交直流磁通門(mén)電流傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明是屬于測(cè)量電流的裝置，具體地說(shuō)一種磁通門(mén)電流傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]磁通門(mén)電流傳感器作為一種電隔離是電流傳感器，憑借其獨(dú)特的磁感應(yīng)能力、對(duì)施加磁場(chǎng)高靈敏度、高精度和小型化的特點(diǎn)，相對(duì)而言具有突出的研發(fā)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
[0003]現(xiàn)有的磁通門(mén)電流傳感器包括一個(gè)環(huán)形磁芯和激勵(lì)繞組、反饋繞組，該磁芯在交變激勵(lì)磁場(chǎng)的作用下呈現(xiàn)周期性飽和與不飽和狀態(tài)，從而基于磁通門(mén)原理檢測(cè)直流和低頻交流；
[0004]現(xiàn)有的磁通門(mén)傳感器有激勵(lì)繞組和反饋繞組正交布置和平行布置兩種方式，現(xiàn)有常用于電流檢測(cè)的是激勵(lì)繞組和反饋繞組平行布置的方式，但是這種布置方式，激勵(lì)繞組和反饋繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互耦合，影響測(cè)量精度。同時(shí)該布置方式的磁通門(mén)電流傳感器，只適用于檢測(cè)直流和低頻交流。
[0005]激勵(lì)繞組和反饋繞組采用正交布置方式，雖然可以克服磁場(chǎng)相互耦合現(xiàn)象，但由于該布置方式中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)是開(kāi)路的，導(dǎo)致磁阻很大，因此只適用于弱磁場(chǎng)的測(cè)量，尚未有用于電流檢測(cè)的先例。本發(fā)明基于兩種傳感器的缺點(diǎn)，提出了一種用于電流檢測(cè)的采用激勵(lì)繞組和反饋繞組正交布置的方式磁通門(mén)電流傳感器，同時(shí)引入聚磁磁芯，達(dá)到了檢測(cè)高頻交流的目的。
[0006]申請(qǐng)人在先申請(qǐng)的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN104808042A公開(kāi)了一種采用正交布置的磁通門(mén)傳感器，該文獻(xiàn)公開(kāi)的磁通門(mén)傳感器的探頭由一個(gè)聚磁殼加環(huán)形磁芯和激勵(lì)繞組加二次反饋繞組組成，可以消除測(cè)量過(guò)程中的誤差，提高測(cè)量精度，但是該磁通門(mén)傳感器的檢測(cè)帶寬還是較窄，無(wú)法對(duì)高頻交流電進(jìn)行檢測(cè)。
[0007]因此提供一種能夠克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷，能的測(cè)量，檢測(cè)精度高，且量程較大的磁通門(mén)電流傳感器成為現(xiàn)有技術(shù)中亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的采用電機(jī)技術(shù)方案是:
[0009]提供一種交直流磁通門(mén)電流傳感器，所述交直流磁通門(mén)電流傳感器，包含磁通門(mén)檢測(cè)探頭7和信號(hào)處理電路16，其特征是所述磁通門(mén)檢測(cè)探頭由一個(gè)主磁芯1、聚磁磁芯2、激勵(lì)繞組4、反饋繞組5和二次側(cè)繞組6構(gòu)成；
[0010]主磁芯和聚磁磁芯均為環(huán)型磁芯，聚磁磁芯套在主磁芯外部且兩者同軸，激勵(lì)繞組為單根導(dǎo)線沿著主磁芯圓周方向均勻纏繞形成的繞組，二次側(cè)繞組為單根導(dǎo)線沿聚磁磁芯徑向均勻纏繞形成的繞組，反饋繞組為單根導(dǎo)線沿向?qū)h(huán)形磁芯I和聚磁磁芯2—并纏繞形成的繞組；
[0011]信號(hào)處理電路16由激勵(lì)電路14和零磁通檢測(cè)電路15組成；
[0012]激勵(lì)電路包括激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路10和信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路11，激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路中具有采樣電阻Rs，激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路10的輸出端連接著信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路11的輸入端；
