磁芯气隙中串联层叠非晶带GMI效应电流传感器

利用由CMOS多谐振荡桥及低通滤波器产生的正弦信号激励的钴基非晶带巨磁阻抗(GMI)效应设计出一种非接触型电流传感器.该非晶带经频率为2 Hz,密度为35 A/mm2,持续时间40 s的脉冲电流退火.非晶带采用串联层叠方式嵌于带气隙的环形磁芯中,推出了气隙中的层叠非晶带受到的导线电流所产生的磁场公式.给出了传感器信号处理电路框图.当磁芯中引入强负反馈磁场时,实验结果表明,新型电流传感器的非线性误差小于0.5%FS,线性量程±7 A.     

非晶丝GMI效应频率谱和锁相环电路磁场传感器

采用HP4191A型阻抗分析仪和专门为测量非晶丝GMI效应而设计的专用装置,研究了测量电流频率钴-铁-硅-硼(Co-Fe-si-B)非晶丝GMI效应的影响.对于经冷拔、真空退火和张应力退火制成的非晶丝,当测量频率由1MHz、5 MHz、10 MHz、20 MHz、30 MHz、40 MIz…,改变到400 MHz时,GMI比值、[Z-Z0)/Z0]、对外加磁场(Hex)的关系曲线都呈现正GMI效应的特征,其峰值和曲线的最大斜率先是不断增加,直到极大值,然后下降,极大值约为60～100MHz.据此,设计了测量电流频率可变的压控振荡器电路GMI磁场传感器,在75 MHz下,传感器的磁场测量灵敏度达到0.4 mV/nT.     

基于FeSiB/PZT-82/FeSiB磁电复合材料的分芯闭环电流传感器研究北大核心CSCD

文中提出了一种分芯闭环磁电电流传感器,其由高磁导率、低磁滞的FeSiB/PZT-82/FeSiB磁电复合材料、3块硅钢磁芯和一对永磁体组成。为了实现磁电电流传感器的开合式安装,文中采用了分芯磁芯结构;载流导线产生的环形磁场经3块硅钢磁芯汇聚到FeSiB/PZT-82/FeSiB磁电复合材料,然后基于复合材料的磁-力-电多场耦合效应,实现载流导线电流传感。通过仿真和实验对比分析,分芯磁芯结构的磁场汇聚效应对FeSiB/PZT-82/FeSiB传感性能具有显著的提高。含有磁芯结构的分芯闭环磁电电流传感器在无源情况下,对工频(50 Hz)电流的测量灵敏度达到17.379 mV/A,约为无磁芯FeSiB/PZT-82/FeSiB磁电复合材料的35倍;在0~10 A测量范围内,具有良好的线性关系。结果表明:由于该传感器的优异性能和分芯闭环结构,其在工频小电流监测领域具有广阔的应用空间。     

基于霍尔元件的数字式霍尔电流传感器设计北大核心CSCD

为了进一步提高数字式电流传感器的测量量程,基于霍尔效应提出了一种数字式霍尔电流传感器的设计方案。利用有限元分析软件对磁芯的磁场分布情况进行仿真分析,得出不同电流激励下磁芯中磁场的分布情况。针对直流电流情况下磁芯气隙中磁场分布不均的问题提出楔形气隙结构的优化方法,仿真结果表明该结构可以有效改善气隙中磁场分布不均的问题。设计传感器样机,通过实验分析了所设计的电流传感器的有效量程及测量误差,实验结果与仿真结果相符。     

大孔径开合式磁通门电流传感器探头参数设计

针对海洋工程中迫切需要的大孔径开合式腐蚀电流检测方法,设计了开合式磁通门电流传感器的探头,并通过将待测电流带来的磁场偏置影响代入磁芯磁导率,联立磁芯磁路方程和检测线圈的电路方程,结合相量法得出了开合式磁通门电流传感器的检测线圈电流脉冲计算公式,为大孔径开合式磁通门电流传感器的探头设计提供了理论依据,同时结合COMSOL仿真软件建立了有限元仿真分析模型,以720 mm孔径的磁通门电流传感器为例,从绕线方式、结构设计等方面分析计算了待测电流引起的磁场偏置,讨论了不同探头参数对磁通门脉冲的影响,对于传感器后处理电路的设计具有一定的参考价值。     

