磁通门传感器测大电流
基于磁通门技术的直流漏电流检测方法及实现
基于磁通门技术的直流漏电流检测方法及实现摘要：随着科技的日益发展和提高，直流电源系统变成了工业生产现场当中至关重要的动力设备。
如果直流系统接地点发生了故障，不能及时有效加以消除的话，很可能会造成严重人身事故甚至引发特别重大的电力事故，使国民经济出现一定的经济损失。
而磁通门技术则是一个可以检测弱磁的技术，不但可以对毫安级的直流漏电系统提供相应的技术支持，进行直流漏电流测量，还能够对直流系统接地情况进行实时的监控，如果出现问题可以准确地准确地定位到故障点，另外，磁通门技术的经济性也是相当高的，特别它所具有的微型化和简单安全的特性，这种优势使磁通门技术相关产品在市场当中具有良好的使用发展前景。
关键词：磁通门技术；直流漏电流；检测方法目前直流系统检测过程当中还存在着相应的问题，这些问题不仅不利于用电安全，还会对经济造成一定的损失。
而磁通门技术的发展则能够为直流漏电流检测提供相应的技术支持与帮助，还能使直流漏电流的检测范围降低至毫安级内，提高故障点检测的精准度。
因此，磁通门技术在工业现场作业环境当中运用是十分广泛的。
除此之外，磁通门技术也具有微型化与简便安全的优点，具有良好的使用和发展前景。
一．基于磁通门的直流漏电流检测的概念与原理1.1磁通门技术的概念磁通门技术来源于一种磁通门现象，这个现象的根源也就是电磁感应理论，是一个能够对微弱磁场做出精确测量的技术。
磁通门是运用磁性饱和现象来进行设计的，因此，可以有效地去对被检测磁场实现磁调制，并将其转变为感应电动式来进行输出，利用这种方法可以有效地有效地完成磁场到电场之间的转化，若是将这种方法应用于测量电参数时，则是对电场到磁场、磁场到电场之间的转化过程。
这个过程当中可以完成对信号的隔离，因此从这个角度来进行分析，磁通门技术也是一个隔离技术。
1.2直流漏电流检测的原理磁通门式的直流漏电流测量技术是实现将电场转换为磁场，再由磁场转换为电场的一种隔离式检测，非常适合在有绝缘条件要求的场合。
磁通门电流传感器的多点零磁通技术
品 可 广 泛 应 用 于 仪 器 仪 表 制 造 商 、充 电 桩 制 造 企 业 、电 动 汽 车 制 造 商 、光 伏 逆 变 器 制 造 商 、高 精 度 直 流 电 源 制 造 商 、
多磁环磁通门传感器原理__理论说明
多磁环磁通门传感器原理理论说明1. 引言1.1 概述多磁环磁通门传感器是一种常用于测量磁场强度的传感器，其工作原理基于多个磁环的特性。
利用这些特性，传感器能够准确地测量电流通过的导线或电缆所产生的磁场强度。
1.2 文章结构本文将从多个方面详细介绍多磁环磁通门传感器的原理、优势以及制备工艺等内容。
首先，我们将对传感器的原理进行介绍，包括其工作方式和相关的物理原理。
然后，我们将重点讨论多磁环材料选择与设计，并解释不同材料对传感器性能的影响。
接下来，我们将探讨磁场测量方法与原理，解释如何通过测量电流产生的磁场来确定其强度。
1.3 目的本文旨在全面了解多磁环磁通门传感器的工作原理和应用优势，并提供相关制备工艺和注意事项。
通过深入了解这一技术，读者可以更好地应用该传感器进行实际工程项目中的测量任务，并为未来该技术的发展提供参考和展望。
以上是“1. 引言”部分的内容，按照要求使用普通文本格式进行回答。
2. 多磁环磁通门传感器原理2.1 传感器原理介绍多磁环磁通门传感器是一种常见的磁场测量装置，它主要基于闭合铁心中磁通与外加电流之间的关系。
传感器内部包含多个磁环，这些磁环通过金属铁心连接成一个闭合回路。
当通入电流时，产生的漩涡电流会改变金属铁心周围的磁场分布，进而影响到通过磁环中的总磁通。
2.2 磁环材料选择与设计在多磁环磁通门传感器中，选择合适的材料对于传感器性能具有重要影响。
由于不同材料对于漩涡电流和渗透深度有不同的响应特性，需要根据实际需求来选择合适的材料。
另外，在设计过程中还需要考虑到金属铁心以及各个磁环之间的长度、直径等参数对于传感器灵敏度和稳定性所造成的影响。
2.3 磁场测量方法与原理说明多磁环磁通门传感器主要依靠测量通过闭合回路磁通的变化来实现对磁场的测量。
