方案
微安测量方案随着科学技术的不断进步，微安级别的电流测量在科学研究和工业应用中扮演着重要的角色。
微安级别的电流测量有很多挑战，如被测电流的小幅度、噪声的干扰以及测量精度的要求等等。
本文将介绍一种适用于微安级别电流测量的方案，并详细讨论其原理、实施步骤以及应用领域。
一、方案原理微安级别电流测量方案基于电流到电压的转换，通过测量电压信号来间接获得电流信息。
常用的微安级电流测量方案包括电流转换放大器、霍尔传感器、电阻比较法等。
在本方案中，我们采用电流转换放大器的方法进行测量。
电流转换放大器将微安级别的电流输入转换为电压信号输出。
其原理基于欧姆定律和放大电路的工作原理。
通过选取合适的电阻值和放大倍数，使得被测电流与输出电压之间建立起可测量的线性关系，在一定范围内实现高精度的微安级电流测量。
二、实施步骤1. 选择合适的电流转换放大器：根据被测电流的范围和测量精度的要求，选择合适的电流转换放大器。
考虑到微安级电流的特点，最好选择能够提供较高增益和低噪声的放大器。
2. 连接电流传感器：将被测电流与电流转换放大器连接。
可以使用电流传感器将电流转换为电压信号输入到放大器中，或者直接将被测电流接入放大器的输入端。
3. 设置放大倍数：根据被测电流的范围和放大器的特性，设置合适的放大倍数。
注意，放大倍数过大可能导致信噪比下降，从而影响测量精度。
4. 校准和测试：在进行实际测量之前，对电流转换放大器进行校准和测试。
可以使用已知电流源进行校准，以确保测量结果的准确性和可靠性。
三、应用领域微安测量方案在许多领域都有广泛的应用。
以下是一些典型的应用场景：1. 生命科学研究：微安级电流测量在细胞生物学、神经科学和药物研发等领域起着至关重要的作用。
例如，在细胞膜通道研究中，微安级电流测量可以帮助科学家了解离子通道的开闭过程，从而揭示细胞功能和疾病机制。
2. 半导体器件测试：微安级电流测量在半导体器件的研制和生产过程中扮演着关键角色。
电流传感器
电流传感器电流传感器- 技术电流传感器伴随着城市人口和建设规模的扩大，各种用电设备的增多，用电量越来越大，城市的供电设备经常超负荷运转，用电环境变得越来越恶劣，对电源的“考验”越来越严重。
据统计，每天，用电设备都要遭受120次左右各种的电源问题的侵扰，电子设备故障的60%来自电源。
因此，电源问题的重要性日益凸显出来。
原先作为配角，资金投入较少的电源越来越受到厂商和研究人员的重视，电源技术遂发展成为一门崭新的技术。
小小的电源设备已经融合了越来越多的新技术。
例如开关电源、硬开关、软开关、参数稳压、线性反馈稳压、磁放大器技术、数控调压、PWM、SPWM、电磁兼容等等。
实际需求直接推动电源技术不断发展和进步，为了自动检测和显示电流，并在过流、过压等危害情况发生时具有自动保护功能和更高级的智能控制，具有传感检测、传感采样、传感保护的电源技术渐成趋势，检测电流或电压的传感器便应运而生并在中国开始受到广大电源设计者的青睐。
电流传感器- 工作原理电流传感器从直流电到几十千赫兹的交流电，其所依据的工作原理主要是霍尔效应，当原边导线经过电流传感器时，原边电流IP会产生磁力线①，原边磁力线集中在磁芯②周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电极③可产生和原边磁力线①成正比的大小仅几毫伏的电压，电子电路④可把这个微小的信号转变成副边电流IS⑤，并存在以下关系式：(1)其中，IS—副边电流；IP—原边电流；NP—原边线圈匝数；NS—副边线圈匝数；NP/NS—匝数比，一般取NP=1。
电流传感器的输出信号是副边电流IS，它与输入信号（原边电流IP）成正比，IS一般很小，只有100~400mA。
如果输出电流经过测量电阻RM，则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的输出电压信号。
电流传感器- 分类交流电流传感器分两大类：直流、交流电流传感器。
按用途可分为：工业传感器工业产品电流电压测量解决方案。
用于控制、校准以及过流保护和监控。
铁路传感器为铁路行业提供瞬时电流电压检测，主牵引和辅助变频的控制和保护。
IDDQ测试原理及方法
电流测试1 电流测试简介功能测试是基于逻辑电平的故障检测，逻辑电平值通过测量原始输出的电压来确定，因此功能测试实际上是电压测试。
电压测试对于检测固定型故障特别是双极型工艺中的固定型故障是有效的，但对于检测CMOS 工艺中的其他类型故障则显得有些不足，而这些故障类型在CMOS 电路测试中是常见的对于较大电路，电压测试由于测试图形的生成相当复杂且较长，因而电流测试方法被提出来电流测试的测试集相当短，这种测试方式对于固定型故障也有效。
CMOS 电路具有低功耗的优点，静态条件下由泄漏电流引起的功耗可以忽略，仅表示，Q 代表静态在转换期间电路从电源消耗较大的电流。
电源电压用VDD（quiescent) ，则IDDQ 可用来表示MOS电路静态时从电源获取的电流，对此电流的测试称为IDDQ 测试，这是一种应用前景广泛的测试。
IDDQ 测试概念的提出时间并不很长，但自半导体器件问世以来，基于电流的测量一直是测试元器件的一种方法，这种方法即所谓的IDDQ 测试，用在常见的短接故障检测中。
自从Wanlsaa 于1961 年提出CMOS 概念, 1968 年RCA 制造出第一块CMOS IC 和1974 年制造出第一块MOS 微处理器以来，科研人员一直研究CMOS 电路的测试，而静态电流测试则作为一项主要的参数测量1975 年Nelson 提出了IDDQ 测试的概念和报告，1981 年M.W Levi 首次发表了关于VLSI CMOS 的测试论文，这就是IDDQ 测试研究的开端。
其后，IDDQ 测试用来检测分析各种DM0S 缺陷，包括桥接故障和固定型故障1988 年W.Maly 首次发表了关于电流测试的论文, Levi, Malaiya, C.Crapuchettes, M.Patyra , A .Welbers 和S.Roy 等也率先进行了片内电流测试的研究开发工作，这些研究奠定了IDDQ 测试的基础、1981 年Philips semiconductor 开始在SRAM 产品测试中采用片内IDDQ 检测单元，其后许多公司把片内IDDQ 检测单元用在ASIC产品中，但早期的IDDQ 测试基本上只为政府、军工资助的部门或项目所应用。
电测设计方案
电测设计方案一、引言电测（Electrical Measurement）是电子工程中重要的一部分，用于测量、监测和控制电路中的电压、电流、电阻、电功率等参数。
在电子设备的设计和制造过程中，电测起着关键作用。
本文将介绍一个基于传感器技术的电测设计方案，旨在提供一种高准确性和可靠性的电测解决方案。
二、设计需求在电测设计中，我们需要满足以下需求：1. 准确性：电测方案需要具备高精度的测量能力，以确保测量结果的准确性。
2. 可靠性：电测方案需要具备稳定性和可靠性，能够长时间稳定地运行。
3. 多功能性：电测方案应具备多种测量功能，能够适应不同的测量需求。
4. 节省空间：电测方案需要具备紧凑的设计和尺寸，以节省电路板空间。
三、设计方案基于以上需求，我们提出了以下电测设计方案：1. 选择合适的传感器：根据要测量的参数类型，选择适合的传感器。
例如，对于电压测量，可以选择电压传感器；对于电流测量，可以选择电流传感器。
传感器的准确性和稳定性将直接影响整个电测系统的性能。
2. 使用高分辨率的模数转换器（ADC）：将传感器测量到的模拟信号转换为数字信号的过程中，采用高分辨率和高采样率的ADC 可以提高电测系统的准确性和精度。
3. 采用滤波技术：在电测系统中引入滤波器，可以有效地降低测量信号中的噪声和干扰，提高测量结果的可靠性和稳定性。
4. 加入校准功能：为了进一步提高测量准确性，可以在电测系统中加入校准功能。
