磁通门传感器测大电流

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1、磁通门传感器测大电流Flux-gatesensorforhigh-currentmeasurement杨真微纳科学技术研究院2010.4.18-4.291）电阻欧姆定律(Ohm’slawofresistance)2）法拉第电磁感应(Faeaday'slawofinduction)3）磁场传感器(Magneticfieldsensors)4）法拉第效应(Faradayeffect)电流传感技术的基本原理接触式电流测量A.分流电阻传感(Shuntresistor):基于测量电流在分流电阻上产生的电压。该方法简单，适合精确测

2、量直流和交流。缺陷是：功率和测量电路的隔离，以及在测大电流时功耗较大。1）高性能同轴分流(High-performancecoaxialshunt);2）低耗表面粘着元件(Low-costsurface-mounted-device)B.追踪电阻传感(Traceresistancesensing):PCBcoppershuntresistor基于电阻欧姆定律的电流传感技术A.罗氏线圈(Rogowskicoil):线圈缠绕在非磁磁芯上,通过罗氏线圈的电流产生了一个电压,该电压与电流变化率以及线圈与导体之间的互感系数成正比

3、。所测电流正比于该电压的一个积分值。B.电流转换感(Currenttransformer):仅仅使用于交流电的测量，该方法简单，稳定性好。它含有一个环状铁心，次级线圈缠绕在铁心上，流经导体的电流的测量实际上就变成了测量初级线圈上电流。基于法拉第电磁感应定律的电流传感技术A.霍尔效应传感器(Hall-effectsensors):电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。该方法可以测量直流和交流，频率高达100kHz，较高的精度和很好的隔离。B.磁通门传感器

4、(Fluxgatesensors)(后面详述)C.磁阻效应传感(MR)1).Anisotropicmagnetoresistance(AMR)2).Giantmagnetoresisitance(GMR)基于磁场传感器的电流传感技术以上部分常见电流传感检测方法的比较光纤技术(fiber-opticaltechniques):新兴的技术，较传统技术价格较高A.偏光检测方法(Polarmeterdetectionmethod):直接利用法拉第效应检测电流。B.干涉仪检测方法(Interferometerdetectionm

5、ethod)基于法拉第效应的电流传感技术不同电流传感技术检测电流的性能比较磁通门传感器测电流的原理最基本磁通门原理：采用磁场强度H与磁感应强度B之间的非线性关系磁通门传感器测电流的常见设计方法常见设计方法的比较a)标准磁通门：初始电流产生的磁场通过磁芯得到集中，在闭环结构中，次级线圈是用来补偿集中的磁场。优点：优越的灵敏度，温度稳定性，高精度。b)单一闭合环形磁芯结构：没有激励线圈，激磁线圈所产生的电流取决于初始电流的大小。特点：低消耗，热转换低，检测频率带宽有限c)磁通门+电流转换器：提高了检测频率的带宽。磁通门负责

6、提供低频信号，电流转换器负责高频信号。d)采用第三个磁芯：抵消第一个磁通门在初级导体感应产生的电压噪音，激励线圈的电压随匝比倍增，当磁芯材料没有饱和时，仅仅只作为转换器。磁通门传感器测电流：基于检测磁电路的饱和状态。磁芯用高磁导率材料制成，专注于被测的磁场。用一个信号激发磁性材料，外部磁场引起磁性材料对称饱和。这种对称随外磁场的消失而消失。附加线圈的电流引起了一个补偿磁场，该磁场恢复了磁滞循环的对称。所加电流补偿了被测电流所产生的磁场，它的电压值与这个电流成正比。在磁电路中，为了检测一个等于零磁通的磁场，必须通过必要的

7、电流激励次级线圈，传感器在零磁通的环境下，电流通过次级线圈得到加强，证实与被测的初级电流成正比。Ip=Ns﹒Is铁磁磁芯和辅助线圈形成了一个饱和感应器，在零磁通的情况下，对于传感器磁路的检测就是基于该感应器电感值的变化。磁通门传感器设计框图1.信号发生器是为了激励辅助线圈：基于有磁滞现象的比较电路。当循环电流在主要的线圈激励超过峰值时,电路将改变它的输出的电压值。在振荡电路检测这些磁性元件,并且这些元件的电特性将影响方波信号电路的振荡频率。对于传感器的设计，这些频率的范围在300赫兹左右。2.辅助电流的对称检测没有初级

8、电流,激励电流的平均值为零.初级电流存在影响不为零的平均值的输出，并且信号依赖于这个电流的敏感性。对于次级电流值得自动调节，采用了PI控制器，目的是为了确保初级电流激励线圈有零平均值。控制器包括一个三角的低频振荡器，一个频率检测器和一个模拟开关。频率检测器是为了检测激励电流，模拟开关受频率检测器的控制。对上设计图详细分析3.指示器