当外加磁场作用下，随着金属铁心周围磁场强度的变化，闭合回路中的总磁通也会相应发生改变。
通过测量磁环中总磁通的变化，可以得到外加磁场的强度值。
磁通门电流传感器工作原理
磁通门电流传感器工作原理磁通门电流传感器是一种基于磁场原理工作的传感器，用于测量电流。
它利用安培力原理，通过测量磁场变化来间接测量电流。
磁通门电流传感器具有响应速度快、精度高、安装方便等特点，在电力系统、工业自动化、电动车辆等领域得到广泛应用。
磁通门电流传感器的工作原理如下：当电流通过导线时，会在其周围产生磁场。
根据安培力法则，电流与磁场之间存在一种相互作用关系。
磁通门电流传感器利用这种相互作用关系，通过测量磁场的变化来间接测量电流。
磁通门电流传感器通常由铁芯、线圈和传感器芯片组成。
铁芯是磁通门电流传感器的核心部件，它能够集中磁场并引导磁力线通过线圈。
线圈是传感器的输入端，当电流通过线圈时，会在铁芯中产生一定的磁场。
传感器芯片则负责测量磁场的强度，并将其转化为相应的电信号。
在磁通门电流传感器中，磁场的变化是通过测量铁芯中磁场的强度来实现的。
当电流通过线圈时，铁芯中的磁场强度与电流成正比。
传感器芯片可以感知到磁场的强度，通过对磁场强度的测量，可以得到电流的大小。
磁通门电流传感器的工作原理可以通过以下步骤来描述：首先，当电流通过线圈时，线圈周围会产生磁场。
其次，铁芯集中磁场并引导磁力线通过线圈。
然后，传感器芯片感知到磁场的强度，并将其转化为相应的电信号。
最后，通过对电信号的处理和分析，可以得到电流的大小。
磁通门电流传感器具有许多优点。
首先，它的响应速度非常快，可以实时监测电流的变化。
其次，它的精度很高，可以满足对电流测量的精确要求。
此外，它的安装方便，可以直接套在被测导线上，不需要额外的电源供应。
另外，磁通门电流传感器具有较好的线性特性和低温漂移特性，能够在不同环境条件下稳定工作。
磁通门电流传感器在电力系统中的应用非常广泛。
它可以用于测量电力系统中的各种电流，如输电线路、变压器、发电机等。
通过对电流的实时监测和测量，可以提高电力系统的安全性和稳定性。
此外，磁通门电流传感器还可以用于电动车辆的电流监测和控制，以及工业自动化领域的电流检测等。
磁通门零磁通技术电流传感器原理解析
磁通门零磁通技术电流传感器原理解析一、引言电流传感器是一种广泛应用于电力系统中的重要装置，用于测量电路中的电流大小。
而磁通门零磁通技术电流传感器是一种常用的电流传感器，本文将对其原理进行详细解析。
二、磁通门零磁通技术电流传感器的基本原理磁通门零磁通技术电流传感器是一种基于法拉第电磁感应定律的传感器。
其基本原理是利用电流通过导线时所产生的磁场，通过检测磁场的变化来测量电流的大小。
三、磁通门零磁通技术的工作原理磁通门零磁通技术电流传感器采用了一对磁通门结构，其中一个磁通门固定在传感器的铁芯上，另一个磁通门则通过电流传感器的主导线穿过。
当电流通过主导线时，由于电流的存在，会在主导线周围产生一个磁场，进而影响到磁通门结构中的磁通量。
通过测量磁通门结构中的磁通量变化，可以间接得到电流的大小。
具体而言，磁通门零磁通技术电流传感器中的磁通门结构由一对同轴放置的磁通门组成。
在正常工作状态下，两个磁通门的磁通量相等。
当主导线中有电流流过时，由于电流的存在，会在主导线周围形成一个磁场，从而改变磁通门结构中的磁通量。
为了实现零磁通的状态，磁通门结构中会通过调节一个校准线圈的电流来抵消主导线中的磁场产生的影响，使得磁通门结构中的磁通量保持不变。
通过测量校准线圈中的电流大小，可以得到电流传感器中主导线中电流的准确值。
四、磁通门零磁通技术电流传感器的优势相比于其他电流传感器，磁通门零磁通技术电流传感器具有以下几个优势：1. 高精度：磁通门零磁通技术电流传感器通过校准线圈来实现零磁通状态，从而提高了测量的精度和准确性。
2. 宽量程：磁通门零磁通技术电流传感器可以根据需要调整校准线圈的电流，从而适应不同电流范围的测量需求。
3. 快速响应：磁通门零磁通技术电流传感器具有较高的响应速度，可以快速准确地测量电流的变化。