校准过程可以通过测量已知值进行，从而对测量结果进行修正和校准。
5. 优化电路布局：通过合理的电路布局和组件选择，可以有效地节省电路板的空间。
使用表面贴装技术（SMT）可以进一步缩小电路板尺寸。
6. 选择合适的供电方式：根据实际需求选择合适的供电方式，可以是直流电源或者电池供电。
供电方式的选择应考虑系统功耗、电源稳定性和可用性等因素。
四、测试与验证为了验证电测设计方案的性能和准确度，我们可以进行一系列测试和验证。
首先，可以通过与已有测量设备的比对，检验测量结果的准确性。
基于Ansys软件的霍尔元件分析处理：霍尔效应电流传感器的离子电流
基于Ansys软件的霍尔元件分析处理：霍尔效应电流传感器的离子电流测试系统研究作者：吴慧刘坤段虹伶熊志宏来源：《中国新通信》2020年第02期摘要：随着经济科学技术的发展，霍尔元件正在被越来越多的人研究。
通过研究霍尔元件之一的霍尔电流传感器来系统的改善整个系统的功能参数，霍尔电流传感器是研究电流系统的更好方法，它创建了一种电流检测设备，可以利用霍尔效应精确测量电流，并且得到了广泛的应用。
通过Ansys对人工神经网络和数据融合技术的分析，提出了霍尔电流传感器。
根据它所受因素的影响，采用多种传感器对这个个系统进行分析。
分析后发现霍尔元件——霍尔电流传感器的灵敏度提高了。
关键词：霍尔元件;霍尔效应;电流传感器;离子电流测试系统一、霍尔电流传感器构成与原理电流磁场转换器，驱动电源，信号处理电路和霍尔器件是组成霍尔电流传感器的四个部分。
霍尔电流传感器的工作原理：半导体单晶片一个方向上的电流施加 I，并且在元件表面垂直于的方向上加具有对应的磁感应强度为 B 的磁场。
在这种情况下，形成了霍尔电场和强度较高的电场：式（1）中，B 是霍尔元件的宽度，uh 是电位差，霍尔电场的出现使电子在磁场力和霍尔电场力的作用下发生后续运动，得到如下公式：式（2）中，eBV 是洛伦兹力。
如果这两个力是相等的，电子的积累就可以达到平衡。
霍尔效应的原理如下：式（3）中，RH 表示霍尔常数，RH 的大小反映霍尔效应的强度。
二、霍尔效应电流传感器离子电流实现方案（一）方案实现条件分析在分析离子电流的实现方法中，使用发射光谱和霍尔效应电流感测系统检测 N2 的发射状态以及两种离子束电流和气体压力，流速和功率不同的气体。
在这种情况下，将参数之一用作变量以测试离子电流，并通过示例分析离子源系统的相应电压和电流。
（二） N2 离子源放电诊断N2 离子源的诊断条件如下：流量 10sccm，功率 300w，气压 0.1pa，其他条件：1800 BLZ，0.12A N2 离子源发射光谱曲线。
断流容量试验室电流传感器及电流波形记录的研究
示， 必需 设计 隔离 放 大 器使 所 有 通 道对 地 隔离 及 通 道之 问 电气 隔离 。随着 隔离 技 术 的发 展 ， 此 问
记 录波 形 。随着 采 集 处 理 技 术 的 高速 发 展 ， 计 算 机 辅助 数 据 采 集 处 理 系 统 相 继 投 入 低 压 电 器 试
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗｅ ｄ ｔ ｈｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｕｓ ｅ ｅ ｖ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｂ ｒ ｅ ａ ｋｉ ｎ ｇ ｅ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ ｔ ｅ ｓ ｔ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ．Ｔｈ ｅ ｎ ｅ ｗ ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ｉｂ ｆ ｅ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ａ ｎ ｅ ａ ｓ ｉ ｌ ｙ ｏ ｖ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｌ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂｌ ｅ ｍｓ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕｅ ｎｃ ｙ ｃ ｏ ｍｍｏ ｎ ｎ ｌ ｏ ｄｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｗｈｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｈｕ ｎｔ ｉ ｓ ｕｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ｒ ｅ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｃ ａ ｐａ ｃ ｉ ｔ ｙ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ． Ｔｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｏｒ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｉ ｌ ｗｅ ｒ ｅ ｒ ｅ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｓ ｈ ｕｎ ｔ ａ ｓ ｔ ｈｅ ｃ ｕ ｒｅ ｎ ｔ ｓ ｅ ｎｓ ｏ ｒ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ：ｓ ｈｕｎｔ ；ｄｉ ｇ ｉ ｔ ａｌ ｏ ｐｔ ｉ ｃ ｉｂｅ ｆ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ；ｃ ｏ ｍ ｍｏ ｎ ｍ ｏｄｅ ｉ ｎｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｃ ｅ
IDDQ测试原理与方法
电流测试1电流测试简介功能测试是基于逻辑电平的故障检测，逻辑电平值通过测量原始输出的电压来确定，因此功能测试实际上是电压测试。
电压测试对于检测固定型故障特别是双极型工艺中的固定型故障是有效的，但对于检测CMOS工艺中的其他类型故障则显得有些不足，而这些故障类型在CMOS电路测试中是常见的对于较大电路，电压测试由于测试图形的生成相当复杂且较长，因而电流测试方法被提出来电流测试的测试集相当短，这种测试方式对于固定型故障也有效。
CMOS电路具有低功耗的优点，静态条件下由泄漏电流引起的功耗可以忽略，仅在转换期间电路从电源消耗较大的电流。
电源电压用V DD表示，Q代表静态（quiescent)，则IDDQ可用来表示MOS电路静态时从电源获取的电流，对此电流的测试称为IDDQ测试，这是一种应用前景广泛的测试。
IDDQ测试概念的提出时间并不很长，但自半导体器件问世以来，基于电流的测量一直是测试元器件的一种方法，这种方法即所谓的IDDQ测试，用在常见的短接故障检测中。
自从Wanlsaa于1961年提出CMOS概念,1968年RCA制造出第一块CMOSIC和1974年制造出第一块MOS微处理器以来，科研人员一直研究CMOS电路的测试，而静态电流测试则作为一项主要的参数测量1975年Nelson提出了IDDQ测试的概念和报告，1981年M.WLevi 首次发表了关于VLSICMOS的测试论文，这就是IDDQ测试研究的开端。