用于双芯电线无线监测的自全式电流传感器

提出了一种用于双芯电线电流监测的自全式电流传感器。该传感器由霍尔元件、信号调理模块、无线传输模块、采能线圈及电源管理电路组成,实现对载流双芯电线的自供电无线电流传感。霍尔元件传感载流线周围产生的磁场实现电流监测,线圈感应磁场产生电输出,经过电源管理为传感器供电。根据双芯电线电流产生的磁场分布特点,采用非对称磁芯结构设计,形成具有不同磁通的磁回路,低通量支路用于传感,较高通量支路用于能量采集。实验表明该传感器能够自供电实现对双芯电线1 A以上电流的传感,灵敏度为1.47 m V/A。     

含铁氧体磁芯的电涡流传感器线圈阻抗理论模型和数值计算

针对铁氧体磁芯对电涡流传感器线圈阻抗的影响问题,建立了含铁氧体磁芯的线圈阻抗理论模型,推导了单匝线圈阻抗的级数和矩阵形式,并通过积分获得圆柱线圈的阻抗表达式。因表达式参数多且计算复杂,用有限元法对含Ni-Zn铁氧体磁芯的线圈阻抗进行数值计算,并分析了铁氧体磁芯及其几何参数对传感器性能的影响。研究表明：通过理论模型和有限元法都可获得线圈阻抗值,但后者求解更加简便;铁氧体磁芯可将磁场限定在一定范围之内,提高了传感器的灵敏度;磁芯参数对传感器性能的影响因被测体材料而异。本文的研究可为传感器探头结构优化和性能改善提供理论依据。     

新型磁传感器理论及其在钢板缺陷检测的应用

提出了非晶丝单磁芯双绕组结构,多谐振荡桥路励磁的新型磁场检测传感器,并建立了传感器的理论模型,在电路的时间常数远小于振荡周期的条件下给出了桥路输出信号与被测磁场及电路参数、磁芯参数间的定量关系,并通过实验验证了在一定范围内理论结果与实验结果非常接近。利用该传感器设计了钢板缺陷检测系统,结果表明它可检测微小缺陷,具有灵敏度高、体积小和成本低等特点。     

非晶合金带巨磁阻抗效应新型磁传感器研究

介绍了非晶合金带巨磁阻抗（GMI）效应的产生机理,对样品进行脉冲电流退火,获得了显著的GMI效应。实验分析了样品阻抗变化率随外加磁场、样品最大阻抗变化率随激励电流频率的变化关系。通过优化工作参数,提高了传感器的灵敏度、线性度和量程。在样品上均匀绕400匝线圈,以提供偏置磁场,将传感器的工作点移至线性区域。室温环境下,在激励电流频率f=1 MHz、有效值Irm s=25 mA、测量范围为±10 A/m时,传感器的测量精度优于0.96%,灵敏度为16.5 mV/Am^-1,在弱磁检测领域具有很好的应用前景。     

一种全新的直流电流检测方式

针对常规的直流电流检测方法存在的缺点,设计了一种全新的直流电流检测方式.在该方式中,以2个环形磁芯线圈作为传感器,将通有直流电流的被测导线穿过2个环形磁芯线圈,则该导线在磁芯中产生恒定的磁通,同时控制电路在2个环形磁芯中加入变化磁通,2部分磁通在每个磁芯中形成合成磁通,再将每个磁芯中的合成磁通所产生的磁场能经差动电桥电路进行差动运算,即可实现检测出导线通过的直流电流.实验结果证明了该检测方式的正确性和可行性.     

