[实用新型]无零漂磁调制电流传感器

说明书

技术领域

本发明属于电测量领域，实现了一种基于磁调制原理的电流传感器,从原理是没有零漂问题，可以广泛应用于高精度非接触式电流测量、超小电流的非接触式测量、磁场测量等。

背景技术

高精度和超小电流的非接触测量在许多行业有应用。主流的技术是磁调制原理，虽然现在出现了许多磁调制电流传感器的电路，但是大都有零漂的问题，即当没有电流输入时，传感器的测量结果也有输出漂移。而且往往零点漂移是不固定的，会随着温度变化而变化。针对零点偏移温度，现在大部分的解决方案是采用负温度系数的电阻或二极管等进行补充。这种补偿的方法虽然有一定效果，但不能从根本上解决问题。零点漂移的问题直接导致了整个测量系统的性能下降。

发明内容

本发明提出了一种无零漂磁调制原理的电流传感器，从原理上不受电阻、线圈等元器件的特性漂移的影响而出现零点漂移问题，可是实现高精度的电流非接触式测量。

本发明的技术方案（对照附图）是：

本发明由振荡线圈L1和反馈线圈L2，电容C1，电阻R1、运放U1、激励电路和反馈电路组成；振荡线圈L1和振荡线圈L2绕在同一磁环上；振荡线圈L1与电容C1串联，串联的振荡线圈L1与电容C1的一端与运放U1的负输入端相连，另外一端由激励电路的输出驱动，运放U1的负输入端与输出端之间连接电阻R1，运放U1的输出与激励电路相连，反馈电路生成反馈电流Ib流过反馈线圈L2。在某些情况下，为了提高系统的稳定性，增加振荡阻尼，可以在振荡线圈L1和电容C1的串联电路上串联电阻器。激励电路根据运放U1的输出Vs生成驱动电压Vd，Vd驱动振荡线圈L1。激励电路的一种电路实现方式采用电压比较器U2，运放U1输出Vs和参考电压Vref与电压比较器U2的两个输入端相连，电压比较器U2的输出端产生激励信号Vd，Vd驱动振荡线圈L1，给振荡电路提供能量。反馈电路有多种实现方式，主要原理就是根据前级的信号生成反馈电流Ib，反馈电流Ib流经反馈线圈L2，在稳态的情况下，反馈线圈L2在磁环中生成的磁场与从磁环中间穿过的被测电流在磁环中产生的磁场抵消，磁环中的磁通，在稳态情况下为零。这里提出两种反馈电路实现方式，第一种就是采用模拟积分器实现，第二种采用微控制器MCU实现。采用模拟积分器实现反馈电路是这样的：激励电路的输出Vd与电阻R2相连，电阻R2与运放U3的负输入端相连，运放U3的负输入端与输出端之间连接电容C2，运放U3的正输入端连接一个参考电平Vr，Vr是Vd峰峰值的中点，运放U3的输出Vo与参考电平Vr之间连接反馈线圈L2。采用微控制器MCU实现的反馈电路是这样的：激励电路的输出Vd的与MCU的IO相连，MCU内部根据此信号经过反馈算法生成反馈信号给反馈线圈L2。当然，上述的激励电路和反馈电路只是逻辑上的模块，真正电路板上可以是单一的集成电路或片上系统实现。

本发明的有益效果是：

本发明由于振荡电路中有电容隔离直流分量，振荡电路中必定没有直流分量，所以当磁环内部的磁场平衡时，穿过磁环中间的被测电流的电流值绝对与反馈电流Id成绝对比例，从而从原理上保证了此电路没有零点漂移问题。尤其是当采用MCU数字算法实现反馈电路时，保证了反馈电路部分不是模拟器件参数特性漂移的影响，实现了更高精度的稳定性。

附图说明    

    本说明书有三个附图：

    图1，无零点漂移磁调制电流传感器的电路原理图；

    图2，采用模拟积分反馈电路的无零点漂移磁调制电流传感器的电路原理图 ；

    图3，采用MCU数字算法反馈电路的无零点漂移磁调制电流传感器的电路原理图 ；

具体实施方式   

被测电流从无零漂磁调制电流传感器的磁环中间穿过，无零漂磁调制电流传感器的磁环上绕有两个线圈，附图中的L1和L2，L1是振荡线圈，L2是反馈线圈。运放U1的输出Vs反映了流经振荡线圈L1上的振荡电流Id的大小，激励电路根据运放U1的输出Vs，生成激励信号Vd，在振荡线圈L1、电容C1上形成持续稳定的振荡。当被测电流变化时，会在磁环中形成磁场，由于磁性材料磁导率都不是绝对线性的，所以这时振荡线圈L1的电流正半周和负半周就不对称了。后级的反馈电路根据这个不对称性生成反馈电流Ib，去抵消被测电流在磁环中生成的磁场，直到振荡线圈L1的电流正半周和负半周对称。所以，在系统稳态时，在磁环中的稳态磁场为零，即反馈电流Ib与被测电流生成的磁场想抵消，所以反馈电流Ib就反映了被测电流的大小。