其后，IDDQ测试用来检测分析各种DM0S缺陷，包括桥接故障和固定型故障1988年W.Maly首次发表了关于电流测试的论文,Levi,Malaiya,C.Crapuchettes,M.Patyra,A.Welbers和S.Roy等也率先进行了片内电流测试的研究开发工作，这些研究奠定了IDDQ测试的基础、1981年Philipssemiconductor开始在SRAM产品测试中采用片内IDDQ检测单元，其后许多公司把片内IDDQ检测单元用在ASIC产品中，但早期的IDDQ 测试基本上只为政府、军工资助的部门或项目所应用。
宽动态范围的高端电流检测：三种解决方案
以图2b所示的参数进行计算，其功耗仅为1.2mW。
利用零漂移AD8217进行高端电流监控ADI公司最近推出了一款高压电流传感器AD8217,它具有零漂移和500kHz带宽，专门用来增强宽温度、输入共模和差分电压范围内的分辨率和精确度。图3a所示为该器件的简化框图；图3b显示了一个典型应用。
图3.(a)高分辨率、零漂移分流监控器AD8217(b)利用AD8217进行高端电流检测
此外，设计人员必须意识到这一解决方案的功效很低，因为RBIAS消耗了大量功率。例如，如果总线共模电压为28V，齐纳二极管输出电压为5.1V且RBIAS为1000Ω电阻，那么该电路的无用功耗将超过0.52W。这会增加功耗预算，设计时必须考虑这一点。
利用AD8210和外部器件进行高端电流检测图2a所示为集成高压双向分流监控器AD8210的简化框图；图2b所示为采用外部基准电压源的单向应用。
虽然存在能够承受这一功率的分流电阻，但电路板可能要求较低功耗。然而，如果选择如此低的电阻值，则在低电流（如50mA）时，10mΩ分流电阻上的电压将极其微小(500μV)，难以利用一个同时还必须承受高共模电压的电路进行精密监控。
本文将重点讨论能够在高共模电压下精确监控宽范围直流电流的电流检测解决方案。同时还会特别关注温度性能这一重要参数，它常常难以校准，但在功率放大器室外应用中必须谨慎对待。本文将按照设计复杂度从高到低的顺序介绍三种可选解决方案，它们能针对各种不同的应用提供可行的高精度、高分辨率电流检测。使用运算放大器、电阻和齐纳二极管等分立器件来构建电流传感器。这种解决方案以零漂移放大器AD8628为核心器件。使用AD8210等高压双向分流监控器来提高集成度，并利用其它外部器件来扩展动态范围和精度。采用针对应用而优化的器件，例如最新推出的AD8217。AD8217是一款易于使用且高度集成的零漂移电流传感器，输入共模电压范围为4.5V至80V。
电流测试
电流测量解决方案第一讲：AM503S&AM5030S电流测量系统Tektronix 提供了市场上最广泛、高性能的电流探头产品。
Tektronix电流测量系统可以以编程方式以及手动方式同时测量 AC/DC , 带宽范围DC到1GHz，幅度从mA到20,000A。
Tektronix为AC电流测量和AC/DC电流测量提供了多种解决方案，满足用户不同的测量需要。
原理：电流探头测量电子在导体中运动产生的感应场。
在范围规范内，电流探头将导体周围的感应场转化为线性电压输出。
从而可以在示波器或者其他测量仪器上显示和分析这些输出。
电流方向改变，由于感应场AC电流会在变压器上导致电压。
AC探头是无源的，不需要外部电源供给，分为分芯和实芯两种探芯结构。
DC电流不会在变压器中导致电压。
因而DC探头是通过霍尔效应，利用电流偏置半导体设备生成与DC感应场对应的电压输出。
DC探头是一种有源设备，要求有外部电源供给。
每类电流传感设备都会在某个数值点上滚降或者生成非线性输出。
AC探头会在最大电流振幅和频率以及最小振幅和低端频率上滚降；DC电流探头从DC 到最大频率呈线性，并且具有最大和最小灵敏度。
用户常常会遇到同时包含AC 分量和DC分量的信号，这种时候通过一个探头同时测量电流的AC分量和DC 分量就显得极为重要。
此外，有的信号看上去很像AC，例如方波开关信号，但是其并不会跌落到零振幅以下（即实际上具有明显的DC成分），通过变压器原理结构的AC探头是不可能精确地捕获这些信号的，Tektronix针对用户的这些使用要求提出了独有的解决方案。
关于分芯结构和实芯结构。
为了精确的测量感应场，我们需要在导体的周围完全包上探头芯。
Tektronix提供了两种结构――实芯和分芯。
分芯探头采用了精密的的设计和生产工艺，可以夹在导体上，测量时不必断开电路连接，使用很方便；实芯探头规格小，用以测量超高速低振幅电流脉冲和AC信号。
它是为了永久安装或者半永久安装而设计，可以简便的连接CT或断开的电缆。
《动力蓄电池及管理系统检修》任务十一 电流传感器故障检测
知识学习
拆除集成盒四周的卡扣和顶部的螺丝
霍尔电流传感器检测
经典案例
任务实施
➢ 步骤九：总控集成盒内部左边的器件即为电流传感器， 使用M5内六角螺丝刀和十字螺丝刀拆除左右两个紧固螺丝， 如右图所示。
知识学习
拆除电流传感器两端的固定螺丝
霍尔电流传感器检测
任务实施
经典案例
知识学习
➢ 步骤十：取下旧的电流传感器，放到指定的位置。 ➢ 步骤十一：将新的电流传感器安装至原来的位置上，使用M5内六角螺丝刀和十字螺丝刀安装集成盒内部左 右两个紧固螺丝。 ➢ 步骤十二：使用十字螺丝刀安装总控集成盒顶部螺丝，扣上总控集成盒上盖，安装总控集成盒四周的卡扣 （注意控制力度），使用十字螺丝刀安装总控集成盒顶部螺丝。总控集成盒上盖紧固螺丝力度5±1.0N.m 打紧 安装。 ➢ 步骤十三：放置总负电器集成盒，连接电器集成盒左手边的电流传感器采集线束。 ➢ 步骤十 四：使 用 M4 内六角 螺丝刀 安装与 #1 模组 固定的 软连接螺 丝 。 与模组的 软连 接螺丝紧 固力 度 10±1.0N.m 打紧安装。
温度采样数据
霍尔电流传感器检测
任务实施
经典案例
知识学习
➢ 步骤十八：根据动力电池系统内部原理图可知，当风扇或者是PTC继电器闭合后动力电池组可以正常放电。如下 图所示。
动力电池系统原理图
霍尔电流传感器检测
任务实施
经典案例
知识学习
➢ 步骤十九：使用BMS上位机闭合动力电池风扇继电器、PTC加热继电器，如下图所示。控制完成后观察上位机 电流显示页面，BMS读取到的电流值是8.1A，下一步使用钳形电流表验证。
《动力蓄电池及管理系统检修》
任务十一 电流传感器故障检测
微型电流传感器AMR探头芯片研究与测试
㊀２０２０年㊀第１０期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０２０㊀Ｎｏ １０㊀基金项目：山东省科技重大创新工程（２０１７ＣＸＧＣ０８０７，２０１７ＣＸＧＣ０９０３，２０１８ＣＸＧＣ０６０１）收稿日期：２０１９－０８－０５微型电流传感器ＡＭＲ探头芯片研究与测试王㊀浩１，２，王茂励１，３，董振振１，２，钟贻兵４，程广河２（１．青岛理工大学信息与控制工程学院，山东青岛㊀２６６５２０；２．齐鲁工业大学（山东省科学院），山东省计算中心（国家超级计算济南中心），山东省计算机网络重点实验室，山东济南㊀２５００１４；３．曲阜师范大学信息与控制工程学院，山东日照㊀２７６８００；４．