隧穿磁阻（TMR）电流传感器失调与噪声消除技术

doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2019.11.002

电力建设 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (11): 8-15.doi: 10.3969/j.issn.1000-7229.2019.11.002

• 泛在电力物联网 ·栏目主持杨挺教授、傅质馨副教授· • 上一篇下一篇

隧穿磁阻（TMR）电流传感器失调与噪声消除技术

刘卿1，张卫欣1，王崇1，王季孟1，侯昱丞2，赵俊杰2，杨挺2

1.国网天津市电力公司电力科学研究院，天津市 300384；2.天津大学电气自动化与信息工程学院，天津市 300072

出版日期:2019-11-01
作者简介:刘卿(1980)，男，本科，高级工程师，主要研究方向为电能计量；张卫欣(1973)，女，硕士，高级工程师，主要研究方向为电能计量；王崇(1989)，男，硕士，工程师，主要研究方向为电能计量；王季孟(1991)，女，本科，助理工程师，主要研究方向为电能计量；侯昱丞（1993)，男，博士研究生，主要研究方向为泛在电力物联网；赵俊杰(1996)，男，硕士研究生，主要研究方向为泛在电力物联网；杨挺(1979)，男，教授，博士生导师，主要研究方向为泛在电力物联网与人工智能。
基金资助:
国家电网公司总部科技项目 “基于电磁诱导透明（EIT）和隧穿磁阻（TMR）效应的电磁测量技术研究”

Offset and Noise Elimination Technology for TMR Current Sensor

LIU Qing1，ZHANG Weixin1， WANG Chong1， WANG Jimeng1， HOU Yucheng2， ZHAO Junjie2， YANG Ting2

1. State Grid Tianjin Electric Power Research Institute， Tianjin 300384， China; 2. School of Electrical and Information Engineering， Tianjin University， Tianjin 300072， China

Online:2019-11-01
Supported by:
This work is supported by research program“Electromagnetic measurement technology based on electromagnetically induced transparency and tunneling magnetoresistance effects”of State Grid Corporation of China.

摘要/Abstract

摘要： 采用隧穿磁阻（tunnel magnetoresistance，TMR）磁性元件的电流传感器具有精度高、体积小、功耗低等优点，在泛在电力物联网全面感知系统建立中具有很好的应用前景。TMR电流传感器的低频噪声与失调电压会对监测精度造成严重影响。针对该问题，文章分析了TMR电流传感器低频电路磁电阻薄膜1/f噪声、电路热噪声以及电路不匹配造成的失调噪声，提出了2种噪声消除方法：硬件电路斩波技术抑制噪声和基于自动调零原理的数值式自校正方法。通过实验实测，提出的方法能够抑制零点漂移电压，为高精度TMR电流传感器在泛在电力物联网中的应用提供技术支撑。

关键词: 隧穿磁阻（TMR）, 电流传感器, 电路噪声, 斩波, 自校正

Abstract: The current sensors using TMR magnetic component， with the advantages of high precision， small size， and low power consumption， have good application prospects in the construction of ubiquitous power internet of things. In the practical application of TMR current detecting device， low frequency noise and offset voltage will cause quite serious effects. This paper analyzes the 1/f noise of the low-frequency circuit in the TMR current sensors， the thermal noise of the circuit and the offset noise caused by the circuit mismatch. Two noise elimination methods are proposed: the chopper circuit and the numerical self-calibration method based on automatic zeroing principle. In our experiment， the methods proposed can successfully suppress the drift voltage， providing technical support for the application of high-precision TMR current sensors in the ubiquitous power internet of things.

Key words: tunnel magnetoresistance (TMR), current sensor, electromagnetic interference, chopping, self-correcting

中图分类号:

TM 933

刘卿，张卫欣，王崇，王季孟，侯昱丞，赵俊杰，杨挺. 隧穿磁阻（TMR）电流传感器失调与噪声消除技术[J]. 电力建设, 2019, 40(11): 8-15.

LIU Qing，ZHANG Weixin， WANG Chong， WANG Jimeng， HOU Yucheng， ZHAO Junjie， YANG Ting. Offset and Noise Elimination Technology for TMR Current Sensor[J]. Electric Power Construction, 2019, 40(11): 8-15.

