[发明专利]一种采用磁电复合材料的易安装电流传感器

说明书

本发明提出一种采用磁电复合材料的易安装电流传感器，包括磁环；所述磁环由若干磁芯组装形成，所述敏感元件由磁致伸缩材料层和压电陶瓷材料层组成，其中，磁致伸缩材料层两侧均设置有压电陶瓷材料层；压电陶瓷材料层端部的电极通过导线与信号处理电路连接；信号处理电路对压电陶瓷材料层输出的电压信号处理后送外部设备显示；所述传感器底部设置有支座，支座为具有弹性的薄金属片，薄金属片弯曲成拱形。支座两端的安装部设置有安装孔；当支座承受压力时，拱形薄金属片发生形变，从而调整两个安装孔之间的距离。本发明具有良好的稳定性和高分辨率；操作简单，适用范围广。

技术领域

本发明属于电子检测设备制造技术领域，特别涉及一种电流传感器。

背景技术

传统的电流传感器主要有分流器、电流互感器、霍尔电流传感器等器件。分流器是专门用于电流测量的电阻元件，它可以测量直流以及MHz级的交变电流。但是分流器在使用时需要串联接入电路中，属于接触式测量，一方面，该传感器安装很不方便，影响使用效率，另一方面，由于分流器需要接入电路中才能进行测量，这使得一部分功率会因电阻的发热以热能的形式白白消耗，并且对人身安全难以保障。

电流互感器一般由闭合的软磁磁芯和外围绕组线圈构成，可以把数值较大的一次电流通过线圈匝数变比转换为数值较小的二次电流传送给二次设备进行测量。但是电流互感器只能测量交变电流，并且在较低的磁场下就会饱和，测量范围小；另外，由于线圈的存在，长时间工作会由于线圈发热而引起测量失真。大多数互感器采用闭合式结构，安装时需要事先将被测导线一端从传感器的中心孔穿过，这对于两端都已经接入其他设备的导线来说无法实现测量，同理，拆卸这类传感器也很不方便。

霍尔式电流传感器是将霍尔元件放入开口的软磁磁芯以达到电流探测的目的。霍尔元件在聚集磁路中检测到与原边电流成比例关系的磁通量后输出霍尔电压信号，经放大电路放大后输送到仪表显示或计算机采集。但是霍尔元件是一个有源器件，在使用过程中必须要外加偏置电压以保证它的正常工作，极大地限制了它的适用范围。

大多数传感器具有两个安装孔，而两个安装孔之间的距离是保持不变的，这对于基座上的孔也提出了较高的位置要求；市面上也有开合式结构的传感器，但是这类传感器经多次开合后难以保证聚磁环的完整闭合。

众所周知，磁致伸缩材料具有较大的磁致伸缩应变，而压电陶瓷会在受到应力作用时在两个相对表面产生电压信号。将磁致伸缩材料置于磁场中，可以得到远大于压电陶瓷及其他材料的伸缩量，与压电材料结合可以得到较高的磁电转化效率，所以人们将磁致伸缩材料和压电材料粘结在一起构成层合材料，并将这种层合材料作为敏感元件构成一种较为灵敏的磁传感器。(参考文献：卞雷祥，文玉梅，李平.磁致伸缩/压电叠层复合材料磁-机-电耦合系数分析[J].物理学报，2009，58(6)；4205-4213.)

发明内容

本发明提供一种易安装电流传感器，采用磁致伸缩材料和压电陶瓷材料合成的复合材料作为敏感元件，具有良好的稳定性和高分辨率等优点；传感器外壳采用开合式结构，并且外壳的一部分为楔形结构，多次使用也能保证良好的一致性，测量结果稳定可靠。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种采用磁电复合材料的易安装电流传感器，包括磁环、敏感元件、永磁体以及信号处理电路；所述磁环由若干磁芯组装形成，所述敏感元件由磁致伸缩材料层和压电陶瓷材料层组成，其中，磁致伸缩材料层两侧均设置有压电陶瓷材料层；在某两个相邻的磁芯的端部设置有凹槽，敏感元件置于凹槽内，永磁体设置在敏感元件两侧；压电陶瓷材料层端部的电极通过导线与信号处理电路连接；信号处理电路对压电陶瓷材料层输出的电压信号处理后送外部设备显示；所述传感器底部设置有支座，支座为具有弹性的薄金属片，薄金属片弯曲成拱形。支座两端的安装部设置有安装孔；当支座承受压力时，拱形薄金属片发生形变，从而调整两个安装孔之间的距离。

进一步，敏感元件工作在L-T模式：磁致伸缩材料层沿长度方向振动，压电陶瓷材料层沿厚度方向振动。