【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传感测量领域，特别涉及利用线圈阻尼大幅提高电流探头测量电流上限幅值，构造一种基于隧穿磁阻的大量程暂态电流传感器。
技术介绍
近年来智能电网浪潮席卷全球，已成为当前低碳、高效经济时代全球能源发展和变革的重大研究课题。为实现智能电网实时监测和控制，先进的传感和测量技术亟待开发。在智能电网的诸多电气参数中，电流量测的需求更加多样化，在不同应用场景中量测信号的幅值、频率、灵敏度、精度要求存在巨大差异：电流幅值涉及从小到mA级的泄漏电流至大到100kA级的短路电流、雷电流，电流频率涉及从直流电流至高达100MHz的电晕电流。此外，电力系统存在复杂的强电磁环境，对测量系统产生严重影响乃至不可逆损坏。现有电流传感器性能对比如表1所示：表1现有电流传感器性能对比表对于最基本的电流信号，目前最常用的是电流互感器。针对智能电网的发展需求，现有电流互感器存在较大局限性：体积较大，而输、配电线路及母线上的安装空间极为有限；制备成本较高，耗费大量金属资源，大规模使用不够经济；功能单一，仅适用于工频交流信号，对于直流、暂态以及高次谐波等都无法量测。霍尔电流传感器经过30年的发...
【技术保护点】
一种基于隧穿磁阻的大量程暂态电流传感器，该传感器包括：开口磁环，隧穿磁阻磁传感芯片，信号调理电路，模数转换装置，数据处理装置；其特征在于，还包括闭合线圈；其中闭合线圈绕制在开口磁环上，用以扩大电流测量量程；设置在开口磁环的开口处的隧穿磁阻磁传感芯片和与隧穿磁阻磁传感芯片相连的信号调理电路组成电流探头，与信号调理电路、模数转换装置和数据处理装置依次电连接；测量时，待测的载流导线穿过所述开口磁环放置。
【技术特征摘要】
1.一种基于隧穿磁阻的大量程暂态电流传感器，该传感器包括：开口磁环，隧穿磁阻磁传感芯片，信号调理电路，模数转换装置，数据处理装置；其特征在于，还包括闭合线圈；其中闭合线圈绕制在开口磁环上，用以扩大电流测量量程；设置在开口磁环的开口处的隧穿磁阻磁传感芯片和与隧穿磁阻磁传感芯片相连的信号调理电路组成电流探头，与信号调理电路、模数转换装置和数据处理装置依次电连接；测量时，待测的载流导线穿过所述开口磁环放置。2.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述开口磁环采用铁氧体制成，开口的两对边平行；所述闭合线圈由铜导线制成。3.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述闭合线圈参数为闭合线圈粗细和所绕线圈的匝数，选择的闭合线圈参数使开口磁环气隙中出现的最大磁感应强度小于等于隧穿磁阻芯片的饱和磁感应强度。4.如权利要求3所述的电流传感器，其特征在于，所述选择的闭合线圈参数满足要求的闭合线圈粗细和所绕线圈匝数，根据测量并经计算得到如下参数表达式： I · m a x · [ N ( ρ L ) 2 d ρLdS c + jωμ 0 NSS c 2 ] ≤ B s a t ]]>式中，Bsat为隧穿磁阻芯片的饱和磁感应强度，为载流导线中可能出现的最大电流，N为所绕线圈匝数，d为开口磁环的气隙长度，μ0为空气磁导率，μ0＝4π×10-7，S为开口磁环的横截面积，ω为角频率，j为虚数单位，ρ为线圈所用导线电阻率，L为开口磁环截面周长，Sc为闭合线圈所用导线截面积。通过选择磁环的横截面积S与导线截面积Sc及线圈匝数N的组合使参数表达式成立。5.如权利要求4所述的的电流传感器，其特征在于，所述闭合线圈参数具体计算步骤如下：1)得到开口磁环气隙磁感应强度的表达式；忽略线圈中的漏磁情况，假设磁环磁导率远大于空气磁导率，则根据安培环路定律和电磁感应定律得到式(1)和式(2)： B = μ 0 i 1 + Ni 2 d - - - ( 1 ) ]]> i 2 = - N S d B d t - - - ( 2 ) ]]>式(1)中，i1为待测导线中的电流，i2为闭合线圈中的电流，N为所绕线圈匝数，d为开口磁环的气隙长度，μ0为空气磁导率，μ0＝4π×10-7，B为开口磁环气隙中的磁感应强度；式(2)中，为开口磁环气隙中磁感应强度的变化率，S为开口磁环的横截面积；联立式(1)、式(2)，得到微分方程如式(3)所示： i 2 + μ 0 N 2 S r d di 2 d t = - μ 0 S N r d di 1 d t - - - ( 3 ) ]]>式(3)中，r为闭合线圈电阻，t为时间；将式(3)变换到复频域得到式(4)： I · 2 + μ 0 N 2 ...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡军，王中旭，欧阳勇，赵帅，何金良，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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