一种磁调制电流传感器及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种磁调制电流传感器，包括：第一磁芯、第二磁芯和第三磁芯，分别绕制在第一磁芯和第二磁芯的第一线圈和第二线圈；绕制在第三磁芯或整体磁芯上的辅助线圈；绕制在整体磁芯上的初级线圈和次级线圈；与第一线圈和第二线圈的输入端均连接的激励信号发生单元；和输入端与第二线圈和辅助线圈相连，输出端与次级线圈连接的电流补偿单元；第一磁芯和第二磁芯的等效单匝电感量一致，且第三磁芯的等效单匝电感量大于第一磁芯和第二磁芯。本发明专利技术的磁调制电流传感器根据调制信号的变压器模型，通过使第三磁芯的等效单匝电感量大于第一和第二磁芯，增大了次级绕组的等效滤波电感值，提高了激励噪声的滤波效应。由此抑制电流传感器的调制噪声。

A Magnetically Modulated Current Sensor and Its Fabrication Method

【技术实现步骤摘要】
一种磁调制电流传感器及其制作方法
本专利技术涉及一种电流传感器及其制作方法，具体涉及一种磁调制电流传感器及其制作方法。
技术介绍
高精度的交直流电流传感器(DCCT)由于其测量精度高、频带宽、电气隔离等特点，广泛应用于加速器、医疗、科研、测量等多个领域，具有广泛的应用前景。在直流输电系统、变频调速装置、UPS电源、逆变焊机、电解电镀、数控机床、微机监测系统、加速器运行、电网监控系统和需要隔离检测电流的各个领域中，精确检测和控制直流电流，是设备安全可靠运行的根本保证和首先要解决的问题。磁调制器最早应用于20世纪30年代的磁通门磁强计和直流小信号放大器中。国内对磁调制器理论研究始于20世纪70年代，中国计量科学研究院对磁调制技术了做了系统的理论分析，建模，分析计算了各种激励条件下的灵敏度，并讨论了相敏解调及峰差解调原理，给出了双磁调制器的实体概念。奠定了国内磁调制技术的理论基础，给出了磁调制器的传输特性和整体线路模型，简要分析了磁调制的噪声和零点误差。基于磁调制解调的零磁通的检测方案，在DCCT的次级输出端存在调制噪声。传统的方案采用磁通抵消方式，降低次级调制噪声，当交直流电流传感器(DCCT)的第一线圈和第二线圈的匝数相等时，第一磁芯和第二磁芯在激励信号作用下产生的磁通密度大小相等，方向相反，因此，在第三绕组上就不会有电压值产生。而如果第一磁芯和第二磁芯的磁特性(即，导磁率)不一致，则在激励信号作用下两个磁芯产生的磁通密度不相等，由此在第三绕组上就会有一定的电压信号产生，这个电压信号的成分主要是激励频率及其谐波，因此在磁调制峰值检波工作模式下激励噪声仍然存在，在两个激励磁芯磁特性不匹配时，激励噪声会影响DCCT的测量精度。现有的专利申请号201610171249.8的专利公开了一种交直流电流传感器的磁芯选择方法，可以通过选择磁特性一致的第一磁芯和第二磁芯来降低调制噪声。然而，经过挑选的磁特性一致的磁芯在检测电路在有被测电流通过时还是会产生两个激励磁芯磁场的不对称，产生调制噪声。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种磁调制电流传感器及其制作方法，从而有效抑制磁调制电流传感器的调制噪声。为了实现上述目的，本专利技术提供一种磁调制电流传感器，包括：叠放在一起以形成同一轴心的整体磁芯的第一磁芯、第二磁芯和第三磁芯，分别绕制在第一磁芯和第二磁芯上的第一线圈和第二线圈；绕制在第三磁芯或整体磁芯上的辅助线圈；绕制在整体磁芯上的初级线圈和次级线圈，该初级线圈接收外围输入的被测直流电流或被测交流电流，所述次级线圈的输出端输出测得的直流电流或交流电流；一激励信号发生单元，与所述第一线圈和第二线圈的输入端均连接，分别向所述第一线圈和第二线圈提供激励电流；和一电流补偿单元，其输入端与所述第二线圈和所述辅助线圈的输出端相连，其输出端与所述次级线圈连接，向所述次级线圈输出一补偿电流；所述第一磁芯和第二磁芯的等效单匝电感量一致，且所述第三磁芯的等效单匝电感量大于所述第一磁芯和第二磁芯的等效单匝电感量。