一种双量程磁通门电流传感器的封装结构与装配方法

技术领域

本发明涉及磁通门技术领域和电流传感器领域，具体为一种双量程磁通门电流传感器的封装结构与装配方法。

背景技术

现有的基于磁通门传感器的检测探头分为单棒型、双棒型和环形等结构。其中环形磁通门探头的磁芯是闭磁路的，环形线圈具有很好的对称性与结构平衡性，并且磁芯所受到的应力被均匀的分配，所以环形磁通门探头的噪声更小，检测的灵敏度更高；而本设计采用双环形结构的磁通门检测探头，双环形磁芯绕制的激励线圈方向相反，这使得输出信号的基波和奇次谐波在很大程度上相互抵消，双环形结构强大的优越性得以彰显。

目前市场上的磁通门电流传感器均是采用单个环形探头，封装设计也仅仅是将单个环形线圈封装在内，不适用于双量程的两个线圈封装，信号处理电路与电源电路均采用外接的形式，传感器体积较大，使用不够方便。为了解决上述问题，本发明针对双量程电流检测设计了能将两个环形探头封装在内的外壳，同时将信号处理板设计为两个上下可重叠的环形多层板嵌套在封装设计之中。另外，考虑到外界磁场干扰、大量程和小量程检测探头信号防串扰、信号处理板与探头精确定位等问题，本发明在封装结构的设计中增加了更多的细节处理，设计了固定孔柱和分隔层，同时设计了对应的装配方法，整体封装设计可以令内部的电流传感器进行高分辨率、高线性度和宽量程的电流检测，同时使得整个传感器更加集成统一、美观、小型化和便携化。

目前也存在一些磁通门电流传感器的案例，例如专利号为CN208984703U，名称为一体化高精度磁通门电流传感器，该实用新型专利设计了一款磁通门环形检测线圈的封装结构，并加入了电源指示灯、零点按键、信号接口等；但其设计仅有一个环形线圈，且外壳内部仅封装了环形线圈。专利号为CN210465525U的实用新型专利设计的是一种开启式磁通门电流传感器，该专利设计了一款开合式封装结构，不需要将导线切断即可穿过传感器进行检测，这使得传感器的应用场景更加广泛，使用更加便捷。结合上述两篇专利可以知道现有的设计都停留在设计一个环形线圈，并且通过数据接口外接电路进行供电和信号处理，这使得整个系统设计体积庞大，线路连接复杂，并且现有的设计在高分辨率和宽量程上仅能满足其中的一点。

通过已有专利与本发明的对比，可以发现本设计具有明显的技术优势，小体积的封装结构可以将大小两个探头封装在内，使得本发明的磁通门电流传感器能够同时满足分辨率达到1uA和量程达到1000A；另外，本发明的装配方法可以将电源电路板和信号处理板嵌入其中，不需要再外接一个大体积的信号处理箱。本发明技术所涉及的磁通门电流传感器不仅实现了电流传感器高分辨率、高精度、高线性度的测量，而且更加小型化、便携化，应用更加灵活。

发明内容

本发明的目的在于设计一款可以进行高精度双量程磁通门电流检测的传感器封装结构与相应的装配方法；本发明使用坡莫合金制作的封装结构可以有效屏蔽外界干扰，可以同时将双探头、处理电路板和电源电路板集成在一个封装内，封装成产品便于测试使用；本设计的双量程检测探头既可以检测大电流，也可以检测微安级别的微弱电流。

一种双量程磁通门电流传感器的封装结构，包括外壳主体、外壳封盖、散热网孔和软磁屏蔽板；

所述的外壳主体和外壳封盖采用坡莫合金制成，外壳封盖紧盖外壳主体；

在所述的外壳主体侧壁开有散热网孔和220V电源线接口；在外壳主体内设置有用于隔绝电源电路板与环形检测探头的软磁屏蔽板；

在所述的外壳主体内还设置有大电流检测孔柱和小电流检测孔柱；在所述的软磁屏蔽板上开有±12V供电接口；在所述外壳封盖上设置有信号输出端口、用于装配大电流检测孔柱和小电流检测孔柱的大小开孔。