4. 抗干扰能力强：磁通门零磁通技术电流传感器采用了差分测量的方法，可以有效抑制外界电磁干扰，提高了测量的稳定性和可靠性。
电流输出型磁通门传感器的灵敏度
根据磁通门原理可写出的次级线圈两端的电压与铁心 中磁感应强度 B ( t ) 之间的关系 :
e ( t) = - N 2 S
d B ( t) dt
( 3)
式中 B ( t ) 等于磁导率与磁场强度的乘积 。 激励电流使铁心反复进入饱和区 , 使铁心的磁导 率随时间而变化 , 用 μ( t ) 表示 。磁场强度包含两部 分 :一部分是被测磁场 H x ; 另一部分是次级电流 i ( t ) 产生的变化磁场 H ( t ) 。设次级线圈的有效长度为 l , 则:
The Sensitivity of Current Output Flux - G ate Sensors
Liu Shibin ,Duan Zhemin ,Yan Jiaming ( Department of Electronic Engineering ,Nort hwestern Polytechnical University ,Xian ,710072 China)
图1 磁通门工作原理
3 磁通门的处理电路
磁通门处理电路的作用是将图 1 ( e) 所示的信号转 换成直流电压信号 。电路形式有开环和闭环两种 。开 环电路一般是先选频后进行相敏整流 , 也可不选频直 接进行相敏整流 。若按后者设计电路 , 则输出的直流 分量为
[1 ]
图2 电流输出型磁通门
电流输出型磁通门次级回路可等效为图 2 ( b) 所 示的电路 [ 4 ] ,图中 r 为次级线圈的等效电阻 , t 表示时 间 。由外部回路可写出次级线圈两端电压 e ( t ) 的方 程:
收稿日期 :2002206216 收修改稿日期 :2002207204
2 磁通门的工作原理
单铁心磁通门实际上是一个铁心反复工作于饱和 状态的变压器 。为了消除变压器效应的影响 , 通常采 用两个单铁心磁通门将初级线圈反接构成双铁心磁通 门 。铁心采用矫顽力小 、 磁导率非常高的超坡莫合金 , 其磁化曲线可简化为如图 1 ( a) 所示的折线 ( Hs 为饱和 磁场强度) 。给双铁心磁通门的初级线圈通入足以使 铁心饱和的交流激励电流时 , 由于被测磁场 H x 的影 响 ,两个线圈中的磁场不相等 , 其波形如图 1 ( b) 所示 。 根据铁心的特性 , 它们在相应的次级线圈中产生的磁 感应强度也不同 ,如图 1 ( c) 所示 。 如果次级线圈与高输入阻抗放大器相接 , 可认为 次级线圈开路 ,则次级线圈输出电压的波形如图 1 ( d) 所示 。将两次级线圈顺接 , 得到双铁心磁通门的输出 电压波形如图 1 ( e) 所示 。对该信号进行相敏整流和滤 波后 ,就可得到与被测磁场有关的直流输出电压 。
磁通门电流传感器说明书
高精度电流传感器规格书AIT1000-SG深圳市航智精密电子有限公司AIT1000-SG 高精度电流传感器多点零磁通技术系统应用于现有高精度直流传感器技术之上，激励磁通闭环控制技术、自激磁通门技术及多闭环控制技术相结合，实现了对激励磁通、直流磁通、交流磁通的零磁通闭环控制，并通过构建高频纹波感应通道实现了对高频纹波的检测，从而使传感器在全带宽范围内拥有比较高的增益和测量精度。
产品图片核心技术性能特点◇激励磁通闭环控制技术◇原、副边隔离测量◇自激退磁技术◇出色的线性度和准确度◇多点零磁通技术◇极低的温漂◇多级量程自动切换技术◇极低的零漂◇温控补偿技术◇强抗电磁干扰能力◇宽频带和低响应时间应用领域◇医疗设备：扫描仪、MRI ◇轨道交通：高速列车、地铁、有轨无轨电车◇电力：变流器、逆变器◇测试仪器仪表：功率分析仪、高精密电源◇新能源：光伏、风能◇汽车：电动汽车◇舰船：电力驱动舰船◇航空航天：卫星、火箭◇计量：检定与校准◇智能电网测量：发电、电池监测、中低压变电站◇工业控制:工业电机驱动、焊接、机器人、吊车、电梯、滑雪升降机电气性能项目符号测试条件最小值标称最大值单位原边额定直流电流I PN_DC— — ±1000 — Adc 原边额定交流电流*I PN— — 707 — Aac 原边过载电流I PM1分钟— — ±1300 Adc 工作电压V C— ±14.2 ±15 ±15.8 V 功耗电流I PWR原边额定电流±30 ±700 ±830 mA 电流变比K N输入：输出1500:1 1500:1 1500:1 — 额定输出电流I SN原边额定电流— ±0.67 — A 测量电阻R M见图1 0 1.5 3 Ω＊：指交流有效值精度测量项目符号测试条件最小值标称最大值单位准确度X G输入直流，25±10ºC — — 10 ppm 线性度εL— — — 2 ppm 温度稳定性T C— — — 0.1 ppm/K 时间稳定性T T— — — 0.2 ppm/month 供电抗干扰T V— — — 1 ppm/V 零点失调电流I O@25ºC — — 1（用户可调零）ppm 纹波电流I N DC-10Hz — — 0.5 ppm动态响应时间t r di/dt=100A/us,上升至90%I PN— — 1 us 电流变化率di/dt — 200 — — A/us频带宽度（-3dB） F — 0 — 500 kHz零点失调电流I OT全温度范围— — ±5 μA安全特性项目符号测试条件数值单位隔离电压/ 原边与副边之间Vd 50Hz,1min 5 KV瞬态隔离耐压/ 原边与副边之间Vw 50us 10 KV爬电距离/ 原边与外壳之间dCp — 11 mm电气间隙距离/ 原边与外壳之间dCi — 11 mm 相比漏电起痕指数CTI IEC-60112 600 V一般特性项目符号测试条件最小标称最大单位工作温度范围T A—-40—+85ºC 质量M—1250±20g负载电阻使用说明图1：负载电阻与测量电流关系图运行状态说明◇正常运行时，绿灯常亮：设备上电后，当设备正常工作时，绿色指示灯常亮，D-Sub9接口的第3脚和第8脚导通。
用于电流测量的柔性基底磁通门传感器
传感技术学报CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS Vol.33No.12 Dec.2020第33卷第12期2020年12月Flexible Base Fluxgate Sensor for Current Measurement*GUO Bo1，YANG Shanglin2*，厶Shibin3，WANG Tianxin1(1.School of Information Engineering,Xijing University, Xi'an Shaanxi710000,China；2.School of Electrical and Information Engineering,North Minzu University,Yinchuan Ningxia750021,China；3.School of Electronics and Information,Northwestern Polytechnical University,Xi'an Shaanxi710000,China)Abstract:Benefit from the foldable and bendable characteristics,fluxgates fabricated on flexible substrates have received more attention in recent years.When used for current measurement,the flexible structure can increase measurement efficiency by wrapping the conductor in the middle of the iron core through opening and closing method, without damaging the current conductor.However,the core of the fluxgate exhibits