[发明专利]一种磁通门电流传感器及其测量方法

说明书

本发明公开了一种磁通门电流传感器及其测量方法，所述磁通门电流传感器，包括：磁芯、激励信号发生装置和接收信号处理装置；所述磁芯为由半径不相同的第一半圆环和第二半圆环构成的类圆环结构；所述第一半圆环上缠绕有第一线圈绕组，所述第二半圆环上缠绕有第二线圈绕组；所述第一线圈绕组、所述第二线圈绕组的输入端分别与所述激励信号发生装置相连接；所述第一线圈绕组的输出端经第一调理电路与接收信号处理装置相连接；所述第二线圈绕组的输出端经第二调理电路与接收信号处理装置相连接。本发明的磁通门电流传感器，磁芯为不同半径的两个半圆环所构成的类圆环结构，可有效地拓宽磁通门电流传感器的量程，提高电流传感器的精度。

技术领域

本发明属于电力测量技术领域，特别涉及一种磁通门电流传感器及其测量方法。

背景技术

近些年来，随着科技的发展，各种用电设备增多，用电量越来越大，在人们生产生活的各个领域直流电发挥了重要的作用，例如直流屏、电动汽车、太阳能等。另一方面，在光伏发电、蓄电检测、大型医疗设备、变电站避雷器检测等领域也需要对微小的直流漏电流进行检测。因此，迫切需要一种高精度的直流电流测量方法。

磁通门是一项测量微弱空间磁场的技术，磁通门传感器是一种利用高磁导率易饱和的软磁材料在交变磁场的非线性饱和激励下，来测量环境中磁场强度的传感器。磁通门电流传感器利用直流电流和其在周围产生的磁场具有线性关系的特点，通过检测直流电流周围的磁通密度，从而实现对微小直流电流的测量。磁通门电流传感器的磁芯一直工作在周期性过饱和状态中，磁场偏移得到了有效抑制，保证了磁通门电流传感器较高的测量精度，磁芯中激励电路所产生的交变磁场和和待测磁场的叠加经感应线圈输出为电信号，对该电信号经过进一步的分析计算最终得到待测微小电流。

传统的磁通门电流传感器主要由五部分构成：

(1)磁芯：一般是由磁导率高、矫顽力低、当激励磁场强度使磁芯达到饱和状态时，磁导率变化明显的软磁性材料制成。

(2)激励线圈：将激励电路产生的电信号转化为磁信号并作用于磁路中。

(3)感应线圈：将磁路中的由激励电路所产生的交变磁场和待测磁场的叠加得到的磁信号转换为电信号并输出于接收信号处理部分。

(4)激励电路部分：一般包括正弦波发生器、功放电路，最终产生使磁芯处于交变磁饱和状态的纯净的正弦波信号。

(5)接收信号处理部分和磁场反馈电路：一般包括隔离放大电路、信号采样电路、数字积分电路，接收信号处理部分接收的电信号经隔离放大后，直接采集，采样信号通过数字积分电路进行积分运算得到反馈信号，信号发生器产生正弦信号与反馈信号的合成信号，该直流信号经激励线圈后感应得到的磁通密度H_f与外部磁场的大小相同，方向相反。

目前常用的磁通门电流传感器有传统的单环型磁通门电流传感器和双环型磁通门电流传感器。

传统的单环型磁通门电流传感器的磁芯探头部分通常为标准的圆环结构，在圆环上缠绕有两组线圈，其中一组为激励线圈，另一组为感应线圈，所测电流从圆环的中间穿过，激励信号发生电路和接收信号处理电路为两组分离的电路，反馈信号经过模拟积分电路进行积分运算后直接经过反馈电阻反馈至激励线圈。其中，激励信号发生电路的高频正弦波信号通常由自激振荡电路产生，并经过模拟低通滤波电路滤除高次杂波，以保证得到纯净的正弦波信号，接收信号处理电路通常由差分放大电路、模拟带通滤波器和峰值检测电路组成，反馈电路通常由模拟积分电路和反馈电阻组成。双环型磁通门电流传感器的激励绕组为交叉绕组结构，这种交叉式绕组结构能够有效地克服变压器效应，降低激励绕组和反馈绕组中的噪声，有利于提高测量精度和灵敏度。