山东航天电子技术研究院，山东烟台㊀２６４０００）㊀㊀摘要：随着电流传感器在航天器的大量应用，电流传感器的测量精度和尺寸成为了航天器研发的重点㊂传统的电流传感器主要分为电阻直接测量的分流器和霍尔电流传感器：电阻直接测量方式无法实现电隔离，电阻的失效会断开被检测电流回路，而且采样电阻的精度直接影响到测量的最终精度㊂而霍尔效应原理电流传感器虽然使用磁隔离测量方式，但体积较大㊂随着电流传感器的应用场合越来越多，直接影响到了航天器单机设备的体积和质量㊂在整个传感器设计中，探头芯片的性能决定了传感器的性能㊂文中基于ＡＭＲ探头芯片，提出了Ｂａｒｂｅｒ电极的设计方案，并制作ＡＭＲ惠斯登桥式电路，采用梯度测量方式提高探头抗干扰能力㊂通过对ＡＭＲ探头芯片进行测试，并对结果进行记录和分析㊂测试结果表明，文中设计的探头芯片的线性度绝对值优于１％，满足航天器微型电流传感器对探头芯片的性能需求㊂关键词：微型电流传感器；ＡＭＲ探头芯片；Ｂａｒｂｅｒ电极；惠斯登桥；梯度测量；线性度中图分类号：ＴＰ２１２㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０２０）１０－０００８－０５ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＴｅｓｔｏｆＡＭＲＰｒｏｂｅＣｈｉｐｏｆＭｉｃｒｏＣｕｒｒｅｎｔＳｅｎｓｏｒＷＡＮＧＨａｏ１，２，ＷＡＮＧＭａｏ⁃ｌｉ１，３，ＤＯＮＧＺｈｅｎ⁃ｚｈｅｎ１，２，ＺＨＯＮＧＹｉ⁃ｂｉｎｇ４，ＣＨＥＮＧＧｕａｎｇ⁃ｈｅ２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＱｉｎｇｄａｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６５２０，Ｃｈｉｎａ；２．ＱｉｌｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＳｈａｎｄｏｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ），ＳｈａｎｄｏｎｇＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅＣｅｎｔｅｒ（ＮａｔｉｏｎａｌＳｕｐｅｒｃｏｍｐｕｔｅｒＣｅｎｔｅｒｉｎＪｉｎａｎ），ＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＮｅｔｗｏｒｋｓ，Ｊｉｎａｎ２５００１４，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＱｕｆｕＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｒｉｚｈａｏ２７６８００，Ｃｈｉｎａ；４．ＳｈａｎｄｏｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙａｎｔａｉ２６４０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｌａｒｇｅｎｕｍｂｅｒｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒｓｉｎｓｐａｃｅｃｒａｆｔ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｓｉｚｅｏｆｃｕｒ⁃ｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒｓｈａｖｅｂｅｃｏｍｅｔｈｅｆｏｃｕｓｏｆｓｐａｃｅｃｒａｆｔｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．ＴｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒｉｓｍａｉｎｌｙｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏａｓｈｕｎｔａｎｄａＨａｌｌｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒｆｏｒｄｉｒｅｃｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｔｈｅｄｉｒｅｃｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｒｅｓｉｓｔｏｒｃａｎｎｏｔａｃｈｉｅｖｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｉｓｏｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｔｈｅｒｅｓｉｓｔｏｒｗｉｌｌｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｌｏｏｐｔｏｂｅｄｅｔｅｃｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｉｎｇｒｅ⁃ｓｉｓｔｏｒｄｉｒｅｃｔｌｙａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｆｉｎａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．ＴｈｅＨａｌｌｅｆｆｅｃｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒｕｓｅｓａｍａｇｎｅｔｉｃｉｓｏｌａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅ⁃ｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，ｂｕｔｉｔｉｓｂｕｌｋｙ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｕｓｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒｓ，ｉｔｄｉｒｅｃｔｌｙａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｓｉｚｅａｎｄｗｅｉｇｈｔｏｆｓｐａｃｅｃｒａｆｔｓｔａｎｄ⁃ａｌｏｎｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｉｎｔｈｅｅｎｔｉｒｅｓｅｎｓｏｒｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｐｒｏｂｅｃｈｉｐｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＡＭＲｐｒｏｂｅｃｈｉｐ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｏｆＢａｒｂｅｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ａｎｄｍａｋｅｓＡＭＲＷｈｅａｔｓｔｏｎｅｂｒｉｄｇｅｃｉｒｃｕｉｔ，ｗｈｉｃｈｕｓｅｓｇｒａｄｉｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｎｔｉ⁃ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｂｅ．