文 献 综 述
摘要：隧道磁阻（TMR）电流传感器具有温漂小、能耗小、灵敏度高等优点，在直流配电网中具有重要的应用价值。针对TMR电流传感器输出响应存在磁滞现象，影响探测精度的问题，本文对国内外学者相关研究进行了梳理，发现目前方法主要是控制TMR所处磁场为恒定磁场，实现对电流传感器磁滞的抑制。由于各篇文献中控制恒定磁场原理及计算补偿磁场方法不同，本文对相关文献进行整理归纳，为下一步的学位论文写作奠定一个坚实的理论基础。
关键词：隧道磁阻；磁滞现象；补偿磁场
- 引言
TMR电流传感器性能优良，能满足智能电网或电力系统不同的电流测量需求，在输电线路、变电站、配电侧的电流监测，电气设备的绝缘在线监测，电能计量等领域中都具有广阔的应用前景。
TMR传感器的输出电压与周围磁场大小成线性关系，但TMR敏感体内部由于磁畴间的内应力、晶格之间摩擦力以及外力不均匀等因素的影响，导致其输出响应中存在明显的磁滞以及非线性现象，严重影响及制约了磁场测量精度及准确性。因此为提高TMR磁传感器的磁场测量精度，需要对其磁滞效应进行有效抑制。
目前，针对TMR电流传感器的磁滞抑制方法大体可划分为3种：建立传感器输出的磁滞模型；通过结构设计和工艺优化减小磁滞效应；对TMR磁敏感体磁化状态的跟踪控制实现磁滞抑制。对比发现磁滞补偿的方法有明显的优势及发展空间。本文在阅读国内外众多文献的基础上，对不同学者的研究进行了归纳和梳理，包括对补偿磁场的计算原理，新型TMR电流传感器的结构设计等等，以期在此基础上改进完善，设计新型TMR电流传感器，进一步减少磁滞对传感器的影响。
- 国内外学者的研究
Qian Z（2004）等人引入补偿系统，通过线圈产生补偿磁场，在磁敏感体处补偿掉外磁场，从而使磁电阻传感器工作在稳定磁场，从而减小磁滞。但若要实现补偿磁场的精确调控，补偿系统需要低噪声补偿电流源，目前有关该方法在TMR磁传感器领域还鲜有应用。
孙琨（2017）通过分析多层膜GMR磁传感器磁滞产生的原理，在传统T(x)磁滞模型的基础上，推导出针对多层膜GMR磁电阻传感器的改进型T(x)磁滯模型。为减小直接跟踪补偿方法中的线性近似误差，提出了基于改进型T(x)模型的磁场跟踪补偿方法，并以多层膜GMR磁电阻传感器为例，从理论角度证明该方法对于磁滞抑制、提高磁信号测量准确性的作用。围绕励磁系数、电阻和电感等关键性能参数，建立了补偿线圈的有限元仿真设计方法，实现了补偿线圈及磁滯补偿结构的优化设计:通过引入微电镀技术，突破了高密度大厚度补偿微线圈的高质量制备工艺;通过引入缓冲层，并采用高精度光学对准系统，实现了敏感体三维高精度安装，进而完成了高性能磁滞补偿微结构的制备。采用高分辨率DAC和压控恒流源技术，研制了高精密低噪声补偿/脉冲电流产生电路。采用正交锁相参数估计和数字PI电流控制算法，实现了磁场跟踪补偿及GMR磁电阻传感器的工作点控制。通过搭建磁滞补偿测试平台，开展了基于改进型T(x)模型的跟踪补偿测试实验，拟合得到的针对GMR磁电阻传感器的改进型T(x)模型误差为0.31%;基于改进型T(x)模型的磁场跟踪补偿与直接磁场跟踪补偿方法进行对比，磁滞从1%降低至0.4%。
孙琨（2018）针对小型TMR磁传感器输出响应存在磁滞现象，影响探测精度的问题，提出了一种基于数字信号处理器(DSP)控制低噪声电流源进行磁滞补偿的方案:基于DSP平台控制高稳定电流源产生补偿电流，并通过磁补偿线圈产生补偿磁场，使得TMR敏感体处产生恒定磁场，实现对磁敏感体磁滞均方根误差抑制;通过低噪声电流源设计，降低电流补偿导致系统引入的额外噪声。实验结果表明:通过对TMR磁传感器补偿，磁滞降低了90%，同时仅仅 产生 250 pT 的噪声。
王鲜然（2019）研究了一种通过磁场闭环控制零磁通技术来提高TMR磁传感器的线性度和测量范围的方法。通过一个闭环反馈线圈来产生一个反馈磁场，以此抵消外部磁场，从而降低传感器的实际工作磁场大小，使其工作在零磁场附近，从而提高传感器的线性度和测量范围。而反馈磁场大小与被测磁场大小相等，方向相反，其实际大小可由测量反馈电流大小确定。对这种闭环反馈控制零磁通技术进行了理论分析和计算，并设计了相应样机进行了测试。通过这种方法TMR磁传感器的测量范围由plusmn;2Gs提高到了plusmn;７Gs，亦可通过加大反馈电流达到更高。同时，其非线性度由全量程的２%降低到了0.05%，而磁滞误差由1.7% F.S.降低到了0.0428% F.S.,证明了该方法切实可行。