参考文献

［1］周国伟，顾用地，周建平，等. 特高压直流输电系统非特征谐波分析［J］. 电力系统保护与控制， 2016， 44(3): 122-128.
ZHOU Guowei， GU Yongdi， ZHOU Jianping， et al. Analysis of non-characteristic harmonic in UHVDC system［J］. Power System protection and Control， 2016， 44(3): 122-128.
［2］王峥，郭海平，庞振江，等. TMR单芯片微弱电流传感器的研制［J］. 电测与仪表， 2018， 55(17): 129-133.
WANG Zheng， GUO Haiping， PANG Zhenjiang， et al. Study and manufacture of TMR single chip weak current sensor［J］. Electrical Measurement & Instrumentation， 2018， 55(17): 129-133.
［3］FREITAS P P， FERREIRA R， CARDOSO S. Spintronic sensors［J］. Proceedings of the IEEE， 2016， 104(10): 1894-1918.
［4］杨敏，王凤森，黄险峰. GMR传感器和TMR传感器的性能对比［J］. 国外电子测量技术， 2019， 38(1): 127-131.
YANG Min， WANG Fengsen， HUANG Xianfeng. Compare of the performance between GMR sensor and TMR sensor［J］. Foreign Electronic Measurement Technology， 2019， 38(1): 127-131.
［5］郭彦，庞振江，王于波，等.闭环电流检测模块中Z轴TMR传感器的研制［J］. 传感技术学报， 2018， 31(2): 207-212.
GUO Yan， PANG Zhenjiang， WANG Yubo， et al. Study and manufacture of Z-axis TMR sensor used in close loop current measurement module ［J］. Chinese Journal of Sensors and Actuators. 2018， 31(2): 207-212.
［6］张亚健，杨挺，孟广雨. 泛在电力物联网在智能配电系统应用综述及展望［J］. 电力建设， 2019， 40(6):1-12.
ZHANG Yajian， YANG Ting， MENG Guangyu. Review and prospect of ubiquitous power internet of things in smart distribution system［J］. Electric Power Construction， 2019， 40(6): 1-12.
［7］杨挺，翟峰，赵英杰，等. 泛在电力物联网释义与研究展望［J］. 电力系统自动化，2019，43(13)：9-20．
YANY Ting， ZHAI Feng， ZHAO Yingjie， et al. Explanation and prospect of ubiquitous electric power internet of things［J］. Automation of Electric Power Systems，2019，43(13)：9-20.
［8］谭超，杨哲，潘礼庆，等. 基于PI闭环控制的AMR磁阻传感器信号调理电路［J］. 传感技术学报， 2019， 32(7): 1003-1008.
TAN Chao， YANG Zhe， PAN Liqing， et al. Signal conditioning circuit of amr magnetoresistive sensor based on PI closed-loop control［J］. Chinese Journal of Sensors and Actuators，2019， 32(7): 1003-1008.
［9］张继楷，杨芸，康宜华，等. TMR传感器及其在电磁检测中的应用［J］. 无损检测， 2016， 38(12): 36-39.
ZHANG Jikai， YANG Yun， KANG Yihua， et al. TMR sensor and its application in electromagnetic nondestructive testing［J］. Nondestructive Testing Technologying， 2016， 38(12): 36-39.
［10］王超，邹萍，崔自强，等. 基于TMR的磁导率EMT的传感器阵列设计［J］. 天津大学学报(自然科学与工程技术版)， 2019， 52(6): 559-567.
WANG Chao， ZOU Ping， CUI Ziqiang， et al. Design of an EMT-TMR sensor array for the measurement of magnetic permeability［J］. Journal of Tianjin University(Science and Technology)， 2019， 52(6): 559-567.
［11］高俊，王劲东，仇福伟. 基于隧道磁阻传感器的车辆探测器研究［J］. 仪器仪表学报， 2017， 38(8): 2039-2046.
GAO Jun， WANG Jindong， QIU Fuwei. Magnetic sensitive automobile detector based on TMR sensor［J］. Chinese Journal of Scientific Instrument， 2017， 38(8): 2039-2046.
［12］吕华，刘明峰，曹江伟，等. 隧道磁电阻(TMR)磁传感器的特性与应用［J］. 磁性材料及器件， 2012， 43(3): 1-4.
LV Hua， LIU Mingfeng， CAO Jiangwei， et al. Performance and applications of magnetic sensors based on TMR effect［J］. Journal of Magnetic Materials and Devices， 2012， 43(3): 1-4.
［13］李建伟，于广华，滕蛟. 磁电阻薄膜材料噪声研究进展［J］. 磁性材料及器件， 2012， 43(4): 7-13.
LI Jianwei， YU Guanghua， TENG Jiao. Research progress on noise in magnetoresistance films［J］. Journal of Magnetic Materials and Devices， 2012， 43(4): 7-13.
［14］曹江伟，王锐，王颖，等. 隧穿磁电阻效应磁场传感器中低频噪声的测量与研究［J］. 物理学报， 2016， 65(5): 304-310.
CAO Jiangwei， WANG Rui， WANG Ying， et al. Measurement and study of low-frequency noise in TMR magnetic field sensor［J］. Acta Physica Sinica， 2016， 65(5): 304-310.
［15］ENZ C C， TEMES G C. Circuit techniques for reducing the effects of op-amp imperfections: Autozeroing， correlated double sampling， and chopper stabilization［J］. Proceedings of the IEEE， 1996， 84(11): 1584-1614.

[1]	陈昊，乔亚男，刘婧，李扬，杨挺. 考虑模型病态性的智能电表运行误差分析方法[J]. 电力建设, 2020, 41(2): 94-100.
[2]	江帆，杨洪耕. 基于选择性贝叶斯分类的非侵入式负荷识别方法[J]. 电力建设, 2019, 40(2): 94-.

隧穿磁阻（TMR）电流传感器失调与噪声消除技术

Offset and Noise Elimination Technology for TMR Current Sensor

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 2

编辑推荐

Metrics

本文评价