一种准数字式频率调制磁通门电流传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种准数字式频率调制磁通门电流传感器，包括双磁通门探头，自激励磁电路与上磁通门探头连接；其中双磁通门探头包括两个圆心在同一直线的第一磁环和第二磁环，第一磁环和第二磁环上分别缠绕第一线圈和第二线圈，第一线圈的缠绕方向和第二线圈的缠绕方向相反；自激励磁电路为滞回比较电路，自激励磁电路包括运算放大器和自激励磁电路；所述第一磁环和第二磁环平行并联连接在运算放大器反相输入端和输出端之间。提供了一种即保证测量精度和灵敏度，又满足了准数字化测量要求的磁通门电流传感器。

A quasi digital frequency modulation fluxgate current sensor

The invention discloses a quasi digital frequency modulation fluxgate current sensor, including dual fluxgate probe, self excitation circuit and fluxgate probe connected; the double fluxgate probe consists of two centers in the same line of the first ring and second ring, the first magnetic ring and the second ring winding respectively the first and second coils the direction of the first coil winding, the winding direction and second coil opposite; self excitation circuit for hysteresis circuit, self excitation circuit comprises an operational amplifier and self excitation circuit; the first magnetic ring and second ring parallel connected in parallel between the operational amplifier inverting input and output. A fluxgate current sensor which can guarantee the accuracy and sensitivity of measurement and meet the requirements of quasi digital measurement is provided.

