磁传感器、防窃电的电能表的制作方法

1.本发明涉及电磁传感技术领域，具体地涉及一种磁传感器以及一种防窃电的电能表。


背景技术：

2.电能表是用来测量电能的仪表，又称电度表、火表、千瓦小时表，指测量各种电学量的仪表。在电力系统中主要采用内含大量电子元件的智能电能表，电磁干扰很容易使智能电能表内的电子元件的灵敏度受到影响，不仅会造成设备损坏，也会影响整个电力系统的正常运行。
3.通常，电能表不具备抗磁能力，部分不法分子在电能表表面施加强磁场，破坏电能表的电流传感器及计量芯片无法工作，从而造成电能表不能正常计量，以达到窃电的目的。目前电能表防窃电的方式主要有两种，一种是在电能表外部加装抗磁外壳，例如在电表箱的箱底与电表底部之间安装磁场屏蔽板，利用磁场屏蔽板给外加强磁场提供一个磁通路径，让窃电者在箱外施加的强磁场被磁场屏蔽板阻隔，从而避免里电能计量表受外加强磁场的干扰，但是，磁场屏蔽板长期处于强磁场环境中，容易被磁化，屏蔽性能会变差；另一种是采用磁传感器检测干扰磁场的存在并发出提示信息，但是现有的用于电能表的磁传感器只能感应一个或几个方向的磁场，存在检测盲区，如果干扰磁场的来源方向在其检测盲区，则失去防护功能。