[0013]激勵(lì)繞組4一端與激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路的輸入端連接并經(jīng)采樣電阻接地，另一端連接著信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路11輸出端；
[0014]零磁通檢測(cè)電路15包括積分比較器電路12和H橋驅(qū)動(dòng)電路13，H橋驅(qū)動(dòng)電路中具有測(cè)量電阻Rf ；
[0015]積分比較器電路12的輸入端和信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路11的輸出端相連，積分比較器電路的輸出端和H橋驅(qū)動(dòng)電路13的輸入端相連，H橋驅(qū)動(dòng)電路13的輸出端連接反饋繞組5的一端，反饋繞組5的另一端通過(guò)H橋驅(qū)動(dòng)電路13中的測(cè)量電阻Rf接地，同時(shí)反饋繞組5的另一端還連接著磁通門(mén)檢測(cè)探頭7中的二次側(cè)繞組6，二次側(cè)繞組6的另一端接地。
[0016]所述的交直流磁通門(mén)電流傳感器，其特征是主磁芯的高度H1與聚磁磁芯的高度H2相等。聚磁磁芯的內(nèi)徑d2主磁芯的外徑Di，d2_Di < 2mm。
[0017]所述的交直流磁通門(mén)電流傳感器，其特征是所述的激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路選自方波信號(hào)發(fā)生電路、三角波信號(hào)發(fā)生電路、正弦波信號(hào)發(fā)生電路中的一種，優(yōu)選為方波信號(hào)發(fā)生電路。
[0018]所述的方波信號(hào)發(fā)生電路采用型號(hào)為L(zhǎng)M6132的方波信號(hào)發(fā)生芯片。
[0019]所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路采用型號(hào)為IR2101S的功率放大芯片。
[0020]所述積分比較器電路采用型號(hào)為T(mén)LC2652積分比較器芯片。
[0021]本發(fā)明提供交直流磁通門(mén)電流傳感器具有以下有益效果:
[0022](I)傳統(tǒng)的磁通門(mén)電流傳感器包括一個(gè)環(huán)形磁芯，該磁芯在交變激勵(lì)磁場(chǎng)的作用下呈現(xiàn)周期性飽和與不飽和狀態(tài)，從而基于磁通門(mén)原理檢測(cè)直流和低頻交流，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)磁通門(mén)電流傳感器的功能；區(qū)別于傳統(tǒng)磁通門(mén)的結(jié)構(gòu)與工作原理，本發(fā)明提供的交直流磁通門(mén)電流傳感器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)傳感器)在傳統(tǒng)磁通門(mén)電流傳感器的基礎(chǔ)上，用激勵(lì)繞組和反饋繞組正交布置的方式，有效地減少了兩磁場(chǎng)間的耦合；同時(shí)引入了一個(gè)聚磁磁芯，有效地聚集激勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)，減少了激勵(lì)繞組的安匝數(shù)，且能夠有效地屏蔽了外界雜散磁場(chǎng)的干擾，降低了傳感器探頭的體積，提高了其檢測(cè)靈敏性和抗干擾能力。
[0023](2)增加了二次側(cè)繞組，使傳感器還能夠測(cè)量中頻和高頻交流電流，擴(kuò)展了電流測(cè)量的帶寬。
[0024](3)采用沿著磁芯徑向?qū)蓚€(gè)磁芯一并纏繞起來(lái)的反饋繞組和沿著環(huán)形磁芯圓周方向纏繞的激勵(lì)繞組正交分布的方式，使得兩繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)有效聚集于環(huán)形磁芯中并且彼此正交，達(dá)到了減小磁勢(shì)并且解除兩磁場(chǎng)間的耦合的目的，從而提高了傳感器的靈敏度、測(cè)量精度、線性度，減小了磁滯現(xiàn)象對(duì)傳感器的影響。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的交直流磁通門(mén)電流傳感器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的交直流磁通門(mén)電流傳感器的磁通門(mén)檢測(cè)探頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是【具體實(shí)施方式】提供的交直流磁通門(mén)電流傳感器的激勵(lì)電路示意圖。