作为优选，所述的外壳主体和外壳封盖采用厚度为0.5mm～2mm的坡莫合金制成，外壳主体的长为80mm～100mm、宽为30mm～50mm、高为100mm～130mm。

作为优选，所述的散热网孔分布于外壳主体顶部线圈的圆周处，以及壳体背面下端电源电路板的周围，分别用于通电线圈的散热和电源电路板功放的散热。

作为优选，所述的软磁屏蔽板为厚度为1mm坡莫合金薄片。

作为优选，大电流检测孔柱的孔径为20mm～40mm，小电流检测孔柱的孔径为3mm～6mm，孔柱选用光敏树脂材料或者陶瓷纤维材料3D打印而成。

采用上述双量程磁通门电流传感器的封装结构，有如下双量程磁通门电流传感器的装配方法，具体步骤如下：

第一步，将电源电路板固定设置在外壳主体内软磁屏蔽板的一侧，引出电源的输入和输出端，在外壳主体侧壁对应电源的输入端设置220V电源线接口；

第二步，在外壳主体内软磁屏蔽板的另一侧，将信号处理板拆分成两块重叠嵌套放置的底层环形板和顶层环形板；先将底层环形板嵌入大电流检测孔柱后，固定在外壳主体内；然后将大量程检测线圈和小量程检测线圈分别嵌入两个对应的大电流检测孔柱和小电流检测孔柱中；再借助信号线将两个检测线圈与电路处理板进行连接，并将电源板上的电源线连接到电路处理板上；然后将顶层环形板嵌入大量程电流检测孔柱中，将顶层环形板固定在底层环形板上；此时大量程检测线圈和小量程检测线圈固定在两块环形板之间；在信号处理板与大量程检测线圈之间、大小量程两个检测线圈之间分别增加坡莫合金薄片进行信号隔离，防止相互串扰；

第三步，引出信号处理板上的USART串口通信接口，盖紧封盖，使封盖上的信号输出端口与USART串口通信接口对齐，完成双量程磁通门电流传感器的装配；

第四步，将电源线插入220V电源线接口，利用数据线或无线通信模块连接传感器和上位机，只需将被测导线根据量程范围穿过对应的检测孔柱，即可在上位机中实时读取检测到的电流数值。

所述的信号处理板和电源电路板通过螺纹与外壳主体固定连接。

本发明的有益效果是：

(1)双量程磁通门电流传感器封装结构将两个环形检测探头、信号处理电路板和电源电路板封装在一个盒子里，灵活便携、方便实用，另外，坡莫合金金属外壳可以有效的屏蔽外界环境带来的磁场干扰，使得测得的电流值线性度和准确度更高。

(2)本发明的外壳封装了大量程和小量程两个环形检测探头，电流检测在满足宽量程的同时，也可以满足高分辨率。

(3)本发明有针对性设计的装配方法可以很好地固定检测线圈，确保电流检测的稳定性，同时装配合理细致，使得整体设计更加美观、小型化、便携化。

附图说明

图1为本发明的电流传感器封装结构；

图2为本发明的电流传感器封装结构的开盖内部图；

图3为本发明的电流传感器封装爆炸图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，一种双量程磁通门电流传感器的封装结构，包括外壳主体1、外壳封盖2、散热网孔3和软磁屏蔽板9；

本实施例中外壳主体1和外壳封盖2采用厚度为0.5mm～2mm的坡莫合金制成，外壳主体1的长为80mm～100mm、宽为30mm～50mm、高为100mm～130mm，各边边长略大于外壳封盖2外围的边长，可允许外壳封盖紧盖外壳主体；利用坡莫合金制成金属屏蔽外壳能有效屏蔽外界环境带来的磁场干扰。

