一种数字振膜式电流传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种数字振膜式电流传感器，基本原理是基于永磁场和电流磁场的相互作用驱动薄膜振动，由测量振动得到数字电流信号。具体包括薄膜振动系统和微振动光电测量系统，其中薄膜振动系统有两种实施方式：永磁体双端驱动电流薄膜振动模式和电流分流线圈双端驱动永磁薄膜振动模式；微振动光电测量系统应用了激光光束边缘调制线阵电荷耦合器（ＣＣＤ）图像传感器或互补金属氧化物半导体（ＣＭＯＳ）图像传感器的方法直接得到数字电流信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数字振膜式电流传感器，基本原理是基于永磁场和电流磁场的相互作用驱动薄膜振动，由测量振动得到数字电流信号。本专利技术包括两种振动驱动模式和两 种数字光电转换方式，适用于电力系统的交直流电流测量。
技术介绍
目前使用的电流互感器或传感器，有电磁式、磁光式和空心线圈电子式三种。 电磁式电流互感器的应用已有120多年的历史，是电力系统测量的重要工具。但 是电磁式电流互感器有许多原理性缺陷，如绝缘成本高、安全性与可靠性低；故障电流常常 导致铁芯磁饱和，使继电保护不能正确工作。另外，切除故障电流、带负荷操作、互感器生产 过程中的动热稳定试验，都会使铁芯带有一定的剩磁。剩磁使测量结果负向偏移，导致电力 系统功率计量的严重损失。举例来说，2007年全国发电量为32559亿千瓦时，以负向偏移 0.2%的保守估计，一年损失65亿千瓦时。 对磁光式电流传感器的研究已有60多年的历史。磁光式电流传感器利用光隔离 解决了电气绝缘问题，没有铁芯，所以没有磁饱和，也没有剩磁问题。这些优点使磁光式电 流传感器具有广阔的应用前景，尤其是在超高压、特高压系统中。但是，磁光式电流传感器 的温漂、材料老化和随机性误差等问题难以解决，使磁光式电流传感器的工作稳定性备受 质疑，历经60多年的研制与开发，至今未能推广应用。 空心线圈电子式电流传感器没有铁心，所以没有磁饱和问题，但缺点是不能有效 反应小信号和非周期分量。高电位的电子电路对电源的需求同样带来了可靠性与稳定性方 面的问题。 本专利技术的数字振膜式电流传感器利用永磁场和分流线圈电流磁场的相互作用驱 动薄膜振动，由数字光电方法测量振动从而测量电流。其高电位无源，高低电位之间光隔 离，测量精度不受环境温度变化的影响，可以获得高精度和无延时瞬态响应；可以用于交流 测量，也可以用于直流测量。对谐波和故障暂态都能如实反应；尤其适合在超高压、特高压 电力系统中使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种数字振膜式电流传感器，包括薄膜振动系统和微振动光 电测量系统。薄膜振动系统有两种实施方式永磁体双端驱动电流线圈薄膜振动模式和电 流分流线圈双端驱动永磁薄膜振动模式。微振动光电测量系统应用了激光光束边缘调制线 阵电荷耦合器(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的方法直接 得到数字电流信号。 永磁体双端驱动电流线圈薄膜振动模式如图1所示，永磁体与电流线圈薄膜的结 构如图3所示。永磁体置于薄膜的两侧，电流线圈与薄膜结合为一体，电流 线圈分流了主导线电流，线圈电流产生的磁场在永磁体磁场力的双端驱动下带动薄膜振动(交流)或进动(直流)，其幅值是电流的线性函数。 电流分流线圈双端驱动永磁薄膜振动模式如图2所示，电流分流线圈与永磁薄膜 的结构如图4所示。两个电流分流线圈置于薄膜的两侧，永磁体与薄膜结合 为一体，两个电流分流线圈分流了等值的主导线电流，电流产生的磁场驱动永磁体带动薄膜振动(交流)或进动(直流)，其幅值是电流的线性函数。 微振动光电测量系统应用了激光光束边缘调制线阵电荷耦合器(CCD)图像传感 器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。如图5和图6所示，激光信号从光源 经传输光纤传送到准直器，准直后得到边缘整齐清晰的光束，在薄膜上粘接一 块极轻的泡沫遮光材料，调整光束使静止时的端面与光束的中心线重合， 振动时带动遮挡全部光束、部分光束或无遮挡光束。