[发明专利]一种数字化交直流电流传感器及电流检测方法

权利要求书

1.一种数字化交直流电流传感器，其与一外围的后续数据使用接口相连，其特征在于，包括依次连接的电流检测单元（1）、信号预处理单元（2）、AD转换单元（3）、数字信号处理单元（4）、数字信号输出单元（5），以及与上述五个单元相连的一中央控制单元（6），所述信号预处理单元（2）、AD转换单元（3）、数字信号处理单元（4）、数字信号输出单元（5）和中央控制单元（6）均被一铁磁材料外壳包裹且与该铁磁材料外壳电绝缘；所述电流检测单元（1）通过一状态量值监测模块（7）与中央控制单元（6）相连，并通过一状态恢复模块（8）与中央控制单元（6）相连；

中央控制单元（6）设置为通过一状态量值监测模块（7）监测所述电流检测单元（1）的状态量值来判断其工作状态是否正常，同时发送指令以配置所述信号预处理单元（2）、所述AD转换单元（3）、所述数字信号处理单元（4）和所述数字信号输出单元（5）的工作模式，所述数字信号输出单元（5）具有数据发送接口；

若所述工作状态判断为异常，则中央控制单元（6）向数字信号输出单元（5）发送设备异常信号，并通过所述状态恢复模块（8）向电流检测单元（1）发出恢复指令，并重复监测直到工作状态判断为正常；

若所述工作状态判断为正常，则中央控制单元（6）向数字信号输出单元（5）发送设备正常信号，并发送指令以从信号预处理单元（2）的多组滤波通道中选择合适的滤波通道，控制AD转换单元（3）的数据采样速率，选择数字信号处理单元（4）的数字信号处理模式来完成数字信号处理，切换数字信号输出单元（5）的数据发送接口；信号预处理单元（2）根据需要选择和切换合适的滤波通道，以对被测电流的电压信号进行模拟滤波、限制信号频率带宽在需要范围，并满足减少高频模拟噪声的引入和兼顾不同的滤波的要求；中央控制单元（6）统筹信号预处理单元（2）、AD转换单元（3）、数字信号处理单元（4）的工作模式选择，以使整个信号流程符合香农定理；为了满足香农定理，数字信号输出单元（5）采用32位单精度浮点格式，每帧数据长度为64位，且T₀＞2t₁， T＜＜（t₁+ t₂）；

其中，t₁为AD转换单元（3）完成单次转换的时间，单位为s；t₂为数字信号处理单元（4）完成单次数据处理的时间，单位为s； T为数字信号输出单元（5）的每帧数据传输时间，单位为s，T₀是信号预处理单元（2）选择的滤波通道所对应的周期，单位为s；

电流检测单元（1）为磁调制式的磁平衡电流传感器，电流检测单元（1）的状态量值包括磁调制的激励信号幅值；该磁调制式的磁平衡电流传感器包括磁芯（C），其上设有匝数为Np的初级绕组（L1）、匝数为Ns且电阻为r的次级绕组（L2）和若干绕组组成的检测绕组（L3），所述初级绕组（L1）接收外围输入的被测电流（Ip），检测绕组（L3）与一检测电路（11）相连，从而组成一直交流信号检测单元（10），并通过该直交流信号检测单元（10）实现磁通到电压的转换，所述次级绕组（L2）的一端通过一采样电阻（Rb）接地，另一端与一运算放大器（OP）的输出端相连，该运算放大器（OP）的正输入端与电源相连，其负输入端通过第一阻抗（Z1）与所述直交流信号检测单元（10）的检测电路（11）相连，并通过第二阻抗（Zf）与其输出端相连，从而形成了运算放大器的反馈网络；磁平衡电流传感器的运算放大器（OP）的负输入端通过一状态恢复模块（8）与中央控制单元（6）相连，使得中央控制单元（6）在收到工作状态异常信号后，通过该状态恢复模块（8）向电流检测单元（1）发出恢复指令，电流检测单元（1）进入自动恢复状态，通过在次级线圈上产生正负电流的方式寻找到磁调制的正常工作状态；

所述信号预处理单元（2）由电子开关和多种滤波通道组成，并通过该电子开关来控制滤波通道的选择和切换。

2.根据权利要求1所述的数字化交直流电流传感器，其特征在于，数字信号输出单元（5）具有数据发送接口，该数据发送接口与所述后续数据使用接口相连，数据发送接口包括可切换的高速宽频带接口和低速高精度接口，高速宽频带接口采用支持突发传输的串行或并行总线，低速高精度接口采用通用的数据传输接口。