different magnetic properties after bending,which in turn affects the fluxgate performance.In this paper,a cobalt-based amorphous strip is used as a fluxgate iron core,and a method for preparing a flexible fluxgate for current measurement is studied.The effects of bending iron core on flexible fluxgate performance are studied by simulation and physical measurement.The results show that this flexible fluxgate sensor with cobalt-based amorphous as core exhibits very excellent performance. After the core bends into a ring shape,the positive effect of the demagnetization decrease is much greater than the negative effect of the magnetic performance degradation.Its sensitivity has increased significantly instead of decreasing.After bending the sensor many times,its sensitivity and linear range did not change.Therefore,this bendable flexible fluxgate is ideal for current measurement.Key words:sensor；flexible fluxgate;MESM；PI；Cobalt-based amorphousEEACC：3120N doi：10・3969/j・iss n・1004-1699・2020・12・021用于电流测量的柔性基底磁通门传感器*郭博打杨尚林2*，刘诗斌3,王天鑫1（1.西京学院信息工程学院，陕西西安710000；2.北方民族大学电气信息工程学院，宁夏银川750021；3.西北工业大学电子信息学院，陕西西安710000）摘要：得益于可折叠弯曲的特性，在柔性基底上制备的磁通门传感器近年来得到人们的关注。
毕业论文(磁通门传感器)
毕业论文(磁通门传感器)摘要三分量磁通门地磁场检测装置是应用磁通门传感器对地磁场进行测量的矢量检测装置。
与其它类型测磁仪器相比，磁通门传感器具有分辨率高，测量弱磁场范围宽，体积小、重量轻、功耗低，经济性好，能够直接测量磁场的失量和适于在高速运动系统中使用等特点，被广泛应用于各种领域。
本文分析了磁通门传感器的工作原理，详细论述了如何采用数字检波的方法进行信号处理.本文还介绍了三分量地磁场检测装置硬件电路的设计和单片机程序。
检测装置主要由三分量磁通门传感器、单片机最小系统、A/D数据采集电路和串口电路构成。
三分量磁通门传感器检测到磁场的矢量大小，输出信号经过有源滤波器和放大器处理后得到三路幅度与磁场各分量大小成正比的正弦信号。
A/D同时对三路信号进行4倍频采样，将两个周期的采样数据传送到单片机，然后单片机通过串行端口将数据发送到计算机，最后由计算机完成数据的处理和分析。
关键词三分量地磁场数字检波数据采集串行端口11111 绪论1.1 研究三分量磁通门地磁场检测装置的目的和意义在介绍三分量磁通门地磁场检测装置之前，首先介绍一下它的研究目的和意义。
检测装置主要是通过检测地磁场的大小来寻找铁磁性物质的。
铁磁性物质中很重要的一类就是铁。
我国是最早发现和使用铁的国家，同时铁也是世界上发现并使用最早的一种金属材料。