ＴｈｅＡＭＲｐｒｏｂｅｃｈｉｐｗａｓｔｅｓｔｅｄａｎｄｔｈｅｒｅ⁃ｓｕｌｔｓｒｅｃｏｒｄｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｂｓｏｌｕｔｅｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｌｉｎｅａｒｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｂｅｃｈｉｐｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎ１％，ｗｈｉｃｈｓａｔｉｓｆｉｅｓｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｃｒａｆｔｍｉｎｉａｔｕｒｅｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒｆｏｒｔｈｅｐｒｏｂｅｃｈｉｐ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒ；ＡＭＲｐｒｏｂｅｃｈｉｐ；Ｂａｒｂｅｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅ；Ｗｈｅａｔｓｔｏｎｅｂｒｉｄｇｅ；ｇｒａｄｉｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｌｉｎｅａｒｉｔｙ０㊀引言随着航天技术的进步，电流传感器在航天器中使用的越来越多，电流传感器在航天系统中展现出了越来越重要的使用价值㊂电流传感器输出模拟电压值，通过Ａ／Ｄ转换变成数字信号，并作为遥测数据发送给地面接收站，使科研人员能够实时获取航天器各监测点的电流值，有助于掌握卫星的运行状况，当某部分㊀㊀㊀㊀㊀第１０期王浩等：微型电流传感器ＡＭＲ探头芯片研究与测试９㊀㊀设备发生故障时，能对故障进行快速定位，并可以通过发送关断指令，避免故障设备对航天器产生进一步损害㊂例如，电流传感器用于航天器的供配电系统中，就可以掌握航天器的母线电流和各分系统电流㊂磁致电阻效应是一项重要的科学发现，各向异性磁阻（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ＡＭＲ）是铁磁材料的电阻率随外界磁场和电流方向夹角改变而改变的现象㊂ＡＭＲ磁阻效应的磁阻传感器灵敏度高，使用该原理设计的传感器能够在很多领域中使用㊂在铁磁材料中，ＮｉＦｅ㊁Ｎｉｃｏ合金被大量应用以获得ＡＭＲ磁阻效应㊂ＡＭＲ磁阻效应原理制成的传感器目前得到了广泛应用，可以用以制作地球磁场测量㊁车辆监测㊁磁存储器探头㊁接近开关㊁角度传感器㊁电流传感器等㊂而ＡＭＲ磁阻效应原理制成的电流传感器具有高灵敏度㊁低温漂的性能，较其他电流传感器相比，有其独特的优势㊂１㊀ＡＭＲ磁阻电流传感器总体方案本文基于零磁通原理来设计电流传感器㊂被检测电流所产生的磁场作用于ＡＭＲ磁阻芯片，ＡＭＲ磁阻芯片就会有感应信号输出，该信号经放大，送至功率放大电路，转变为电流值，该电流为补偿电流㊂补偿电流流过补偿线圈，也会产生作用于ＡＭＲ磁阻芯片的磁场，补偿电流产生磁场和被检测电流产生磁场方向相反，所以ＡＭＲ磁阻芯片的输出电压会降低㊂当补偿电流产生磁场和被检测电流产生磁场相等时，补偿电流达到稳定值㊂这就是ＡＭＲ磁阻电流传感器零磁通检测的原理㊂补偿线圈的电流流过采样电阻，输出线性对应的标准电压信号，从而实现了对被检测电流的测量㊂ＡＭＲ磁阻电流传感器总体方案框图如图１所示㊂图１㊀传感器总体方案设计框图２㊀传感器ＡＭＲ探头芯片设计２．１㊀ＡＭＲ探头芯片的Ｂａｒｂｅｒ电极设计ＡＭＲ探头芯片是传感器的核心芯片，其将载流带中电流产生的磁场转换为电信号㊂普通的ＡＭＲ探头由于是由坡莫合金材料制成的ＡＭＲ电阻，如图２所示，磁场方向与内部电流方向夹角为９０ʎ，当磁场与图中反向反转１８０ʎ时，与内部电流方向的夹角依然为９０ʎ，完全不同方向的磁场引起坡莫合金电阻的磁阻变化是相同的，所以普通的ＡＭＲ探头是不能分辨外加磁场的方向性的㊂图２㊀无Ｂａｒｂｅｒ电极的磁阻为了满足航天器对传感器线性度和灵敏度的要求，本文选用有Ｂａｒｂｅｒ电极的磁阻㊂Ｂａｒｂｅｒ电极通过在坡莫合金材料制作成的电阻中加入铝材料，由于铝材料与坡莫合金的阻抗不同，所以内部电流路径会优先选择阻抗低的铝材料，其电流流向将发生改变，从而使得外部磁场与内部电流方向的夹角产生了变化㊂如图３所示，坡莫合金材料做成的电阻设计为带状结构，Ｂａｒｂｅｒ电极与电阻的长带状方向成４５ʎ角，电源电流流过带状电阻，会优先选择阻抗小的通路，同时用最短路径通过阻抗高的通路，因为内部电流的方向垂直于Ｂａｒｂｅｒ电极方向，与电阻的长带状方向也成４５ʎ角，通过这种设计，图２中同样的磁场方向，与内部电流方向的夹角，从９０ʎ变化为４５ʎ，而磁场方向发生１８０ʎ翻转时，其余电阻内部电流方向夹角变化为１３５ʎ夹角，而磁阻元件输出曲线为余弦函数，两者幅度相等，但正负号相反，从而实现了对方向性的识别㊂图３㊀有Ｂａｒｂｅｒ电极的磁阻２．２㊀ＡＭＲ桥式电路将ＡＭＲ探头芯片设计为一个惠斯登电桥，电桥的４个桥臂电阻均由坡莫合金材料制成，通过几何设㊀㊀㊀㊀㊀１０㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＯｃｔ ２０２０㊀置方法，设计２个半桥，分别位于沿中心线对称的位置，通过设计每个桥臂电阻的Ｂａｒｂｅｒ电极，使每个桥臂的方向相反，对应不同的电阻值变化方向（如图４所示），有效提高灵敏度㊂图４㊀桥式电路工作示意图Ｒ１ Ｒ４是４个桥臂电阻，通过ＶＣＣ为惠斯登电桥供电，当载流带中有如图４所示方向的被检测电流时，因为Ｂａｒｂｅｒ电极的设置，外磁场与桥臂电阻中的电流方向夹角存在差异，使得Ｒ１㊁Ｒ４电阻阻值增大，而Ｒ２㊁Ｒ３电阻阻值下降（如图４箭头所示方向），桥式电路产生差分电压信号输出，惠斯登电桥的输出电压为ＶＭ＝ＶＣＣ㊃（Ｒ２Ｒ１＋Ｒ２－Ｒ４Ｒ３＋Ｒ４）（１）式中：ＶＭ为惠斯登电桥输出电压，Ｖ；ＶＣＣ为惠斯登电桥输入电压，Ｖ；Ｒ１ Ｒ４是４个惠斯登电桥桥臂电阻，Ω㊂若４个桥臂的电阻相同，Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒ，代入式（１）可得：ＶＭ＝ＶＣＣ㊃（ＲＲ＋Ｒ－ＲＲ＋Ｒ）（２）此时，ＶＭ＝０，电桥平衡，输出电压为０㊂当载流带中有被检测电流时，Ｒ１ Ｒ４阻值发生变化，假设４个桥臂电阻性能完全一致，如前面所述，Ｒ１㊁Ｒ４的阻值增大ΔＲ，Ｒ２㊁Ｒ３的阻值下降ΔＲ，式（２）变为：ＶＭ＝ＶＣＣ㊃（Ｒ㊃ΔＲＲ＋ΔＲ＋Ｒ－ΔＲ－Ｒ＋ΔＲＲ－ΔＲ＋Ｒ＋ΔＲ）＝ＶＣＣ㊃Ｒ㊃２ΔＲ２Ｒ（３）式中ΔＲ为２个桥臂电阻阻值的改变值，Ω㊂在调理电路的作用下，传感器会在补偿电流线圈中形成与被检测电流方向相反的电流信号，其余被检测电流产生的磁场恰好相反，因其补偿线圈封装在芯片内，与各桥臂的距离远远小于载流带与各桥臂的距离，所以用小的电流就能补偿被检测电流产生的磁场，当两者达到平衡，Ｒ１ Ｒ４回到接近外磁场为０时的阻值，桥式电路的输出接近于０㊂此外，ＡＭＲ探头芯片设计为惠斯登电桥有较强的抗干扰性能㊂因为载流带为Ｕ型结构设计，所以在载流带中流过电流时，Ｒ１㊁Ｒ２所受到的磁场方向与Ｒ３㊁Ｒ４的恰好相反，所以惠斯登电桥能够输出差分电压信号㊂ＡＭＲ探头芯片的尺寸很小，对于外界干扰磁场来说，可近似的看为一点，所以其受到的干扰磁场的方向和大小近似相等，如图５所示㊂图５㊀探头的抗干扰原理假设外界干扰磁场方向如图５所示，同样因为Ｂａｒｂｅｒ电极的设置，如图５中箭头所示，Ｒ１㊁Ｒ３阻值升高，Ｒ２㊁Ｒ４阻值下降，而因为２个桥臂的材料与尺寸具有高度的一致性，２个半桥的变化近似相等，ＡＭＲ探头芯片的差分输出没有变化㊂通过这种设计，使传感器具有良好的干扰能力㊂２．３㊀ＡＭＲ探头芯片的偏置磁场因为ＡＭＲ磁阻芯片的输出与内部磁化方向与电流方向夹角有关，所以，磁阻传感器有２个稳定工作特性曲线㊂因此假如有外加与坡莫合金内部磁化相反的强磁场干扰，薄膜合金工作特性曲线就会跳变，从正极性输出变为负极性输出，即坡莫合金内部被反向磁化㊂为了保证磁阻芯片的输出电压为设计值，所以需要给磁阻元件添加偏置磁场㊂通过在磁阻２个半桥的旁边，添加２个条形的永磁体，如图６所示㊂永磁体Ａ和永磁体Ｂ平行方式，且Ｎ极与Ｓ极方向一致，从而形成相应方向磁力线，给半桥Ａ和半桥Ｂ施加恒定的偏置磁场，从而控制惠斯登桥式电路的灵敏度和线性度，并增加了抗干扰能力㊂３㊀探头芯片测试３．１㊀测试平台建立整个测试平台由安捷伦数字电源㊁安捷伦数字万用表㊁精密电流源㊁ＰＣ机组成㊂安捷伦数字电源可以㊀㊀㊀㊀㊀第１０期王浩等：微型电流传感器ＡＭＲ探头芯片研究与测试１１㊀㊀图６㊀永磁体为芯片提供偏置磁场示意图提供稳定的工作电源；安捷伦的数字表能实现实时采集，并能通过串口与ＰＣ机通讯；精密的电流源的电流输出精度控制在选定量程的３‱以内，同样能通过串口与ＰＣ机通信；ＰＣ机设计单路测试软件一套㊂软件通过串口控制精密电流源输出制定的电流值，并可读取安捷伦数字万用表采集到的电压值，在指定输出的多点电流值，采集相对应的电压值㊂３．