在外壳主体1侧壁开有散热网孔3和220V电源线接口6；本实施例中散热网孔3位于外壳主体顶部线圈的圆周处，以及壳体背面下端电源电路板的周围，分别用于通电线圈的散热和电源电路板功放的散热。

在外壳主体1内设置有软磁屏蔽板9，软磁屏蔽板9为厚度为1mm坡莫合金薄片，放置在电源电路板与电流检测孔柱之间，用于隔绝电源电路板与环形检测探头，从而屏蔽电源电路板产生的噪声干扰。

在信号处理板13与大量程检测线圈之间和大小量程两个环形线圈之间分别增加坡莫合金薄片进行信号隔离，防止相互串扰；

在外壳主体1内还设置有大电流检测孔柱4和小电流检测孔柱5，本实施例中大电流检测孔柱4的孔径为20mm～40mm，放置大探头线圈和环形板的孔柱长为20mm～30mm，孔柱选用光敏树脂材料或者陶瓷纤维材料3D打印而成，供流经大电流的粗导线检测使用。小电流检测孔柱5的孔径为3mm～6mm，放置小探头线圈的孔柱长为20mm～30mm，孔柱采用光敏树脂材料或者陶瓷纤维材料3D打印而成，用来检测微弱电流。

软磁屏蔽板9上开有±12V供电接口8，用于引出电源电路板的输出线给信号处理板进行供电。

外壳封盖2上设置有信号输出端口7、用于装配大电流检测孔柱4和小电流检测孔柱5的大小开孔。

如图3所示，本实施例中在外壳主体后端和外壳主体底端分别开出的四个直径为3mm的圆形孔洞，作为固定安装孔10，分别用于固定信号处理板和电源电路板。

采用上述双量程磁通门电流传感器的封装结构，有如下双量程磁通门电流传感器的装配方法，具体步骤如下：

第一步，将电源电路板12放置在外壳主体1内软磁屏蔽板9的一侧，电源电路板12四角用螺丝进行固定，引出电源的输入和输出线，在外壳主体1侧壁对应电源的输入端设置220V电源线接口6；

第二步，在外壳主体1内软磁屏蔽板9的另一侧，将信号处理板13拆分成两块重叠嵌套放置的底层环形板和顶层环形板；先将底层环形板嵌入大电流检测孔柱4中，四角用铜柱固定在外壳主体内；然后将大量程检测线圈14和小量程检测线圈11分别嵌入两个对应的孔柱中；再借助信号线将两个检测线圈与电路处理板进行连接，并将电源板上的电源线连接到电路处理板上；然后将顶层环形板嵌入大量程电流检测孔柱中，四角用铜柱固定在底层环形板之上，此时两个环形线圈固定在两块环形板之间；在信号处理板13与大小量程两个环形线圈之间分别增加坡莫合金薄片进行信号隔离，防止相互串扰；

第三步，引出信号处理板13上的USART串口通信接口，盖紧封盖，使封盖上的信号输出端口与USART串口通信接口对齐，完成双量程磁通门电流传感器的装配；

第四步，将电源线插入220V电源线接口，利用数据线或无线通信模块连接传感器和上位机，只需要将被测导线根据量程范围穿过对应的检测口，即可在上位机中实时读取检测到的电流数值。

将两个环形检测探头(小量程检测线圈11和大量程检测线圈14)、信号处理电路板13和电源电路板12封装在内，屏蔽了外界的磁场干扰，也便于测试使用；顶部和背部设置了散热网孔，分别用于通电线圈的散热和电源电路板功放的散热；外壳侧壁设置有220V电源线接口，能直接将220V市电与电源电路板的输入端相连进行系统的供电，接口周围布置绝缘材料确保安全；外壳封盖中间设置有信号输出端口，用于引出信号处理板上的USART串口通信接口，可直接连接上位机或与无线通信模块相连进行数据传输。为了满足传感器小型化，将信号处理板拆分成两块环形板进行重叠嵌套放置，将检测探头夹在双板之间进行固定。

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。