技术实现要素：

为了解决上述技术缺陷，本发明提供一种应用于电能表的磁传感器，能够检测来自360
°
方向的磁场干扰，提升电能表的防窃电功能。
4.本发明提供一种磁传感器，应用于防窃电的电能表，所述磁传感器包括：磁敏元件以及与磁敏元件相连的信号处理电路；所述磁敏元件包括第一惠斯通电桥和第二惠斯通电桥，所述第一惠斯通电桥由多个能够感应x轴方向磁场的x磁阻单元构成，所述第二惠斯通电桥由多个能够感应y轴方向磁场的y磁阻单元构成； 所述第一惠斯通电桥的多个x磁阻单元与所述第二惠斯通电桥的多个y磁阻单元间隔排布，每一个x磁阻单元与相邻的y磁阻单元的距离相等；所述磁敏元件用于感应电能表周围的磁场强度，并输出电压信号；所述信号处理电路用于对所述磁敏元件输出的电压信号进行处理，根据处理结果产生开关信号。
5.本发明实施例中，所述x磁阻单元和所述y磁阻单元均由多个不同长度的矩形的磁阻条构成，多个矩形的磁阻条呈阶梯状排布。
6.本发明实施例中，所述第一惠斯通电桥有四个x磁阻单元，所述第二惠斯通电桥有四个y磁阻单元，四个x磁阻单元与四个y磁阻单元两两间隔排布呈正八边形。
7.本发明实施例中，所述x磁阻单元和所述y磁阻单元与所述正八边形的几何中心的距离相等。
8.本发明实施例中，所述x磁阻单元和所述y磁阻单元均由多个弧形的磁阻条构成，
多个弧形的磁阻条的弧度相等。
9.本发明实施例中，所述第一惠斯通电桥有四个x磁阻单元，所述第二惠斯通电桥有四个y磁阻单元，四个x磁阻单元与四个y磁阻单元两两间隔排布呈圆形。
10.本发明实施例中，所述x磁阻单元和所述y磁阻单元与所述圆形的圆心的距离相等。
11.本发明实施例中，所述磁阻条基于amr、gmr或tmr中的至少一种磁阻效应。
12.本发明实施例中，所述磁阻条的宽度为1-20um，厚度为2-100nm，两个所述磁阻条之间的距离为1-20um。
13.本发明实施例中，所述第一惠斯通电桥和所述第二惠斯通电桥为全桥结构或半桥结构。
14.本发明实施例中，所述信号处理电路包括信号调理电路、比较电路、反相器电路以及输出电路，所述信号调理电路与第一惠斯通电桥的输出接口和第二惠斯通电桥的输出接口连接，所述输出电路与电能表的控制模块连接。本发明还提供一种防窃电的电能表，该电能表包括上述的磁传感器。上述磁传感器的磁敏元件由x磁阻单元和y磁阻单元构成的两组惠斯通电桥构成，感应磁场的x分量和y分量，将x分量、y分量进行综合，且x磁阻单元与y磁阻单元间隔排布呈全等结构，能够检测来自360
°
全方位的磁场干扰，无检测盲区，可及时发现各个方向来源的磁场干扰，提升电能表的防窃电功能。
15.本发明技术方案的其它特征和优点将在下文的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
16.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明实施例提供的磁传感器的磁敏元件的电气连接示意图；图2为本发明实施例提供的磁敏元件的第一惠斯通电桥和第二惠斯通电桥的示意图；图3为本发明实施例提供的磁敏元件中x磁阻单元和y磁阻单元的排布示意图；图4为本发明另一实施例提供的磁敏元件中x磁阻单元和y磁阻单元的排布示意图。
具体实施方式
17.为了使本发明实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
18.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
19.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
20.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.本发明实施方式提供一种磁传感器，应用于防窃电的电能表，该磁传感器包括磁敏元件以及与磁敏元件相连的信号处理电路。磁敏元件包括第一惠斯通电桥和第二惠斯通电桥，第一惠斯通电桥由多个能够感应x轴方向磁场的x磁阻单元构成，第二惠斯通电桥由多个能够感应y轴方向磁场的y磁阻单元构成。第一惠斯通电桥的多个x磁阻单元与第二惠斯通电桥的多个y磁阻单元间隔排布，每一个x磁阻单元与相邻的y磁阻单元的距离相等。磁敏元件用于感应电能表周围的磁场强度，并输出电压信号。信号处理电路用于对磁敏元件输出的电压信号进行处理，根据处理结果产生开关信号。本发明的磁敏元件由x磁阻单元和y磁阻单元构成的两组惠斯通电桥构成，感应x/y轴方向的磁场分量，能够检测来自360
°
全方位的磁场干扰，无检测盲区，可及时发现各个方向来源的磁场干扰，提升电能表的防窃电功能。
22.如图1和图2所示，磁传感器的磁敏元件包括第一惠斯通电桥100和第二惠斯通电桥200。第一惠斯通电桥100由四个x磁阻单元构成，作为x电桥，第二惠斯通电桥200由四个y磁阻单元构成，作为y电桥。第二惠斯通电桥200设置在第一惠斯通电桥100所构成的电路环路内，或者，也可将第一惠斯通电桥100设置在第二惠斯通电桥200所构成的电路环路内。第一惠斯通电桥100和第二惠斯通电桥200分别有一个电源接口，两个输出接口，一个接地接口。该磁传感器能够检测磁场的x分量和y分量，通过两组惠斯通电桥将x分量、y分量进行综合，通过信号处理电路判断综合的磁场强度，产生开关信号。
23.如图3所示，磁敏元件中的四个x磁阻单元与四个y磁阻单元两两间隔排布呈正八边形，每一个x磁阻单元与相邻的y磁阻单元的距离相等，x磁阻单元和y磁阻单元与正八边形的几何中心的距离相等，在非均匀磁场检测中，x磁阻单元与y磁阻单元的对称分布，可以使x磁阻单元与y磁阻单元感应的磁场无差异，避免了其他非对称分布的传感器中存在的，x磁阻单元与y磁阻单元感应的磁场有差异的问题，提高磁场检测精度。x磁阻单元和y磁阻单元均由多个不同长度的矩形磁阻条构成，多个矩形磁阻条呈阶梯状排布。x磁阻单元的磁阻条与y磁阻单元的磁阻条的对称轴夹角为45
°
。
24.在具体实施例中，单个磁阻单元由5-30个磁阻条构成，多个磁阻条互相平行排列，且长度呈阶梯状排布，单个磁阻条的长度为10-500um，各个磁阻条的宽度不相等或相等，宽度为1-20um，厚度为2-100nm，两磁阻条之间的距离可以相等或不相等，为1-20um。
25.本实施例的磁传感器具有多个磁阻单元组成的惠斯通电桥，x磁阻单元和y磁阻单元互为补偿，避免检测外界磁场信号存在感应盲区、仅能感应一个或者几个方向的磁场等问题；而且，组成x电桥和y电桥的磁阻单元为全等结构，且与磁敏元件的几何中心距离相
等，避免检测误差，能够检测来自360
°
方向的磁场信号，无检测盲区，并且结构简单，加工难度较低，成本较低。
26.如图4所示，在另一实施例中，磁敏元件中第一惠斯通电桥100由四个x磁阻单元构成，第二惠斯通电桥200由四个y磁阻单元构成，四个x磁阻单元与四个y磁阻单元两两间隔排布呈圆形，x磁阻单元和y磁阻单元与圆心的距离相等。x磁阻单元和y磁阻单元均由多个弧形的磁阻条构成，多个弧形的磁阻条的弧度相等，即各个弧形磁阻条的圆心相同，半径不同。单个磁阻单元由5-30个磁阻条构成，多个磁阻条等间距排列，单个磁阻条的长度为10-500um，宽度为1-20um，厚度为2-100nm，两磁阻条之间的间距为1-20um。弧形磁阻条的磁阻单元的磁场感应效果优于矩形磁阻条的磁阻单元。
27.上述的实施例中，第一惠斯通电桥和第二惠斯通电桥为全桥结构或半桥结构。构成惠斯通电桥的磁阻单元（磁阻条）基于amr（各向异性磁电阻）、gmr（巨磁电阻）或tmr（隧道磁电阻）中的至少一种磁阻效应。第一惠斯通电桥和第二惠斯通电桥构成的磁敏元件可以感应磁场的北极和南极。
28.在具体实施例中，磁传感器的信号处理电路包括信号调理电路、比较电路、反相器电路以及输出电路，信号调理电路与第一惠斯通电桥的输出接口和第二惠斯通电桥的输出接口连接，输出电路与电能表的控制模块连接。信号处理电路对第一惠斯通电桥和第二惠斯通电桥输出的电压信号进行处理，在确定电压信号超过阈值时，产生开关信号触发电能表中的报警模块发出报警提示信息。
29.本发明实施方式还提供一种防窃电的电能表，该电能表包括上述的磁传感器，该磁传感器作为磁开关，能够检测全方向的磁场分量，将各个方向的磁场分量进行综合，判断综合的磁场强度，在磁场强度超过阈值时产生一个开关信号，触发电能表中的报警模块发出报警提示信息，达到防窃电的目的。
30.以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。