世界铁资源丰富，据美国地质调查所和矿业局1996年1月的统计，世界铁矿石资源量超过8000亿吨，折合金属量超过2300亿吨。
1995年世界铁矿石储量1 500亿吨、储量基础2300亿吨，折合铁金属量分别为650亿吨、1000亿吨。
我国铁金属储量73.29亿吨，应在俄罗斯、澳大利亚、加拿大、巴西之后居世界第5位。
截至1996年底，全国共查明铁矿产地1834处。
累计探明铁矿石储量504.78亿吨，按全国铁矿石平均含铁品位33%计算，铁金属量为166.58亿吨。
扣除历年开采与损失，尚保有铁矿石储量463.47亿吨，铁金属152.95亿吨。
磁通门电流测量基本原理
(11)
由上式可知，磁通门的输出信号，是只含有偶次谐波的交流信号，而且与被 测量磁场 呈正比关系。
值得注意的是，以上推导过程建立在两根磁芯参数（包括形状参数）完全一 样以及上下磁芯激励线圈参数完全一样的基础上。 因此在实际设计和应用过程中 也应该保证上下磁芯和激励线圈参数完全一样。 c) 环形磁通门传感器数学模型[1,2] 环形磁通门可以看作双芯磁通门的延伸， 是一种差分结构的平行磁通门。 环 形磁通门具有良好的对称性，且形成了闭合回路，具有低噪声特性。
B1 = m ( H 0 + H m sin w t )
磁通门感应线圈输出的感应电动势 如下：
B2 = m ( H 0 - H m sin w t )
(12)
U =-
M æ dB1 dB2 ö dm Aç + = MAH 0 2 è dt dt ÷ dt ø
¥
(13)
结合前面两小节的分析，可以得线圈输出的磁感应电动势如下：
(4)
式中，
为磁导率中直流成分， 是各2 次谐波分量幅值。将式 4 代入式 2
可得如下表达式：
U o = NSH 0w å 2 mi sin 2iw t + NSH mw sin w t å 2 mi sin 2iw t
i=1 i=1
¥
¥
æ ö - NSH m ç m d + å mi cos 2iw t ÷ cos w t è ø
¥ i =1
(5)
利用三角形函数的积化和差公式对式 5 进行整理， 可得单芯磁通门的输出电 压如下：
U o = NSH 0w å 2mi sin 2iw t - NSH m å im m é ëcos(2i + 1)w t - cos(2i - 1)w t ù û
一种开环自激振荡磁通门电流传感器
1.1系统组成与原理 电流传感器的结构如图1所示，主要包含传感器
探头(环形磁芯和激励绕组)，激励电路和检测电路。 其中激励电路包含逆变电路、电压比较器和驱动电 路。检测电路由采样电阻Rs和数字测量系统组成, 测量系统由DSP中的ADC模块、定时器、外部中断和 eCAP模块组成,详细分析将在2.2部分给出。图1 中儿为被测电流或初级电流;Np为初级绕组匝数, Np = 1；is为激励电流;他为激励绕组匝数。
本文提出了一种新型自激振荡磁通门电流传感
第4期
杨晓光，陈玫琪等：一种开环自激振荡磁通门电流传感器
435
器，该传感器采用新型数学模型和新型激磁电路，并 具有准数字的特点。与传统平均电流法数学模型相 比,所建立的数学模型更加简单和精确;与传统桥式 逆变激磁电路相比，所采用的激磁电路降低了控制电 路的复杂性，并减小了因驱动延时引起的测量误差。
Ht4 = -( HSat-2Hc ) lm 二 IpNp -It4 N
(5)
由式(5)可得出t4时刻电流值：
r (HSat-2Hc) lm +IpNp
It4=-----------------------
(6)
传感技术学报
436
chinatransducers. seu. edu. cn
第34卷
图1磁通门电流传感器
图2给出了磁芯的理想磁滞回线，其中Hc为 矫顽场强,Hsat为最小饱和磁场强度。激励电路输出 交变电压，使磁芯工作在两种状态:①饱和状态，② 不饱和状态。当磁芯中流过被测电流为0时，激励 电流波形是正负对称的；当磁芯中被测电流不为0 时，激励电流不再对称，如图3所示。激励电路的详 细分析将在1.3部分给出。激励电流波形上的工作 点与磁滞回线上的工作点逐一对应。