２㊀补偿线圈加电流线性测试补偿线圈加电流源测试连接方式如图７所示，电源为ＡＭＲ芯片的惠斯登电桥供直流电压，精密电流的电流输出回路接芯片的补偿线圈，万用表采集惠斯登电桥的输出电压㊂图７㊀芯片的补偿线圈加电流测试给补偿线圈加正向电流做线性测试，测试电流范围０ ２０ｍＡ，均分１１个测试点，分别为０㊁２㊁４㊁６㊁８㊁１０㊁１２㊁１４㊁１６㊁１８㊁２０ｍＡ㊂用精密电流源加１１个点的电流，待电流稳定后，用万用表测量对应的电压值，软件读取电压值，最后通过最小二乘算法，计算本次测量的线性度其结果如表１所示㊂表１中Ｘ为输入电流，Ｙ为输出电压㊂表１㊀补偿线圈正向电流线性测试Ｘ／ｍＡＹ／ｍＶＸＹＸ２偏差绝对值去零点Ｙ０－０．００２０００．０６８５２１．７２９３．４５８４０．０３１３１．７３１４３．４５７１３．８２８１６０．００２８３．４５９６５．１７８３１．０６８３６０．０２９９５．１８８６．８９１５５．１２８６４０．０４９１６．８９３１０８．５９１８５．９１１０００．０５５２８．５９３１２１０．２７９１２３．３４８１４４０．０４９４１０．２８１１４１１．９４８１６７．２７２１９６０．０２４５１１．９５１６１３．６０３２１７．６４８２５６０．０１４２１３．６０５１８１５．２３２２７４．１７６３２４０．０７９１１５．２３４２０１６．９８７３３９．７４４０００．０１７９１６．９８９㊀㊀通过表１的原始数据和中间计算数据，可以求出其线性度为０．４７％㊂给补偿线圈加反向电流做线性测试，测试电流范围０ ２０ｍＡ，均分１１个测试点，分别为０㊁２㊁４㊁６㊁８㊁１０㊁１２㊁１４㊁１６㊁１８㊁２０ｍＡ㊂用精密电流源加１１个点的电流，待电流稳定后，用万用表测量对应的电压值，软件读取电压值，并对数据进行线性分析，其结果如表２所示㊂表２㊀补偿线圈反向电流线性测试Ｘ／ｍＡＹ／ｍＶＸＹＸ２偏差绝对值去零点Ｙ０－０．００４０００．０６６１２－１．７３２－３．４６４４０．０３２６－１．７２８４－３．４５９－１３．８３６１６０．０００１－３．４５５６－５．１８１－３１．０８６３６０．０２７４－５．１７７８－６．８９３－５５．１４４６４０．０４４９－６．８８９１０－８．５９７－８５．９７１０００．０５４４－８．５９３１２－１０．２８７－１２３．４４４１４４０．０４９９－１０．２８３１４－１１．９５８－１６７．４１２１９６０．０２６４－１１．９５４１６－１３．６１４－２１７．８２４２５６０．０１１９－１３．６１１８－１５．２８７－２７５．１６６３２４０．０３３４－１５．２８３２０－１６．９５６－３３９．１２４０００．０５８９－１６．９５２㊀㊀通过表２的原始数据和中间计算数据，可以求出其线性度为－０．３９％㊂分析结果可以看出，ＡＭＲ探头芯片可以线性测量补偿电流产生的磁场，无论加正向电流，还是加反向电流，其线性度绝对值均在１％以内㊂３．３㊀载流带加电流线性测试载流带加电流测试连接方式如图８所示，电源为ＡＭＲ芯片的惠斯登电桥供直流电压，精密电流源的电流输出回路接芯片的的载流带，万用表采集惠斯登电桥的输出电压㊂图８㊀载流带加电流测试给载流带加正向电流做线性测试，测试电流范围０ ５０Ａ，均分１１个测试点，分别为０㊁５㊁１０㊁１５㊁２０㊁２５㊁３０㊁３５㊁４０㊁４５㊁５０Ａ㊂用精密电流源加１１个点的电流，待电流稳定后，用万用表测量对应的电压值，软件读取电压值，并对数据进行线性分析，其结果如表３所示㊂表３㊀载流带加正向电流线性测试Ｘ／ＡＹ／ｍＶＸＹＸ２偏差绝对值去零点Ｙ００．０１１０００．０９９６５－１．７５７－８．７８５２５０．０５３４－１．７６８１０－３．５２１－３５．２１１０００．０１１２－３．５３２１５－５．２８５－７９．２７５２２５０．０３０９－５．２９６２０－７．０３９－１４０．７８４０００．０６３１－７．０５２５－８．７８１－２１９．５２５６２５０．０８３３－８．７９２３０－１０．５０５－３１５．１５９０００．０８５５－１０．５１６３５－１２．２１１－４２７．３８５１２２５０．０６９７－１２．２２２４０－１３．８８７－５５５．４８１６０００．０２３９－１３．８９８４５－１５．５４１－６９９．３４５２０２５０．０４３８－１５．５５２５０－１７．１５８－８５７．９２５０００．１４８５－１７．１６９㊀㊀通过表３的原始数据和中间计算数据，可以求出其线性度为－０．８７％㊂给载流带加反向电流做线性测试，测试电流范围０ ５０Ａ，均分１１个测试点，分别为０㊁５㊁１０㊁１５㊁２０㊁２５㊁３０㊁３５㊁４０㊁４５㊁５０Ａ㊂用精密电流源加１１个点的电流，待电流稳定后，用万用表测量对应的电压值，软件读取电压值，并对数据进行线性分析，其结果如表４所示㊂表４㊀载流带加反向电流线性测试Ｘ／ＡＹ／ｍＶＸＹＸ２偏差绝对值去零点Ｙ００．００５０００．１３５９５１．７６４８．８２２５０．０７１５１．７５９１０３．５２３３５．２３１０００．００７１３．５１８１５５．２７１７９．０６５２２５０．０４６３５．２６６２０７．００５１４０．１４０００．０８５７７２５８．７２１２１８．０２５６２５０．１０７１８．７１６３０１０．４１８３１２．５４９０００．１０９６１０．４１３３５１２．０８７４２３．０４５１２２５０．０８４０１２．０８２４０１３．７２６５４９．０４１６０００．０２８４１３．７２１４５１５．３３６８９．８５２０２５０．０６２１１５．３２５５０１６．９０２８４５．１２５０００．１８４６１６．８９７㊀㊀通过表４的原始数据和中间计算数据，可以求出其线性度为１．０９％㊂分析结果可以看出，ＡＭＲ芯片的载流带加电流测试的线性度，与补偿线圈加电流测试相比，线性度稍差，其线性度绝对值在１％左右，但仍可说明ＡＭＲ芯片能够线性检测载流带中电流产生的磁场㊂在测试过程中，可以发现，电路板整体发热，载流带在流过电流时，因自身阻抗导致产生热耗，随着电流增大，电路板温度上升较快，芯片因发热导致温漂，所以影响了芯片输出，导致线性度变差㊂３．４㊀磁平衡工作状态测试本课题研究的磁阻电流传感器的ＡＭＲ探头芯片，工作在闭环状态下，当达到磁平衡时，被检测电流流过载流带产生的磁场，被补偿线圈中的补偿电流产生磁场相抵消，ＡＭＲ芯片输出接近于０，整个闭环也达到平衡，所以磁平衡的稳定性，是考核ＡＭＲ芯片的重要性能㊂使用２台高精度电流源，一台给载流带供被检测电流，另一台给补偿线圈供补偿电流，令载流带流过５０Ａ被检测电流，调节另一台精密电流源的输出电流大小，ＡＭＲ芯片的输出电压接近于０，记录芯片的当前输出，并保持２ｈ，并记录２ｈ后的输出电压值，测量结果如下表５所示㊂表５㊀磁平衡稳定性测试数据测试时间测试结果／μＶ开始０２ｈ后５㊀㊀从表中可以看出，保持２ｈ，传感器的输出一直稳定的工作在磁平衡状态下，输出仅仅变化了５μＶ㊂通过以上测试可以发现，ＡＭＲ探头芯片的输出与载流带中的电流大小㊁补偿线圈的电流大小均为线性对（下转第６２页）图７㊀控制系统人机交互界面知的，因此使用最短的切向路径规划方法来规划运动路径，该方法简单㊁快速㊁易于实现，可以提高机器人搬运作业的工作效率㊂５㊀焊接结果检测本例中支架总成凸焊Ｍ１２六角螺母选用焊接规范如下：焊接电流为６．５ｋＡ㊁焊接时间为１８０ｍｓ㊁焊接压力为３５００Ｎ㊁预压时间为１ｓ，平均节拍＜７０ｓ，焊接结果如图８所示，工作人员采取目视检验和非破坏性强度检验两种检验方法对焊接结果进行检验㊂检具进行焊件规格检验，在焊接件的首㊁末件和相隔２０件抽检进行非破坏性强度检验，扭力满足焊接要求且无螺母脱落现象㊂图８㊀螺母凸焊结果６㊀结束语为适应生产动态需求，本文以ＫＵＫＡ机器人和位移传感器为核心架构了模块化柔性机器人自动化防错凸焊系统，包含了机器人自动搬运㊁螺母螺栓自动输送㊁自动凸焊㊁防漏防错检测等流程，可根据不同焊件生产需求更换终端夹具和螺母／螺栓输送机，具有广泛的适用性，极大地提高了凸焊过程的安全性㊁灵活性与重构性，极大地提高了生产效率㊂参考文献：［１］㊀周照耀，罗洁汉，邹春华，等．