[发明专利]一种单磁芯多绕组磁平衡式电流检测装置

权利要求书

1.一种单磁芯多绕组磁平衡式电流检测装置，其特征在于包括激励电流源(1)、退磁电流源(2)、第一开关(3)、第二开关(4)、磁环(5)、激励线圈(6)、第一检测线圈(7)、第二检测线圈(8)、补偿线圈(9)、第一信号采集器(10)、第二信号采集器(11)、第一低通滤波器(12)、第二低通滤波器(13)、差分器(14)、带通滤波器(15)、幅值检波器(16)、调节器(17)、驱动器(18)、补偿电流源(19)、采样电阻(20)；

所述的激励电流源(1)与退磁电流源(2)的输入端并联，接收外部的直流供电输入；所述的第一开关(3)为双极性开关，其输入的正、负极分别与所述的激励电流源(1)的输出正、负极相连；所述的第二开关(4)也为双极性开关，其输入的正、负极分别与所述的退磁电流源(2)的输出正、负极相连；所述的第一开关(3)与第二开关(4)的输出端并联，再连接至所述的激励线圈(6)的两端；

所述的激励线圈(6)、第一检测线圈(7)、第二检测线圈(8)、补偿线圈(9)分别缠绕在所述的磁环(5)的表面；

所述的第一信号采集器(10)、第二信号采集器(11)分别对所述的第一检测线圈(7)、第二检测线圈(8)的两端感应电动势信号U_o1、U_o2进行差分采样，输出的信号U_o1＇、U_o2＇分别送至所述的第一低通滤波器(12)和第二低通滤波器(13)，滤除噪声信号，得到电压信号U_{o1_L}、U_{o2_L}；所述的电压信号U_{o1_L}、U_{o2_L}分别送至所述的差分器(14)进行差分运算后输出至所述的带通滤波器(15)；

所述的带通滤波器(15)的输出连接至所述的幅值检波器(16)的输入；

所述的幅值检波器(16)的输出连接至所述的调节器(17)的输入；

所述的调节器(17)的输出连接至所述的驱动器(18)的输入；

所述的驱动器(18)的输出连接至所述的补偿电流源(19)的输入；

所述的补偿电流源(19)的输出正极与所述的补偿线圈(9)的一端相；所述的补偿电流源(19)的输出负极与所述的采样电阻(20)的一端相连，所述的采样电阻(20)的另外一端与所述的补偿线圈(9)的另一端相连；

所述的激励电流源(1)用于在所述的激励线圈(6)中产生高频周期性交变的激励电流I_e，I_e＝I_msinωt，其中，ω＝2πf_e，f_e为激励电流的频率，I_m为幅值，该电流在所述的磁环(5)中产生周期性快速交变的激励磁场H_e，H_e＝H_msinωt，其中，H_m为激励磁场的幅值，该激励磁场的幅值远大于所述的磁环(5)的饱和磁场值H_s，使得所述的磁环(5)出现周期性交变饱和；

当被测电流I_p＝0时，即被侧电流产生的磁场H_p＝0；则所述的磁环内部的磁感应强度B_e为：

B_e＝μH_msinωt 式(1)

式(1)中μ为所述磁环(5)的磁导率，在所述的激励磁场幅值H_m远大于所述磁环(5)的饱和磁场强度H_s；此时，所述的磁环(5)处非饱和状态与饱和状态之间周期性交变，其磁导率μ也将在线性区和非线性区之间周期性变化，所述的磁导率μ可以表示为：

式(10)中μ_dc为所述磁环(5)的磁导率的直流分量，μ_i为所述磁导率的第2i次谐波分量；

所述磁感应强度B_e在所述的第一检测线圈(7)中产生的感应电动势U_{0 1}为：

所述磁感应强度B_e在所述的第二检测线圈(8)中产生的感应电动势U_{0 2}为：

所述的信号U_o1、U_o2分别经过所述的第一信号采集器(10)与第一低通滤波器(12)、第二信号采集器(11)与第二低通滤波器(13)后，滤除噪声信号，再经过所述的差分器(14)后，输出的信号U_o12为：

将式(2)代入式(5)中，可得

所述的带通滤波器(15)对于信号通过的频率设计为[2f_e-f_b，2f_e+f_b]，其中f_b为带宽值，即所述的带通滤波器(15)对于通过的信号，只保留频率为所述激励电流的频率f_e的2倍的信号，对于其它信号，经过所述的带通滤波器(15)后，信号衰减为零；

从式(6)中可以看出，所述的信号U_o12中不存在频率为所述激励电流的频率f_e的2倍的分量；所述的信号U_o12经过所述的带通滤波器(15)后，输出的信号U_x12为0；

所述的信号U_x12经过所述的幅值检波器(16)、调节器(17)、驱动器(18)后产生的驱动信号为零；所述的补偿电流源(19)输出的补偿电流I_c＝0；所述的采样电阻(20)两端的电压U_os＝I_c×R_s＝0，式中R_s为所述采样电阻(20)的阻值。