【技术实现步骤摘要】
一种准数字式频率调制磁通门电流传感器
本专利技术属于电流测量
；涉及一种准数字式频率调制磁通门电流传感器；具体涉及一种准数字化频率调制的磁通门电流传感器。
技术介绍
电流测量在电力系统中具有至关重要的作用；非接触式电流测量技术能够保障人身安全，并且不影响电力系统稳定运行的特性，在电力行业具有广阔的发展前景。传统的非接触式电流测量技术包括霍尔电流传感器，Rogowski线圈，磁通门传感器，磁阻抗效应磁传感器等。其中，磁通门电流传感器具有灵敏度高，精度高，功耗低的优点，在电流测量领域具有很好的发展前景。现有的磁通门采用的信号调制方式大多为幅值调制型，所谓幅值调制，是指在未施加被测电流时，磁环的饱和特性为正负对称的波形，而加入被测电流后，磁环的饱和特性中有了偏置分量，变为不对称，其在波形上的表现为原来正负对称波形的整体上移或者整体下移。通过提取正负峰值信号进行分析，便可以得到被测电流值。如申请号为：CN201610135620，专利技术名称为：交直流磁通门电流传感器的专利中提到的磁通门电流传感器，采用的调制方式为幅值调制，通过测量取样电阻两端的电压即可得到被测电流的值。幅值调制在一定范围内具有很高的精度和准确性，但是测得取样电阻两端电压值后，还要进行后续的分析和处理，这无疑增加了测量环节的复杂程度。随着电流检测技术的发展，人们对传感器的数字化提出了更高的要求，无论是开环形式或者闭环形式的磁通门电流传感器，人们都希望采取更有利于数字化的调制形式。目前已提出的一种准数字化的调制方式为占空比调制，所谓占空比调制，是指在未施加被测电流时，磁环的饱和特性为正负对称的波形，并且在一个周期内，将负峰值—正峰值—负峰值看做一个周期；上升时间即由负峰值到正峰值所用时间，下降时间即由正峰值到负峰值，上升时间和下降时间相等，各占整个周期的1/2。而加入被测电流后，整个周期的时间仍保持不变，但是上升时间和下降时间所占的比重及占空比会发生改变。专利号为：CN201080020584，专利名称为：闭环磁通门电流传感器的专利技术专利中提到了一种采用占空比调制的磁通门电流传感器，通过测量由于被测电流导致的上升时间和下降时间的变化，进而得出被测电流的大小。该传感器基本可以实现准数字测量，其在测量后加一个占空比测量装置即可，但是该测量方法在精度和灵敏度方面还有待提高。
技术实现思路
本专利技术提供了一种准数字式频率调制磁通门电流传感器，提供了一种即保证测量精度和灵敏度，又满足了准数字化测量要求的磁通门电流传感器。本专利技术的技术方案是：一种准数字式频率调制磁通门电流传感器，包括双磁通门探头，自激励磁电路与上磁通门探头连接；其中双磁通门探头包括两个圆心在同一直线的第一磁环和第二磁环，第一磁环和第二磁环上分别缠绕第一线圈和第二线圈，第一线圈的缠绕方向和第二线圈的缠绕方向相反；自激励磁电路为滞回比较电路，自激励磁电路包括运算放大器和自激励磁电路；所述第一磁环和第二磁环平行并联连接在运算放大器反相输入端和输出端之间。更进一步的，本专利技术的特点还在于：其中运算放大器的正相输入端上连接有一个分压电路。其中分压电路包括连接在运算放大器正相输入端和输出端之间的第二分压电阻。其中分压电路包括连接在运算放大器的正相输入端与地之间的第一分压电阻。其中运算放大器的反相输入端与地之间设置有取样电阻。其中运算放大器的正相输入端连接有第一电容。其中运算放大器的反相输入端连接有第二电容。其中第一磁环和第二磁环的中心处穿过被测电流导线。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：给运算放大器施加电压后，两个磁环均能够达到饱和状态，其中第一线圈产生的磁场方向与被测电流的磁场方向相同，第二线圈产生的磁场方向与被测电流的磁场方向相反，因此在自激励磁电路工作后，第一线圈和第二线圈中产生的各自励磁电流叠加，在取样电阻上的电压波形正负对称，并且励磁电流的频率和激励电压频率相同。更进一步的，采用的双磁通门探头与自激励电磁电路在增加分压电路、电容和取样电阻的情况下，在测量待测电流时，待测电流产生的外磁场使磁通门励磁电流发生偏置，由于两个磁环的励磁磁场方向相反，因此两磁环励磁电流的偏置方向相反，两磁环励磁电流叠加后外显为无偏置状态，即零磁通状态，与传统的开环结构磁通门传感器相比，测量范围大，精度高，也没有因为增加反馈环节而带来的成本增加的问题。更进一步的，本专利技术相对于单磁通门传感器，采用频率调制形式，磁环的饱和特性波形的频率变化与被测电流值的变化在一定范围内具有线性变化关系，与传统的开环形式单磁通门相比，该变化关系的线性度高；因此在同样的实验条件下，频率调制的灵敏度比幅值调制或者占空比调制的灵敏度高很多，灵敏度高这一特性在本专利技术测量小电流的试验中表现尤为出色。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术中双磁通门探头的结构示意图；图3为本专利技术中运算放大器的结构示意图；图4为本专利技术实施例中通入0.5A被测电流得到的波形幅值偏移变化图；图5为本专利技术实施例中通入1A被测电流得到的波形幅值偏移变化图；图6为本专利技术实施例中通入1.5A被测电流得到的波形幅值偏移变化图；图7为本专利技术实施例中通入2A被测电流得到的波形幅值偏移变化图；图8为现有单磁门通入0.5A被测电流得到的波形幅值偏移变化图；图9为现有单磁门通入1A被测电流得到的波形幅值偏移变化图；图10为现有单磁门通入1.5A被测电流得到的波形幅值偏移变化图；图11为现有单磁门通入2A被测电流得到的波形幅值偏移变化图；图12为本专利技术实施例中电流传感器的频率与被测电流值线性关系图；图13为图12中被测电流在0-350mA之间的电流传感器的频率与被测电流值线性关系图；图14为本专利技术实施例中电流传感器的误差与被测电流值关系图。图中：1为双磁通门探头；2为自激励磁电路；3为第一磁环；4为第二磁环；5为第一线圈；6为第二线圈；7为运算放大器；8为取样电阻；9为第一分压电阻；10为第二分压电阻；11为未加被测电流运算放大器输出端的励磁方波；12为加被测电流运算放大器输出端的励磁方波；13为未加被测电流运算放大器正输入端的比较方波；14为加被测电流运算放大器正输入端的比较方波；15为未加被测电流取样电阻两端的电压波形；16为加被测电流取样电阻两端的电压波形；17为第一稳压电容；18为第二稳压电容。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案进一步说明。本专利技术提供了一种准数字式频率调制磁通门电流传感器，如图1所示，包括双磁通门探头1和自激励磁电路2；如图2所示，双磁通门探头1包括两个圆心在同一条直线上的第一磁环1和第二磁环4，第一磁环1和第二磁环4上分别缠绕有第一线圈5和第二线圈6，其中第一线圈5和第二线圈6的缠绕方向相反，第一磁环3和第二磁环4均采用钴基非晶合金磁性材料磁性材料，其初始磁导率Ui≥80000，最大磁导率Umax≥300000，饱和磁感应强度Bs＝0.55，矫顽力<2.2,剩余饱和磁感应强的Br>0.5。具体的第一磁环3和第二磁环4的内直径为11.05mm，外直径为21.18mm，宽度为8.31mm，有效磁路长度为4.99cm，有效面积为0.161m2；第一线圈5和第二线圈6采用直径为0.47mm的铜芯漆包线。如图1和图3所示，自激励磁电路2为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种准数字式频率调制磁通门电流传感器，其特征在于，包括双磁通门探头(1)，自激励磁电路(2)与上磁通门探头(1)连接；其中双磁通门探头(1)包括两个圆心在同一直线的第一磁环(3)和第二磁环(4)，第一磁环(3)和第二磁环(4)上分别缠绕第一线圈(5)和第二线圈(6)，第一线圈(5)的缠绕方向和第二线圈(6)的缠绕方向相反；自激励磁电路(2)为滞回比较电路，自激励磁电路(2)包括运算放大器(7)和磁电路本体；所述第一磁环(3)和第二磁环(4)平行并联连接在运算放大器(7)反相输入端和输出端之间形成磁电路本体。

【技术特征摘要】
1.一种准数字式频率调制磁通门电流传感器，其特征在于，包括双磁通门探头(1)，自激励磁电路(2)与上磁通门探头(1)连接；其中双磁通门探头(1)包括两个圆心在同一直线的第一磁环(3)和第二磁环(4)，第一磁环(3)和第二磁环(4)上分别缠绕第一线圈(5)和第二线圈(6)，第一线圈(5)的缠绕方向和第二线圈(6)的缠绕方向相反；自激励磁电路(2)为滞回比较电路，自激励磁电路(2)包括运算放大器(7)和磁电路本体；所述第一磁环(3)和第二磁环(4)平行并联连接在运算放大器(7)反相输入端和输出端之间形成磁电路本体。2.根据权利要求1所述的准数字式频率调制磁通门电流传感器，其特征在于，所述运算放大器(7)的正相输入端上连接有一个分压电路。3.根据权利要求2所述的准数字式频率调制磁通门电流传感器，其特征在于，所述分压电路包括连...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘懿莹，虞珂，曹建安，科翰，王心怡，娄昊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61