专利名称：微机电系统的电流感测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电流感测技术，特别涉及一种以法拉第感应定律来实现的微机电系统的电流感测装置。
背景技术：
能源的消耗一般以能量(焦耳)或功率(瓦特)的形式来表示，但各种测量装置或方法大多以电压或电流为检测的物理量；若能将此能源信息结合通信技术，而更有效的提供能源使用者这些相关信息，则将有助于能源使用者自主性节约能源的功效。然而，现有提供能源测量常用的电流传感器，常有体积大、需要外接电源、无法直接应用于多心电线等缺点，因而应用性受到限制。另外，也有现有技术提出以洛伦兹力 (Lorentz force)定律为基础的微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)制造方法的电流传感器，通过机械形变量的测量来判读待测的电流，以改善上述的缺点，但仍无法完全满足未来的性能要求。若能设计出一微型、非接触式、被动式、及易安装的电流传感器，将可以更全面的采集用电信息，达到自主性节能的目的。

发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的是采用搭配法拉第感应定律的导电线圈，以微机电系统制造方法达到被动式电流感测装置的轻薄性。本发明的另一目的是采用软性基板，以达到非接触式电流感测装置的便利性，且易于安装及使用。为达到上述的目的，在本发明的一方面，一实施例提供一种微机电系统的电流感测装置，包含一软性基板，其背面可附着于一电线或其保护层上；一感测单元，其以微机电系统制成，并设置于该软性基板上，用以感测该电线内因电流流过而产生的电磁场；及一读取电路，设置于该软性基板上，并电性连接至该感测单元以读取该电磁场的反应输出，及计算该电线内的电流值；其中该感测单元是由内含导磁材料的金属线圈所组成，且其在与该电线水平方向的线宽可大于其与该电线垂直方向的线宽。


图1是根据本发明实施例的微机电系统的电流感测装置的立体结构示意图。图2是根据本发明实施例的微机电系统的电流感测装置的结构剖面示意图。图3是C型钳状的软性基板夹贴于电线保护层的实施例的示意图。主要组件符号说明12软性基板14感测单元15放大器16读取电路
18待测电线19电线保护层
具体实施例方式为使本领域技术人员能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解， 配合附图详细说明如后根据安培定律，流经长直导线的电流在其邻近空间会产生一环形磁场，此环形磁
场正比于该导线上电流大小:Br =^，其中μ ^为导磁率，I为该导线上电流，B^为该导
2πτ
线外推半径为r上的磁通密度。对于该导线邻近空间的一导电线圈，可根据法拉第感应定律(Faraday' s lawof induction)得知该线圈二端的电动势或输出电压EMF(ν)为EMFjv) =-^ = -[d^r
dt ^ dt ‘其中φ为磁通量，]为该导电线圈的面向量。由上式可推得导电线圈的端电压具 WjEMF(V) oc^OC ^OC /的特性，而可由此设计电流传感器。请参照图1及2，为根据本发明实施例的微机电系统的电流感测装置的结构图，其中图1为其立体示意图、图2为其横向剖面示意图。如图所示，本实施例包含一软性基板 12、一感测单元14、一放大器15、及一读取电路16 ；各个构件的结合可以通过微机电系统的设计及制造而达到，加以软性基板12带来的机动性和便利性，可达到微型、非接触、及被动式的电流感测功能。该软性基板12的背面可直接贴附于一待测电流的电线18之上，或贴附于电线的保护层19上；该软性基板12的正面则用以设置或制作感测单元及其相关电路。该软性基板12是由可卷曲或伸展的材料制成，并能与该电线或其保护层紧密接合。