技术特征：
1.一种磁传感器，应用于防窃电的电能表，其特征在于，所述磁传感器包括：磁敏元件以及与磁敏元件相连的信号处理电路；所述磁敏元件包括第一惠斯通电桥和第二惠斯通电桥，所述第一惠斯通电桥由多个能够感应x轴方向磁场的x磁阻单元构成，所述第二惠斯通电桥由多个能够感应y轴方向磁场的y磁阻单元构成；所述第一惠斯通电桥的多个x磁阻单元与所述第二惠斯通电桥的多个y磁阻单元间隔排布，每一个x磁阻单元与相邻的y磁阻单元的距离相等；所述磁敏元件用于感应电能表周围的磁场强度，并输出电压信号；所述信号处理电路用于对所述磁敏元件输出的电压信号进行处理，根据处理结果产生开关信号。2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述x磁阻单元和所述y磁阻单元均由多个不同长度的矩形的磁阻条构成，多个矩形的磁阻条呈阶梯状排布。3.根据权利要求2所述的磁传感器，其特征在于，所述第一惠斯通电桥有四个x磁阻单元，所述第二惠斯通电桥有四个y磁阻单元，四个x磁阻单元与四个y磁阻单元两两间隔排布呈正八边形。4.根据权利要求3所述的磁传感器，其特征在于，所述x磁阻单元和所述y磁阻单元与所述正八边形的几何中心的距离相等。5.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述x磁阻单元和所述y磁阻单元均由多个弧形的磁阻条构成，多个弧形的磁阻条的弧度相等。6.根据权利要求5所述的磁传感器，其特征在于，所述第一惠斯通电桥有四个x磁阻单元，所述第二惠斯通电桥有四个y磁阻单元，四个x磁阻单元与四个y磁阻单元两两间隔排布呈圆形。7.根据权利要求6所述的磁传感器，其特征在于，所述x磁阻单元和所述y磁阻单元与所述圆形的圆心的距离相等。8.根据权利要求2或5所述的磁传感器，其特征在于，所述磁阻条基于amr、gmr或tmr中的至少一种磁阻效应。9.根据权利要求2或5所述的磁传感器，其特征在于，所述磁阻条的宽度为1-20um，厚度为2-100nm，两个所述磁阻条之间的距离为1-20um。10.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述第一惠斯通电桥和所述第二惠斯通电桥为全桥结构或半桥结构。11.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述信号处理电路包括信号调理电路、比较电路、反相器电路以及输出电路，所述信号调理电路与第一惠斯通电桥的输出接口和第二惠斯通电桥的输出接口连接，所述输出电路与电能表的控制模块连接。12.一种防窃电的电能表，其特征在于，所述电能表包括如权利要求1至权利要求11任一项所述的磁传感器。

技术总结
本发明涉及电磁传感技术领域，提供一种磁传感器、防窃电的电能表。所述磁传感器包括磁敏元件以及与磁敏元件相连的信号处理电路；磁敏元件包括第一惠斯通电桥和第二惠斯通电桥，第一惠斯通电桥由多个能够感应X轴方向磁场的X磁阻单元构成，第二惠斯通电桥由多个能够感应Y轴方向磁场的Y磁阻单元构成；多个X磁阻单元与多个Y磁阻单元间隔排布，每一个X磁阻单元与相邻的Y磁阻单元的距离相等；所述磁敏元件感应电能表周围的磁场强度并输出电压信号；信号处理电路对电压信号进行处理，产生开关信号。本发明能够检测来自360


技术研发人员：程晓峰 付振 王帅鹏 黄海潮 习建国 周飞
受保护的技术使用者：北京芯可鉴科技有限公司
技术研发日：2023.08.08
技术公布日：2023/9/7