电涡流传感器的脉冲激励与双参数检测

采用矩形脉冲作为激励信号,对电涡流传感器在位移检测过程中谐振频率及谐振阻尼的变化情况进行了研究分析.建立了以现场可编程门阵列(FPGA)为核心芯片的检测系统,用于产生所需要的矩形脉冲激励信号以及对传感器响应信号的欠采样.利用8 mm直径的电涡流线圈,对0～10 mm范围内碳钢目标靶的位移响应特性进行了测量,借助短时傅里叶变换分析了响应信号中频率成分的分布情况,同时获得了谐振频率及谐振阻尼的测量值.验证了通过脉冲激励同时获取电涡流传感器双参数检测的可行性.为研制基于电涡流效应的位移传感器及无损探伤传感器提供了一种新思路.     

基于非晶带GMI效应新型弱磁场传感器

利用退火处理后的Co66.3Fe3.7Si12B18非晶带作为敏感元件,研制出一种基于非晶带GMI效应的弱磁场传感器。分析了传感器的工作原理,设计了该传感器的信号处理电路,并对传感器的测量范围、线性度等性能进行了标定。传感器可应用于地球磁场、环境磁场等微弱磁场检测领域。     

铌酸锂集成 MZI 型光波导大电流传感器

采用集成光学技术,设计与研制出了一种用于大电流测量的集成光波导电流传感器,器件体积为 78 mm×18 mm×9 mm。 对带有多环形天线和调制电极的传感器结构进行了理论分析,并利用 COMSOL Multiphysics 软件建立传感器的三维模型,仿真 验证了所设计的传感器可用于脉冲大电流的测量。 搭建了脉冲大电流测量实验系统,对传感器性能进行测试。 结果表明,传感 器测量得到的脉冲电流时域波形与 Pearson 电流互感器测量得到的脉冲电流时域波形相比,波前时间 Tf 和持续时间 Td 的平均 相对误差分别为 3. 977 5% 和 5. 437 5% 。 传感器在 100 ~ 3 300 A 的被测电流范围内,线性相关系数为 0. 998 97,当信噪比为 6 dB 时,传感器最小可测电流为 66 A。     

基于 C 4 D 技术的非满管液体流速测量方法研究

为满足目前小型化设备中液体流速测量的需求,通过将空间滤波测速与电容耦合非接触电导测量(C~4D)技术相结合,提出了一种适用于非满管液体流速测量的新方法。设计了一种轴向两电极结构的C~4D传感器,采用COMSOL仿真软件建立了传感器的三维仿真模型,并对其空间灵敏度分布特性进行了分析,然后基于该传感器的空间滤波效应对液体流速测量原理进行了理论推导,并采用等效峰值频率的方法得到了速度测量的数学表达式;在此基础上,设计了一套可适用于空间滤波的C~4D液体流速测量系统,并通过该测量系统验证了C~4D传感器具有良好的空间滤波效应,且实验结果表明,该测量方法具有良好的可行性,在1.39～2.35 m/s的速度范围内,测量速度的绝对误差均在5%以内。     

基于空芯光纤的复合双腔光纤法珀盐度传感器

为实现高灵敏度的盐度测量,提出了一种基于空芯光纤的单模光纤–空芯光纤–单模光纤(SMF-HCF-SMF)复合双腔光纤法珀(F-P)盐度传感器.该传感器通过精密切割结合光纤熔接技术制备,结构小巧,工艺简单.通过HCF段空气腔与SMF段介质腔所对应的反射光谱干涉信号的振幅之比对盐度进行测量,可以有效剔除光源功率起伏以及其他...     