所述次级线圈与第一线圈的匝比Ns/N1为5-10。第一线圈和第二线圈的输入端为异名端，所述第一线圈和第二线圈的匝数相同，采用一致的绕制方法且采用同样的材质和线径的导线绕制。所述第一磁芯和第二磁芯的尺寸一致且磁特性一致，且第三磁芯通过增大截面积，或者增大磁导率来使其等效单匝电感量大于所述第一磁芯和第二磁芯的等效单匝电感量。所述电流补偿单元包括低频检波单元、高频耦合单元和与所述低频检波单元和所述高频耦合单元的输出端相连的功率放大单元，所述电流补偿单元通过所述低频检波单元与第二线圈的输出端连接，通过所述高频耦合单元与辅助线圈的输出端连接，并通过所述功率放大单元的输出端与所述次级线圈相连。所述次级线圈的输出端通过一负载电阻接地，所述第一线圈和第二线圈未连接激励信号发生单元的一端分别通过一电阻接地，且所述辅助线圈一端接地。另一方面，本专利技术提供一种磁调制电流传感器的制作方法，包括：S1：提供彼此独立的第一磁芯和第二磁芯；S2：在所述第一磁芯上绕制一第一线圈，在所述第二磁芯上绕制一第二线圈；S3：第一线圈与第二线圈叠放后与一截面大于第一线圈和第二线圈的截面的第三磁芯叠放，形成一个整体磁芯；S4：在所述整体磁芯上绕制初级线圈、次级线圈和辅助线圈，所述初级线圈接收外围输入的被测直流电流或被测交流电流，所述次级线圈输出测得的直流电流或交流电流；S5：采用一激励信号发生单元与所述第一线圈和第二线圈相连，并提供一电流补偿单元，将其输入端与所述第二线圈和辅助线圈的输出端相连，将其输出端与所述次级线圈相连，得到磁调制电流传感器。在所述步骤S5中，所述电流补偿单元包括低频检波单元、高频耦合单元和与所述低频检波单元和所述高频耦合单元的输出端相连的功率放大单元，所述电流补偿单元采用其低频检波单元与第二线圈的输出端连接，采用其高频耦合单元与辅助线圈的输出端连接，并采用其功率放大单元的输出端与所述次级线圈相连。本专利技术的磁调制电流传感器对调制噪声的来源和传输通路进行研究，根据调制信号的变压器模型，通过使第三个磁芯的等效单匝电感量大于第一和第二磁芯，增大了次级绕组的等效滤波电感值，提高了激励噪声的滤波效应。同时，本专利技术的磁调制电流传感器通过将其次级线圈与第一线圈的匝比设置为较小值，来降低第一、第二线圈与次级线圈的磁耦合，从噪声传输通道上降低激励噪声对输出的影响，由此可以抑制电流传感器的调制噪声，其激励噪声小于5ppm，达到国际同类产品先进水平。附图说明图1是实现本专利技术一种磁调制电流传感器的原理示意图；图2是如图1所示的整体磁芯的剖面图。具体实施方式下面结合附图，给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述。如图1所示为根据本专利技术的一个实施例的磁调制电流传感器的原理图。该磁调制电流传感器可明显降低磁调制电流传感器的调制噪声，且不影响交流特性，其包括：叠放在一起以形成同一轴心的整体磁芯的第一磁芯C1、第二磁芯C2和第三磁芯C3，其中，第一磁芯C1、第二磁芯C2和第三磁芯C3上分别绕制有第一线圈L1、第二线圈L2和辅助线圈L3，整体磁芯上绕制有初级线圈Lp、次级线圈Ls，该初级线圈Lp接收外围输入的被测直流电流或被测交流电流，所述次级线圈Ls的输出端通过一负载电阻Rb接地，且该输出端输出测得的直流电流或交流电流。所述第一线圈L1和第二线圈L2的输入端均与一激励信号发生单元1连接，激励信号发生单元1用于分别向所述第一线圈L1和第二线圈L2提供激励电流，第一线圈L1和第二线圈L2未连接激励信号发生单元1的一端分别通过一电阻接地。所述第二线圈L2和所述辅助线圈L3的输出端均与一电流补偿单元相连，且该电流补偿单元的输出端与所述次级线圈Ls连接，用于向所述次级线圈Ls输出一补偿电流。