热成形钢／Ｔ型镀锌螺母的电容储能凸焊接头组织及性能［Ｊ］．华南理工大学学报（自然科学版），２０１８，４６（１０）：８１－８７．［２］㊀毕运波，李永超，顾金伟，等．机器人自动化制孔系统［Ｊ］．浙江大学学报（工学版），２０１４，４８（８）：１４２７－１４３３．［３］㊀权龙哲，申静朝，奚德君，等．狭闭空间内苗盘物流化搬运机器人运动规划与试验［Ｊ］．农业机械学报，２０１６，４７（１）：５１－５９．［４］㊀丁磊，李恩，谭民，等．五自由度搬运机器人系统设计与运动学分析［Ｊ］．华中科技大学学报（自然科学版），２０１５，４３（Ｓ１）：１９－２２．［５］㊀齐诗萌，闵华松，黄文晖．基于步进电机的机器人夹持器控制系统设计［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１８（９）：６１－６５．［６］㊀周继裕，张坤忠，许雪威，等．基于ＰＩＤ算法和ＳＴＭ３２的分拣搬运机器人的设计［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１７（４）：１２２－１２６．［７］㊀贺秋伟，王龙山，刘庆民，等．基于计算机视觉的滚珠螺母形位误差检测［Ｊ］．农业机械学报，２００７（８）：１５９－１６３．作者简介：王睿（１９７８ ），博士，讲师，主要研究方向为焊接过程信息采集与质量监控等㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：３１９３８７５６＠ｑｑ．ｃｏｍ刘锋（１９９４ ），硕士研究生，主要研究方向为焊接过程信息采集与质量监控㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：２９０７５０７７７０＠ｑｑ．ｃｏｍ通讯作者：王剑峰（１９６８ ），硕士，高级工程师，主要研究方向为信息采集与故障诊断㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｗａｎｇｊｉａｎｆｅｎｇ＠ｊｅｉ．ｃｏｍ．ｃｎ（上接第１２页）应关系，可以有效的检测两者产生的磁场，而且补偿线圈中的电流可以有效的补偿载流带中电流产生的磁场，ＡＭＲ探头芯片满足本课题的需求㊂４㊀结束语本文针对航天器微型电流传感器，对其探头芯片进行了研究，提出了ＡＭＲ芯片的Ｂａｒｂｅｒ电极设计，提出了ＡＭＲ桥式电路，并分析了这种电路设计形式抗干扰的原理，并为探头芯片提供了偏置磁场方案，最后对芯片进行了详细测试，介绍了测试方法㊁测试平台，在补偿线圈和载流带分别加电流进行线性测试，并模拟产品实际工作的磁平衡状态，测试结果，ＡＭＲ芯片线性度绝对值在１％左右，说明探头芯片设计合理，各方面性能优异，可以很好的用于闭环电流传感器㊂参考文献：［１］㊀刘迎春，叶湘滨．传感器原理设计与应用［Ｍ］．４版．长沙：国防科技大学出版社，２００２，１９－３８．［２］㊀王立锦．改善ＡＭＲ薄膜磁电阻传感器线性度的几种方法［Ｊ］．北京科技大学学报，２００６，２８（８）：７４４－７４９．［３］㊀李东昇，程武山．基于ＴＭＲ磁传感器的电力系统大电流测量［Ｊ］．传感器与微系统，２０１３（１２）：１－２．［４］㊀赵义恒，张药西．软磁材料的技术进展及选择［Ｊ］．电子元器件应用，２００９，１１（３）：７３－７６．［５］㊀何俊彦．巨磁阻抗效应在电流传感器中的应用研究［Ｄ］．成都：电子科技大学，２０１２：５－１５．［６］㊀李伟，杨峰．基于自旋阀巨磁电阻传感器的直流电流测量［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００４：２８３－２９８．作者简介：王浩（１９９５ ），硕士研究生，主要研究方向为智能控制技术，电力电子技术㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：７８５５３５２３０＠ｑｑ．ｃｏｍ。
线性型霍尔电流传感器ACS730在电流测量中的应用研究
线性型霍尔电流传感器ACS730在电流测量中的应用研究梁桃华;周江
【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】2024(32)11
【摘要】针对科研和工业生产中对电流测量的需求,提出了一种基于单片机、线性型霍尔电流传感器ACS730的电流测量的设计方案及实现方法。
文中比较详细地介绍了对ACS730输出信号的预处理、单片机与A/D转换器ADC0831的接口方法等,并给出了完整的电路图和程序流程图。
【总页数】3页(P115-117)
【作者】梁桃华;周江
【作者单位】成都职业技术学院软件学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.利用霍尔电流传感器提高电流测量精度
2.霍尔电流传感器在阀门电流测试中的应用
3.浅谈线性型霍尔传感器在测量中的部分应用
4.基于环形点式霍尔传感器电流测量技术的研究
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大学生电子设计竞赛中电流检测方案的设计
—科教导刊（电子版）·2019年第33期/11月（下）—120大学生电子设计竞赛中电流检测方案的设计牟峰（南京工业大学计算机学院江苏·南京210000）摘要全国大学生电子设计竞赛中的电源类和控制类题型中，经常需要对某关键电路的电流做出定性或定量的检测。
本文对常见电流检测电路进行梳理和实验验证。
提供几种在不同应用场景下，可以很好应用的电流检测方案。
供参赛学生做赛前训练和竞赛技术准备。
关键词电子设计竞赛电流检测简单检测定量测量中图分类号：G642文献标识码：A 全国大学生电子设计竞赛是教育部高教司主办的6个全国性学科竞赛之一。
其中电源类和控制类竞赛题型中，经常需要对关键电路的电压和电流进行定性控制或精确定量测量。
对电压的测试方法较多，对电流的检测同学往往方法不多。
现进行几个电流的定性和定量检测方案的设计，供不同场合选择使用。
1简单电流检测指示电路设计方案在许多电路应用场景下，只需要检测电流的有无，并做出指示即可。
如充电器电路中显示是否有充电电流功能。
可以使用如图1所示电路，使用很小的电阻，消耗很小的电压，实现电流的检测。
2可调电流检测控制电路设计方案在一些应用场景中，需要很方便地对被检测的电流在一定范围内调节，在达到设定电流大小时，产生一个控制信号，进行相关调整。
可以采用如图2所示电路，通过电压比较器LM339的同相端和反向端的电压比较，在输出端输出电压的高低，实现所需的控制。
图1：简单电流检测指示图2：可调电流检测控制电路电路3定量电流检测芯片应用设计方案在需要精确定量测量电流的应用场合，使用电流采样电阻等分立元件的测试电路对器件的稳定性和电路调试要求都很高。
使用电流测量集成芯片是很好的方案。
各家公司出品的电流检测芯片内部的原理有基于电容式隔离放大、塔式隔离放大、霍尔隔离放大等不同，但外围电路都比较类似。
现介绍两种常用的电流检测芯片设计方案。
一种是使用外接电流采样电阻，另一种使用芯片内部集成的电流采样电阻。
电流传感器的带宽测试装置的设计
• 170•针对某种电流传感器的带宽和响应时间，提出了对应的测试方案，并设计了一种在要求范围内可调占空比和频率的信号发生器。
通过信号发生器对被测信号的频率进行调制，获得对应的FRF 函数，进而求得响应时间。
随着国民生产生活的不断进步和环保意识的逐步加强，电能质量的精确测量提上日程。
如何准确的测量电流获得更真实的电流信息成了工业用电、民用用电等行业迫切需要解决的课题。
用不同频率的正弦电流信号当作被测电流，通过考察电流传感器的输出信号是电流传感器的频响和带宽特性评估的常用的传统方法。