FeCuNbSiB单纳米晶磁芯双绕组新型电流传感器理论分析

炉内等温退火法制得的纳米晶合金F e73.5Cu1N b3S i13.5B9环形磁芯,由于在退火过程中材料内应力得以充分驰豫释放,使其具有高的磁性能温度稳定性及高的磁灵敏度,特别适合于制作对微弱电流进行测量的传感器。利用纳米晶合金材料作为敏感材料,提出了采用单纳米晶磁芯双绕组结构,多谐自振荡励磁,可进行非接触检测微弱电流的新型传感器。建立了传感器的数学模型,从理论上分析了传感器工作原理,该理论与实验结果很好地吻合。并利用傅里叶变换对桥路输出信号进行分析,指出了传感器信号调理电路的设计方法。     

集成生物微环境测量CMOS传感芯片研究

基于标准0.6 μm CMOS工艺设计实现了单片集成可用于细胞外微环境溶液pH值和温度同时检测的混合信号生物传感芯片.利用多层浮栅结构场效应管作为pH值传感单元,在恒流恒压电路控制下得到与pH值成反比的电压输出.pH敏感器件与参比器件的差模输出方式有效减小了电路和溶液的噪声.pH值在1～13范围内,传感器平均灵敏度为35.5 mV/pH,线性度优于3.2%.芯片上还集成了与绝对温度成正比的温度传感器,可实时检测生物微环境溶液的温度变化,在25～100℃范围内,输出线性度优于1.7%,平均灵敏度为8.8 mV/℃.此外,构建了传感芯片的原型应用电路,对传感器的输出电压进行软件修正后以温度和pH值形式进行显示,以实现两个参数的实时监测.在25~70 ℃温度范围内,温度测量偏差在-0.6～+1.1 ℃以内,pH值的测量偏差≤±0.3 pH.该芯片具有一定的可重用性,既可用来研究温度变化对细胞微环境溶液pH值的影响,又可作为IP核兼容集成于相同工艺的其他传感器电路中.     

基于AT89S51的光电脉搏测量仪的设计

为了提高脉搏测量的简便性和精确度,设计了以AT89S51单片机为核心,红外二极管和光敏三极管为传感器的光电脉搏测量仪。单片机通过对光敏三极管感应脉冲累加得到脉搏跳动次数,时间由单片机定时器来计算,数据由液晶LCD1602显示。经实验测试,系统性能稳定,误差小于2%。     

Sensitivity-enhanced single-mode fiber-tapered hollow core fiber-single-mode fiber Mach–Zehnder interferometer for refractive index measurements

In this paper, a sensitive-enhanced single-mode fiber—tapered hollow core fiber—single-mode fiber Mach–Zehnder interferometer is demonstrated for refractive index sensing. The sensitivity was improved by forming an up-taper at the two splicing joints and concave cone in hollow core fiber. The up-tapered regions served as a more effective mode splitter/combiner, and the tapered hollow core fiber was used to generate a stronger evanescent field to enhance the interaction of light with the analyte. According to the principles of interference between the cladding and fundamental modes, we performed refractive index measurements. The experiments indicated that the proposed sensor has a high refractive index sensitivity of 214.97?nm/RIU in the refractive index range of 1.333–1.379, with a minimum refractive index measurement resolution of 9.3?×?10^?5. In addition, the sensor had a low temperature response of 2.96?pm/°C in the range from 50 to 85°C and a low cross sensitivity of 1.377?×?10^?5 RIU/°C. The proposed sensor is attractive for its high refractive index sensitivity, easy fabrication, low cross sensitivity, and good mechanical strength, making it of potential value for refractive index measurements for chemical and biological sensing.     

干涉式光纤电流传感器

高压输电线中的电流测量大都采用铁芯式电流互感器。由于铁芯的非线性特性，一次测电流过大或含有高次谐波分量时，会出现磁路饱和现象，使电流互感器二次测电流数值和波形发生失真，从而引起测量精度下降。文中，设计了一种干涉式光纤电流传感器，提出了使用Rogowski线圈进行电流-电压转换，利用压电晶体实现相位调制，用迈克尔逊干涉仪进行相位检测的方法，解决了在高压端无源情况下，由电流转换的电压小的问题，提高了传感器的精度、可靠性和测量范围。