其中，所述电流补偿单元包括低频检波单元2、高频耦合单元3和与所述低频检波单元2和所述高频耦合单元3的输出端相连的功率放大单元4，所述电流补偿单元通过所述低频检波单元2与第二线圈L2的输出端连接，用于在所述初级线圈Lp接收所述被测电流时，接收所述第二线圈L2上的信号并输出直流检测信号；通过所述高频耦合单元3与辅助线圈L3的输出端连接，用于在所述初级线圈Lp接收所述被测电流时，接收所述辅助线圈L3上的信号并输出交流检测信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁调制电流传感器，其特征在于，包括：叠放在一起以形成同一轴心的整体磁芯的第一磁芯(C1)、第二磁芯(C2)和第三磁芯(C3)，分别绕制在第一磁芯(C1)和第二磁芯(C2)上的第一线圈(L1)和第二线圈(L2)；绕制在第三磁芯(C3)或整体磁芯上的辅助线圈(L3)；绕制在整体磁芯上的初级线圈(Lp)和次级线圈(Ls)，该初级线圈(Lp)接收外围输入的被测直流电流或被测交流电流，所述次级线圈(Ls)的输出端输出测得的直流电流或交流电流；一激励信号发生单元(1)，与所述第一线圈(L1)和第二线圈(L2)的输入端均连接，分别向所述第一线圈(L1)和第二线圈(L2)提供激励电流；和一电流补偿单元，其输入端与所述第二线圈(L2)和所述辅助线圈(L3)的输出端相连，其输出端与所述次级线圈(Ls)连接，向所述次级线圈(Ls)输出一补偿电流；所述第一磁芯(C1)和第二磁芯(C2)的等效单匝电感量一致，且所述第三磁芯(C3)的等效单匝电感量大于所述第一磁芯(C1)和第二磁芯(C2)的等效单匝电感量。

【技术特征摘要】
1.一种磁调制电流传感器，其特征在于，包括：叠放在一起以形成同一轴心的整体磁芯的第一磁芯(C1)、第二磁芯(C2)和第三磁芯(C3)，分别绕制在第一磁芯(C1)和第二磁芯(C2)上的第一线圈(L1)和第二线圈(L2)；绕制在第三磁芯(C3)或整体磁芯上的辅助线圈(L3)；绕制在整体磁芯上的初级线圈(Lp)和次级线圈(Ls)，该初级线圈(Lp)接收外围输入的被测直流电流或被测交流电流，所述次级线圈(Ls)的输出端输出测得的直流电流或交流电流；一激励信号发生单元(1)，与所述第一线圈(L1)和第二线圈(L2)的输入端均连接，分别向所述第一线圈(L1)和第二线圈(L2)提供激励电流；和一电流补偿单元，其输入端与所述第二线圈(L2)和所述辅助线圈(L3)的输出端相连，其输出端与所述次级线圈(Ls)连接，向所述次级线圈(Ls)输出一补偿电流；所述第一磁芯(C1)和第二磁芯(C2)的等效单匝电感量一致，且所述第三磁芯(C3)的等效单匝电感量大于所述第一磁芯(C1)和第二磁芯(C2)的等效单匝电感量。2.根据权利要求1所述的一种磁调制电流传感器，其特征在于，所述次级线圈(Ls)与第一线圈(L1)的匝比Ns/N1为5-10。3.根据权利要求1所述的一种磁调制电流传感器，其特征在于，第一线圈(L1)和第二线圈(L2)的输入端为异名端，所述第一线圈(L1)和第二线圈(L2)的匝数(N1、N2)相同，采用一致的绕制方法且采用同样的材质和线径的导线绕制。4.根据权利要求1所述的一种磁调制电流传感器，其特征在于，所述第一磁芯(C1)和第二磁芯(C2)的尺寸一致且磁特性一致，且第三磁芯(C3)通过增大截面积，或者增大磁导率来使其等效单匝电感量大于所述第一磁芯(C1)和第二磁芯(C1)的等效单匝电感量。5.根据权利要求1所述的一种磁调制电流传感器，其特征在于，所述电流补偿单元包括低频检波单元(2)、高频耦合单元(3)和与所述低频检波单元(2)和所述高频耦合单元(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱燕燕，王东兴，李瑞，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31