[0028]圖4是【具體實(shí)施方式】提供的交直流磁通門(mén)電流傳感器的積分比較器電路示意圖。
[0029]圖5是本發(fā)明實(shí)施例和對(duì)比例提供的交直流磁通門(mén)電流傳感器輸入輸出特性曲線對(duì)比圖。
[0030]圖6是本發(fā)明實(shí)施例和對(duì)比例提供的交直流磁通門(mén)電流傳感器相對(duì)誤差曲線對(duì)比圖。
[0031]圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的交直流磁通門(mén)電流傳感器的頻率響應(yīng)曲線圖。
[0032]圖中，I是環(huán)形磁芯，2是聚磁磁芯，3是被測(cè)繞組，4是激勵(lì)繞組，5是反饋繞組，6是二次側(cè)繞組，7是磁通門(mén)檢測(cè)探頭，8是測(cè)量電阻，10是激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路，101是方波信號(hào)發(fā)生芯片，11是?目號(hào)驅(qū)動(dòng)電路，111是功率放大芯片，12是積分比較電路，13是H橋驅(qū)動(dòng)電路，14是激勵(lì)電路，15是零磁通檢測(cè)電路，16是彳目號(hào)處理電路。
[0033]本發(fā)明提供的交直流磁通門(mén)電流傳感器的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示；
[0034]本發(fā)明提供的交直流磁通門(mén)傳感器，包含磁通門(mén)檢測(cè)探頭7和信號(hào)處理電路16，所述磁通門(mén)檢測(cè)探頭由一個(gè)主磁芯1、聚磁磁芯2、激勵(lì)繞組4、反饋繞組5和二次側(cè)繞組6構(gòu)成；
[0035]主磁芯和聚磁磁芯均為環(huán)型磁芯，聚磁磁芯套在主磁芯外部且兩者同軸，通過(guò)待測(cè)電流的待測(cè)繞組3沿軸向從主磁芯中心軸通過(guò)
[0036]激勵(lì)繞組為單根導(dǎo)線沿著主磁芯圓周方向均勻纏繞形成的繞組，
[0037]二次側(cè)繞組為單根導(dǎo)線沿聚磁磁芯徑向均勻纏繞形成的繞組，
[0038]反饋繞組為單根導(dǎo)線沿向?qū)h(huán)形磁芯I和聚磁磁芯2—并纏繞形成的繞組；
[0039]信號(hào)處理電路16由激勵(lì)電路14和零磁通檢測(cè)電路15組成；
[0040]激勵(lì)電路包括激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路10和信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路11，激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路中具有采樣電阻Rs，激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路10的輸出端連接著信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路11的輸入端；
[0041]激勵(lì)繞組4一端與激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路的輸入端連接并經(jīng)采樣電阻接地，另一端連接著信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路11輸出端；
[0042]零磁通檢測(cè)電路15包括積分比較器電路12和H橋驅(qū)動(dòng)電路13，H橋驅(qū)動(dòng)電路中具有測(cè)量電阻Rf ；
[0043]積分比較器電路12的輸入端和信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路11的輸出端相連，積分比較器電路的輸出端和H橋驅(qū)動(dòng)電路13的輸入端相連，H橋驅(qū)動(dòng)電路13的輸出端連接反饋繞組5的一端，反饋繞組5的另一端通過(guò)H橋驅(qū)動(dòng)電路13中的測(cè)量電阻Rf接地，同時(shí)反饋繞組5的另一端連接著磁通門(mén)檢測(cè)探頭7中的二次側(cè)繞組6，二次側(cè)繞組6的另一端接地。
[0044]磁通門(mén)檢測(cè)探頭結(jié)構(gòu)如圖2所示。Ihlplf和Is分別為激勵(lì)繞組電流、待測(cè)電流、反饋繞組電流和二次側(cè)繞組電流，激勵(lì)繞組4、待測(cè)繞組3、反饋繞組5和二次側(cè)繞組6的匝數(shù)分別為Ne、NP、Nf和Ns，反饋繞組5和激勵(lì)繞組4正交，使得兩繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)有效聚集于主磁芯中并且彼此正交，從而達(dá)到了解