基于磁通门原理的高精度电流传感器的研制_吕冰
1.引言 用电流传感器作为电气设备绝缘在 线检测系统的采样单元，已得到业内人士 的共识。目前，电流传感器有多种类型， 如霍尔传感器、无磁芯电流传感器、高导 磁非晶合金多谐振荡电流传感器、电子自 旋共振电流传感器等。由于电力系统使用 环境的特殊性，许多传感器存在自身的局 限性。目前应用于电力系统的电流传感器 多是以电磁耦合为基本工作原理的，从采 样方式上分，这类传感器主要有直接串入 式、钳式、闭环穿芯式三种。大量的研究 试验表明，基于“零磁通原理”的小电流 传感器更适合电力系统绝缘在线检测的要 求。本文所述小电流传感器即是以磁通门 技术为基本原理，加上闭环控制在电子电 路中的应用，使小电流传感器具有高精 度、高稳定度、抗干扰能力强等优点。 2.磁通门原理与电流传感器系统组成 2.1 磁通门原理 磁通门传感器是利用被测磁场中高 导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其 磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测 量弱磁场的。这种物理现象对被测环境 磁场来说好像是一道“门”，通过这道
磁通门传感器探头测试分析
理论算法
磁通门传感器探头测试分析
齐侃侃，董昊 （宜昌测试技术研究所，湖北宜昌，443003）
摘要 ：本文分析了磁通门传感器探头电气参数与物理参数，提出了改进磁探头性能的方法。实际选取了 Co 基非晶合金 薄片作为磁探头磁芯材料，利用理论公式分析设计研制了探头。经实验验证，优化的磁探头噪声较小，灵敏度较高，温度 性能较好，磁通门传感器的性能达到了设计要求。 关键词 : 磁通门传感器 ；探头参数 ；灵敏度 ；噪声测试 ；温度漂移
Test and analysis of fluxgate sensor probe
Qi Kankan，Dong Hao (Yichang Testing Technology Research Institute, Yichang Hubei, 443003)
Abstract:In this paper,the performance parameters of fluxgate sensor are analyzed, and the method to improve the performance of magnetic probe is proposed. In fact, cobalt based amorphous alloy is selected as the core material, and the probe is made by using the approximate formula. The experimental results show that the optimized magnetic probe has lower noise, higher sensitivity and better temperature performance, and the performance of fluxgate sensor meets the design requirements. Keywords:Fluxgate sensor; Probe parameters; Sensitivity; Noise test; Temperature drift
(完整版)磁通门技术
e=( )=－2π× f1W2S (2μ2msin4πf1t +4μ4msin8πf1t +6μ6msin12πf1t +...) (8)
式(8)证明只要铁心磁导率μ随激磁磁场强度而变,感应电势中就会出现随环境磁场强度而变的偶次谐波增量e(HOL)。
当铁心处于周期性过饱和工作状态时,e(HOL)将显著增大。利用这种物理现象就可以测量环境磁场。但与变压器效应相比较,其感应线圈输出的磁通门信号。e(HOL)相当微弱。为实现精确测量,可设计成差分输出探头来消除磁通门探头变压器效应的感应电势。