传统的电流传感器频响带宽测量评估通常需要有初级额定输入电流源、次级输出测量设备，其中额定输入电流源需要能在不同频率点提供额定的准确电流以被测量。
根据每一频率点，电流传感器的输出与被测电流的比值来确定电流传感器的频响带宽。
因此，该传统方式对变频率的正弦电流源提出较高的要求，尤其，在电流传感器有较大量程时，对大幅值高频电流源的要求严重限制了电流传感器频响和带宽的评估工作。
针对这一大类传感器的带宽性能测试目前在国内还是一个相对空白的领域。
在之前的若干年内，人们关注于网络和信号传输的带宽，而默认传感器的工作状态就是处于适合工作条件的，故很少研究传感器的工作带宽。
本文提出一种系统控制方面的思路，通过过设计在要求范围内可调占空比和频率的信号发生器对被测信号的频率进行调制，获得对应的FRF 函数，进而求得响应时间。
1 测试方案原理本方案拟将测试设备视为一个稳定系统，通过在该系统稳定工作的情况下，测得其传递函数并求得频率响应函数。
通过频率响应函数获得带宽和响应时间。
2 测试方案的设计本方案拟采用一个单片机自制设备，输出可调频、可调占空比、幅值一定范围内可调的简谐波形。
对此波形进行采样及FFT 变换，将信息（本文将以 信息1对其代称）暂时存档；对电流传感器的输出波形进行采样及FFT 变换，将信息（本文将以 信息2 对其代称）与信息1进行计算，获得频率响应函数。
电流传感器测试方案
电流传感器测试方案
测试要求:
1. 大电流1000A及以上，并且低电压
2. 能够长时间工作在近乎短路状态。
3. 精确度0.1%以上
4. 电流纹波小，0.1%以下
5. 电流稳定度要求高
6. 电流变化速度快，模拟快速通断。
7. 电流停止时，冲击小，时间反应快，防倒灌。
8. 电流传感器的延时测试。
测试应用:
1. 电流传感器的生产校正，校准及品质验证。
2. 电流传感器的校验，功能测试，性能及稳定性测试。
3. 电流传感器时间延时测试。
4. 传感器研发及测试的性能测试。
5. 研发的可靠性验证。
6. 电流传感器使用者的电流精度标定，响应时间测试等。
7. 利用费思软件产生曲线，数据，报告等。
测试连接:
使用电源+负载形式，性能指标更好。
测试功能:
1. 设置电压电流值；
2. 快速调用，一键调用相应的测试参数及测试波形；
3. 序列功能：模拟电流随时间变化，稳定性测试及生产测试；
4. 波形编辑（FTP/FTG）,编辑复杂波形及序列，高达1khz；
5. 模拟量控制及时间电流波形输出；
6. 外部触发，触发序列功能和自动测试功能。
电流校准数据:
测试软件:。
大跨度电流采集方案
大跨度电流采集方案# 电流采集方案的设计与应用## 一、概述电流采集是指通过特定的方法和传感器，将电路中的电流信号转化为可读取和处理的数字或模拟信号。
电流采集方案的设计与应用在电力系统监测、工业自动化、电子设备测试等领域具有重要意义。
本文将介绍一种基于现有技术的电流采集方案，逐步讲解方案的设计原理和应用场景。
## 二、电流采集方案的设计原理### 1. 电流传感器选择电流传感器是电流采集方案的核心部件之一。
选择合适的电流传感器能够确保采集到准确且可靠的电流信号。
常见的电流传感器有霍尔效应传感器、电流互感器等。
在选择时需要考虑被测电流范围、精度要求、频率特性等因素。
### 2. 信号调理与放大采集到的电流信号往往需要进行放大或滤波处理，以提高系统的灵敏度和可靠性。
信号调理与放大电路可以根据实际需求选择合适的运算放大器、滤波器等元件，并通过合理的电路设计完成信号处理。
### 3. 模数转换与数据采集经过信号调理与放大后的电流信号可以转换为数字信号，以便于存储、处理和分析。
模数转换器（ADC）是实现模拟信号到数字信号转换的关键组件。
根据所需的分辨率和采样率，选择合适的ADC芯片，并通过微处理器或者单片机完成数据采集。
## 三、电流采集方案的应用场景一：电力系统监测电力系统监测是电流采集方案的重要应用之一。
电力系统由各种电气设备组成，因此对电流的监测和分析能够提供对系统运行状态的实时了解。
通过采集电流信号，可以对电力设备的功率消耗、故障检测、负荷分析等进行监测和评估，提高电力系统的可靠性和效率。
## 四、电流采集方案的应用场景二：工业自动化工业自动化领域对电流的采集和控制有着广泛的需求。
通过采集工业设备中的电流信号，可以实现对设备运行状态的实时监测和控制。
比如在电机控制系统中，通过采集电机的电流信号，可以实现对电机负荷、速度、转矩等参数的监测和控制，提高生产效率和产品质量。
## 五、电流采集方案的应用场景三：电子设备测试电子设备测试中常常需要对设备的功耗和电流进行测试和评估。
电流采集方案
电流采集方案引言随着现代电子设备的不断发展和普及，电流采集成为了电路设计及能量管理中的重要环节。
准确监测电流的大小和变化情况，有助于确保电路的稳定性和效率，同时也对能量消耗进行实时监控和管理。
本文将介绍一种常用的电流采集方案，旨在提供一个可靠、精确的电流监测解决方案。
一、电流采集原理电流采集原理是指通过感知电路，将电流的变化转换为电压信号，并进行放大和处理，最终得到与电流大小成比例的电压输出。
常见的电流采集原理包括电阻法、电流互感器法和霍尔效应法等。
1. 电阻法电阻法是最简单且常用的电流采集原理。
其基本原理是将一个电流感知电阻（如电流互感器法）接入电路中，并通过测量感知电阻两端的电压，计算得到电流的大小。
为了确保精确度和稳定性，感知电阻应具有较小的温度系数和较高的精度。
2. 电流互感器法电流互感器法是一种无接触测量电流的方法，利用电流互感器感应传导电流的磁场。
电流互感器由一个或多个线圈组成，当被测电流通过互感器的一侧线圈产生磁场时，另一侧的线圈将感应到电动势，并通过放大电路得到与电流成比例的电压信号。
3. 霍尔效应法霍尔效应法是利用半导体材料的霍尔效应实现电流测量。
当电流通过一个垂直于电流方向的磁场时，垂直于电流和磁场的方向就会产生电动势，通过霍尔元件测量电动势并放大得到与电流成比例的电压信号。
二、电流采集方案的实施步骤1. 确定电流采集需求在选择电流采集方案之前，首先需要明确电流采集的具体需求。
包括测量的电流范围、精度要求、实时性要求以及工作环境等因素。
2. 选择合适的电流传感器根据电流采集需求，选择合适的电流传感器。
根据电流范围来选择传感器的量程，根据精度要求来选择传感器的精度等级。
此外，还需要考虑传感器的输出类型，如模拟输出或数字输出。
3. 设计并搭建采集电路根据选择的电流传感器，设计并搭建相应的电流采集电路。
电流传感器通常需要与放大电路相结合，以放大和处理获得的原始信号。
放大电路可以采用运算放大器或专用的电流测量芯片。
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电流传感器测试方案
测试要求:
1. 大电流1000A及以上，并且低电压
2. 能够长时间工作在近乎短路状态。
3. 精确度0.1%以上
4. 电流纹波小，0.1%以下
5. 电流稳定度要求高
6. 电流变化速度快，模拟快速通断。
7. 电流停止时，冲击小，时间反应快，防倒灌。
8. 电流传感器的延时测试。
测试应用:
1. 电流传感器的生产校正，校准及品质验证。
2. 电流传感器的校验，功能测试，性能及稳定性测试。
3. 电流传感器时间延时测试。
4. 传感器研发及测试的性能测试。
5. 研发的可靠性验证。
6. 电流传感器使用者的电流精度标定，响应时间测试等。
7. 利用费思软件产生曲线，数据，报告等。
测试连接:
使用电源+负载形式，性能指标更好。
测试功能:
1. 设置电压电流值；
2. 快速调用，一键调用相应的测试参数及测试波形；
3. 序列功能：模拟电流随时间变化，稳定性测试及生产测试；
4. 波形编辑（FTP/FTG）,编辑复杂波形及序列，高达1khz；
5. 模拟量控制及时间电流波形输出；
6. 外部触发，触发序列功能和自动测试功能。
电流校准数据:
测试软件:。