基于InSb-In薄膜磁阻元件电流传感器的应用

　　1 引言

　　传感器技术、通信技术和计算机技术已成为现代信息技术的三大支柱。传感器是信息采集器件，系统感知、获取和检测信息的窗口。采用InSb-In 共晶体薄膜磁阻元件制成电流传感器是通过同时改变两个InSb-In磁阻元件阻值的途径来实现的，通过感应电流的大小来达到对工作中马达的控制。

　　2 锑化铟电流传感器的结构和工作原理

　　用锑化铟-铟共晶体薄膜磁阻元件制成MRCS的感应磁头(图1)主要由导线、绝缘基片、InSb-In磁阻元件MR1和MR2、永磁体、5个引 脚等组成，另外加上起屏蔽和保护作用的金属外壳。MR1和MR2是相对放置的一对磁阻元件，其阻值大致相等，导线置于MR1和MR2的对称轴位置。其等效 电路如图1(b)。

　　InSb-In磁敏电阻器是该传感器的核心，它的工作机理基于磁阻效应。根据磁阻效应，其电阻率变化为

　　式中：B是磁感应强度;ρB和ρ0分别为有磁场和无磁场时InSb-In磁敏电阻器的电阻率;μn为载流子的迁移率。这种InSb-In共晶体薄膜磁敏电阻器的磁阻特性仍遵守InSb单晶的规律，为抛物线形状的曲线，可用一元二次三项式表示为

　　RB/R0=1+αB+βB2 (2)

　　式中：B是磁感应强度;RB和R0分别为有磁场和无磁场时InSb-In磁敏电阻器的电阻值;α，β是与元件有关的系数。当导线有交流电流通过 时，就会在它周围产生一个交变的螺旋管磁场，于是就会在其中间连接点产生一个交变电压信号，然后再经过放大和比较，从而达到对交流电流的监测。

　　3 信号处理电路

　　信号采集电路中的InSb-In薄膜磁阻元件采用三端差分型接法如图1(b)所示，这种信号采集电路具有输出信号较大和较强抑制温漂的能力。信 号处理电路采用阻容耦合型差动放大电路，在图2中IC1和IC2为两级差动放大，改变R2，R7，R5，R8的阻值可以调整放大倍数。集成运放的静态电压 由R3和R6来调节，考虑到通常磁头内的上、下两个磁阻元件不完全平衡，MR1与MR2的阻值会有10%以内的差别，在+5 V的工作电源下，信号采集的输出端电压在2.4～2.6 V。为了减少信号在磁头与运放之间阻容耦合中的损失，一般把集成运放静态电压设置为低于2.5 V，取2 V比较合适。

　　4 电流传感器在工业现场的应用

　　本文研制的电流传感器已经在马达监控方面获得了实际应用。众所周知，马达一旦被意外卡死而停转，电路中流过它的电流会远远高于正常工作的电流， 而马达长时间停转的话，很容易被烧坏，本电流传感器就是要感知马达停转的电流，从而把整个供电断开，起到保护马达的作用，其基本原理如图3所示。