【摘 要】
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隧穿磁阻（Tunnel Magnetic Resistance,TMR）元件具有体积小、重量轻、线性度好和动态范围大等优点,能满足不断发展的电力系统和国防电工装备的需求,具有极大的应用前景。然而隧穿磁阻型电流传感器的许多基础问题尚不清晰,若要实现广泛应用,仍需分析和研究。本文从TMR传感本体—TMR传感单元结构—TMR传感器的逻辑线对基于TMR元件的电流传感器的电流传感原理和性能进行研究,主要内容
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隧穿磁阻（Tunnel Magnetic Resistance,TMR）元件具有体积小、重量轻、线性度好和动态范围大等优点,能满足不断发展的电力系统和国防电工装备的需求,具有极大的应用前景。然而隧穿磁阻型电流传感器的许多基础问题尚不清晰,若要实现广泛应用,仍需分析和研究。本文从TMR传感本体—TMR传感单元结构—TMR传感器的逻辑线对基于TMR元件的电流传感器的电流传感原理和性能进行研究,主要内容和结论如下:利用量子力学和统计学的分析方法对TMR效应的机理进行研究,分析了TMR元件电阻值的主要影响参量,建立了参量和电阻之间的物理模型。该模型反映了各参量的影响规律:TMR的电阻值随磁场强度的增加而趋向饱和性增长,且具有负的温度系数。构建了基于TMR元件的惠斯通电桥结构,电桥的输出电压随磁场和温度的变化规律大体上同电阻的变化规律。利用COMSOL建模仿真研究了磁环参数、TMR放置位置、导体偏心、干扰磁场、阵列芯片数目等在聚磁环结构和PCB结构中对传感单元测量性能的影响。对聚磁环结构,TMR芯片位置固定时磁环宽度对测量结果的影响可以忽略,而气隙间距增大会降低测量准确度;导体偏心会降低测量灵敏度;干扰磁场会线性地影响测量误差。对PCB结构,阵列中芯片数目达到2个即可忽略干扰磁场的影响,达到4个测量误差即可降低到0.5%以下;但随着芯片数目的增多,测量灵敏度会略微下降。针对TMR2604芯片设计了传感单元结构及信号后处理电路,构建了电流测量系统。对传感器样品进行了芯片灵敏度、磁滞和温度特性测试,灵敏度约为6.067mV/V/Oe;进行了工频、（8/20）μs雷电波、（500/750）μs矩形波特性试验并完成不确定度评定,与Pearson1330相比,TMR电流传感器的时间参数误差小于1%,在额定电流范围内,其线性度优于0.5%,刻度因数测量不确定度为1.0×10-2（k=2）,时间参数测量不确定度为1.6×10-2（k=2）,性能良好。
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