[发明专利]原子电流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，具体地说，涉及一种原子电流传感器。

背景技术

现有的传感器大多是电磁式传感器，现有的电磁式传感器是利用磁电感应来测量物体转速的，并且将磁信号转换成电信号输出，属于非接触式转速测量仪表，因此也称电磁式电流传感器。电磁传感器是当今市场上应用得最广泛的传感器之一。

然而电磁式传感器在由于其存在测量精度不高、且容易受环境等影响的特点，无法满足于高精度电流检测的工程检测和电流计量检测等领域。

发明内容

本发明提供一种原子电流传感器，目的在于克服在高精度电流检测的工程检测和电流计量检测等领域使用电磁式传感器无法很好地满足要求的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

原子电流传感器，包括光源控制电路、受光源控制电路控制的光源、接收光源发出的光信号的原子吸收泡组件以及与原子吸收泡组件进行交互的传感器信号处理电路。

为了实现光源的发光，所述光源控制电路包括：

温度传感器；

将温度传感器输出的线性电压进行放大的运算放大器；

将运算放大器放大后输出的线性电压进行功率放大的功率放大器，其中功率放大器与光源相连。

为了实现高精度滤光，所述原子吸收泡组件包括：

内充有碱金属惰性气体的吸收泡，其中光源发出的光照射在该吸收泡上；

设置在吸收泡一边的偏振片，该偏振片由半圆形的第一偏振片和半圆形的第二偏振片贴合而成；

与偏振片相邻并远离吸收泡、用于聚光的第一凸透镜，设置在吸收泡另一边的第二凸透镜；

与第二凸透镜相邻并远离吸收泡的光电池；

缠绕在吸收泡上、并产生激励电磁场的耦合线圈。

为了完全避免外界磁场的干扰，所述原子吸收泡组件和光源均设置在用于屏蔽外界电磁干扰的磁屏盒内。

为了使本发明准确输出传感器信号，所述传感器信号处理电路包括：

接收光电池信号的带通放大器；

依次相连的低频振荡器、移相器和相敏检波器，该相敏检波器与带通放大器相连，其中带通放大器同时输出信号到低频振荡器；

连接于低频振荡器和耦合线圈之间的压控振荡器，该压控振荡器还设置有第二输出端；

连接于相敏检波器和压控振荡器之间的积分器。

作为另一种优选，所述传感器信号处理电路包括带有两个输出端的90°移相器，接收光电池信号并输出信号到90°移相器的带通放大器，且90°移相器的一个输出端与耦合线圈相连。

进一步地，所述偏振片呈半圆形状，且吸收泡内充制有金属铷或铯，以及起缓冲作用的惰性气体。该惰性气体通常采用氮气和氩气中的一种或两种。

再进一步地，所述温度传感器为温度传感器芯片或数字温度传感器芯片。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明结构简单、成本低廉，适合推广使用。

（2）本发明首先采用光源控制电路，该光源电路通过温度传感器感应温度，并采用运算放大器和功率放大器分别进行电压放大和功率放大，将温度传感器的信号转换成大功率电流用于加热光源，这样便能使光源发光。该光源控制电路完成了原子电流传感器的初始功能，同时结构简单，占用面积小，测量精度高。

（3）本发明利用原子吸收泡组件进行滤光，首先本发明中的耦合线圈产生的激励磁场，联合在吸收泡内充满惰性气体的碱金属的环境，再通过两个半圆的偏振片分别对光源从线偏振转换为左旋和右旋的圆偏振光；便实现偏振功能，这样保持原子吸收泡组件滤光性能较强的同时工作状态稳定，并且由于几乎没有元器件损耗，因此该原子吸收泡组件工作寿命长，这对本发明来讲其精度有了保证。

（4）本发明中的原子吸收泡组件和光源均被封闭在磁屏盒内，避免其受到外部磁场的影响，保证原子吸收泡组件的滤光精度，这对于高精度行业的测量是大大有益的。

（5）本发明的传感器信号处理电路包括至少两种工作方式：一是主动式，二是被动式。被动式的传感器信号处理电路采用相敏检波器和低频振荡器进行检波整流，再通过压控振荡器输入反馈信号到耦合线圈，并且同时输出信号，完成原子电流传感器的功能；主动式的传感器信号处理电路结构更为简单，只需通过90°移相器和带通放大器便可以进行选频信号的放大并输出信号，同时也能实现向耦合线圈反馈电压的功能。因此无论是主动式还是被动式的传感器信号处理电路，都能实现高精度的测量和对耦合线圈的反馈。