光束经光反射镜反射后进入 扩束透镜放大，再到数字光电转换及信号控制处理器中的线阵电荷耦合器(CCD) 图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，的振动导致光束边缘的位置 发生变化，使激光光束进入图像传感器的不同像素，对像素进行简单的二值判断，即有光信 号或无光信号，便可以确定光束边缘所处的位置，像素位置的编码就是振动信号幅值的数 字量。对像素的二值判断等同于模数转换，二值判断的时间等同于模数转换的时间。 为了排除外部环境对的振动干扰，图5中设置了另一个完全相同但不连接也 不分流主导线电流的电流线圈和薄膜，永磁体磁场力对其没有作用，它仅反应外部 环境的干扰振动；连接并分流主导线电流的电流线圈和薄膜的振动信号是磁场力 驱动与外部环境干扰振动的叠加，在的光电转换与数字处理中，将两路数字光信号数 值相减，便可以排除外部环境的振动干扰。同样，图6中设置了另一个完全相同的薄膜 并在上结合了非磁性材料，分流电流线圈的磁场力对其没有作用，它仅反应外 部环境的干扰振动；结合了永磁体的薄膜的振动信号是磁场力驱动与外部环境干扰振 动的叠加，在的光电转换与数字处理中，将两路数字光信号数值相减，同样排除了外 部环境的振动干扰。附图说明 图1是本专利技术的永磁体双端驱动电流线圈薄膜振动模式。 图2是本专利技术的电流分流线圈双端驱动永磁薄膜振动模式。 图3是本专利技术图1模式的永磁体与电流线圈薄膜的结构。 图4是本专利技术图2模式的电流分流线圈与永磁薄膜的结构。 图5是本专利技术图1模式的具体实施方式。 图6是本专利技术图2模式的具体实施方式。 其中，是高压导线，是电流分流线圈，是高分子薄膜，是永磁体， 是电流线圈，是激光光源，是传输光纤，是激光准直器，是泡沫遮光材 料，是光反射镜，是扩束透镜，是数字光电转换及信号控制处理器，是 磁屏蔽，是绝缘体，是非磁性材料。具体实施方式 实施例1 : 本实施例为永磁体双端驱动电流线圈薄膜振动模式，其结构如图5所示薄膜 ，永磁体，电流线圈，激光光源，传输光纤，激光准直器，泡沫遮光材 料，光反射镜，扩束透镜，数字光电转换及信号控制处理器，磁屏蔽 均置于绝缘体中，用于屏蔽主导线电流磁场。永磁体置于薄膜的两侧， 电流线圈与薄膜结合为一体，电流线圈分流了主导线电流，线圈电流产生的磁 场在永磁体磁场力的双端驱动下带动薄膜振动(交流)或进动(直流)，其幅值是 电流的线性函数。激光信号从光源经传输光纤传送到准直器，准直后得到边缘 整齐清晰的光束，在薄膜上粘接一块极轻的泡沫遮光材料，调整光束使静止时 的端面与光束的中心线重合，振动时带动遮挡全部光束、部分光束或无遮挡光 束。光束经光反射镜反射后进入扩束透镜放大，再到数字光电转换及信号控制 处理器中的线阵电荷耦合器(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像 传感器，的振动导致光束边缘的位置发生变化使激光光束进入图像传感器的不同像素， 对像素进行简单的二值判断，即有光信号或无光信号，便可以确定光束边缘所处的位置，像 素位置的编码就是振动信号幅值的数字量。对像素的二值判断等同于模数转换，二值判断 的时间等同于模数转换的时间。 为了排除外部环境的振动干扰，设置了另一个完全相同但不连接也不分流主导线 电流的电流线圈和薄膜，永磁体磁场力对其没有作用，它仅反应外部环境的干扰振 动；连接并分流主导线电流的电流线圈和薄膜的振动信号是磁场力驱动与外部环 境干扰振动的叠加，在的光电转换与数字处理中，将两路数字光信号数值相减，便可 以排除外部环境的振动干扰。 实施例2 : 本实施例为电流分流线圈双端驱动永磁薄膜振动模式，其结构如图6所示电流 分流线圈，薄膜，永磁体，激光光源，传输光纤，激光准直器，泡沫遮 光材料，光反射镜，扩束透镜，数字光电转换及信号控制处理器，磁屏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字振膜式电流传感器，其特征是：基于永磁场和电流磁场的相互作用驱动薄膜振动，包括永磁体双端驱动电流线圈薄膜振动模式和电流分流线圈双端驱动永磁薄膜振动模式，并应用激光光束边缘调制线阵电荷耦合器（ＣＣＤ）图像传感器或互补金属氧化物半导体（ＣＭＯＳ）图像传感器的方法直接得到数字电流信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐启峰，
申请(专利权)人：徐启峰，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]