由此，感测单元 14可尽可能的贴近该电线18，达到较佳的电磁感应效果；且因软性基板的特性，使得本实施例的电流感测装置具有随贴即用的便利性，且对于待测电线的表面形状及平坦性具有较大的弹性。另外，该软性基板12也可制成C型的钳状，而直接夹贴于电线的保护层19上， 如图3所示。该感测单元14，其以微机电系统的制造方法技术制作，并设置于该软性基板12 上，用以感测该电线18内因电流流过而产生的电磁场。该感测单元14是由一铜线圈所组成，包括一匝以上的线圈匝数，但并不以此为限，也可以是金属或其它材质的导电线圈，并可增加线圈匝数以提高感测单元14的电磁感应能力。此外，为了进一步加强其导磁耦合效率，该金属线圈内还可添加导磁材料，并且在一优选实施例中，该金属线圈的线宽设计为 其在与该待测电线水平方向的线宽大于其与该待测电线垂直方向的线宽。该读取电路16，设置于该软性基板12上，并电性连接至该感测单元14以读取该电磁场的反应输出，及计算该电线18内的电流值。该读取电路16为互补式金属氧化物半导体(CMOS)工艺的集成电路。该感测单元14的反应输出信号可能会过于微弱，故优选的，该读取电路16可将具有转换或放大功能的放大电路整合为单一的集成电路芯片，以转换或放大该感测单元14的反应输出；但并不以此为限，该放大器15也可以是外加的芯片，而电性连接于该感测单元14与该读取电路16之间。在本实施例中，该放大器具有电流至电压的转换功能或电压至电压的放大功能。 以上所述仅为本发明的优选实施例，不能以此限制本发明的范围。即凡是根据本发明权利要求所做的等效变化及修饰，仍将符合本发明的实质，也不脱离本发明的精神和范围，故都应视为本发明的进一步实施状况。
权利要求
1.一种微机电系统的电流感测装置，包括一软性基板，其背面附着于一电线或其保护层上；一感测单元，其以微机电系统制成，并设置于该软性基板上，用以感测该电线内因电流流过而产生的电磁场；及一读取电路，设置于该软性基板上，并电性连接至该感测单元以读取该电磁场的反应输出，及计算该电线内的电流值。
2.如权利要求1所述的微机电系统的电流感测装置，还包括一放大器，电性连接于该感测单元与该读取电路之间，以转换或放大该感测单元的反应输出。
3.如权利要求2所述的微机电系统的电流感测装置，其中该放大器具有电流至电压的转换功能或电压至电压的放大功能。
4.如权利要求1所述的微机电系统的电流感测装置，其中该软性基板是由可卷曲或伸展的材料制成，并能与该电线或其保护层紧密接合。
5.如权利要求1所述的微机电系统的电流感测装置，其中该感测单元是由一金属线圈所组成。
6.如权利要求5所述的微机电系统的电流感测装置，其中该金属线圈内还包含有导磁材料，以加强其导磁耦合效率。
7.如权利要求5所述的微机电系统的电流感测装置，其中该金属线圈包括一匝以上的线圈匝数。
8.如权利要求5所述的微机电系统的电流感测装置，其中该金属线圈在与该电线水平方向的线宽大于其与该电线垂直方向的线宽。
9.如权利要求1所述的微机电系统的电流感测装置，其中该读取电路还包括一放大器，具有电流至电压的转换功能或电压至电压的放大功能。
10.如权利要求1或9所述的微机电系统的电流感测装置，其中该读取电路为互补式金属氧化物半导体工艺的集成电路。
全文摘要
本发明涉及一种微机电系统的电流感测装置，包含一软性基板，其背面可附着于一电线或其保护层上；一感测单元，其以微机电系统制成，并设置于该软性基板上，用以感测该电线内因电流流过而产生的电磁场；及一读取电路，设置于该软性基板上，并电性连接至该感测单元以读取该电磁场的反应输出，及计算该电线内的电流值。
文档编号G01R19/00GK102455377SQ20101052546
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者何无忌, 林政廷, 梁佩芳, 郑世贤, 郑裕庭, 陈永昌 申请人:财团法人工业技术研究院