磁通门是一种磁测量传感器。由于它在动目标中可以极敏感地感应地磁强度,早在本世纪30年代就被应用于航磁测量部门。近20年来,在物理学、电子技术、金属冶炼等方面取得的巨大成果,使磁通门在弱磁测量、抗电磁干扰、耐高温、可靠性、寿命、价格方面取得了前所未有的进展。在地质勘探和石油钻井中,包括磁通门在内的敏感元件提供的有关钻头前进方向的信息,使按设计井身轨迹实现高质量定向—水平钻井成为可能。
磁通门技术原理
精讲：如何测量50A以上的直流电流
精讲：如何测量50A以上的直流电流熟悉电源设计的开发者都知道，关于直流电流的测量，业内并不缺乏对其进行精密测量的仪器，但有趣的是，对于50A以上的直流电流却很少有仪器能够进行精密的测量。
这种电流范围是电动汽车（EV）、电网能量存储和光伏（光电）可再生能源装置等的负载典型值。
这些系统需要精确地预测相关能量存储电池的电荷状态（SOC）。
对电荷状态的估计可以根据电流和电荷（库伦计数）测量实现，而精确的测量数据对于精确的电荷状态估计来说是必要条件。
一般来说，用于电流或电荷测量的任何系统都设计包含有内置数据采集部件，如合适的放大器、滤波器、模数转换器（ADC）等。
电流传感器用于检测电流。
电流传感器的输出需要通过一个电路转换成可用的形式（即电压）。
接着对信号进行滤波，以减少电磁和射频干扰。
然后进行放大和数字化。
再将每个电流数据样本乘以合适的时间间隔，（通过数字化计算）累加算出电荷值。
另一方面，如果以恒定不变的频率进行数字化，那幺首先累积的电流样本，然后当累积电荷值被读出或以某种方式利用时才乘以合适的时间间隔。
同时需要考虑选择合适的最小奈奎斯特采样率，并在模数转换器之前使用足够窄的抗混叠滤波器。
图1 典型的现代电流测量系统中的信号链。
用于大电流测量的实用性传感器技术 在用于测量大电流的技术中，有两种传感器技术最常见。
第一种技术是检测承载电流的导体周围的磁场。
第二种技术是测量承载待测电流（和电荷）的电阻（经常称之为分流器）上的压降。
这个压降遵循欧姆定律（V = I × R）。
磁通门电流传感器原理
磁通门电流传感器原理
磁通门传感器是一种非接触式开关，它可以检测电磁流的存在和数量，从而间接地测量目标电路的电流值。
它的工作原理是将一个小体积的稳定磁场投放到电流流路中，再用另一个小磁体在它旁边检测电流流路产生的磁场，从而间接地记录下电流的数值。
磁通门传感器的结构包括一个有一定尺寸的磁体和一个磁场传感单元。
当把磁体放置到目标电路中时，它会产生一个稳定的磁场，这个磁场会被电路流体路产生的电磁流所影响。
由于目标电流的不同，它所产生的电磁流强度也会有所不同，进而影响磁场的走向。
磁场传感单元能够检测这种走向变化，并根据它与目标电流之间的关系反演出电流的值。
也就是说，它检测的是电流的变化，从而精确地测量出电流的值。
当用仪器来测量磁通门传感器性能时，需要将它放置在实际应用目标电路中。
由于电路中流动的电流会产生一个稳定的磁场，磁场传感单元就会检测到稳定的信号，从而精确地测量出电流的值。
磁通门电流传感器工作原理图文详解
磁通门电流传感器工作原理图文详解
磁通门电流传感器是一种是以磁通门技术为基本原理，加上闭环控制在电子电路中的应用，磁通门传感器具有分辨力高、测量弱磁场范围宽、可靠、能够直接测量磁场的分量和适于在速运动系统中使用等特点。
下面本文就对磁通门电流传感器的工作原理及构成等进行详细介绍。
磁通门电流传感器工作原理磁通门传感器的工作原理是基于铁芯材料的非线性磁化特性，其敏感元件为高磁导率、易饱和材料制成的铁芯，有两个绕组围绕该铁芯：一个是激励线圈，另一个是信号线圈。
在交变激励信号fl的磁化作用下，铁芯的导磁特性发生周期性饱和与非饱和的变化，从而使围绕在铁芯上的感应线圈感应出反应外界磁场的信号。
因为磁通门传感器是利用被测磁场中高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的。
这种物理现象对被测环境磁场来说好像是一道门，通过这道门，相应的磁通量即被调制，并产生感应电动势。
利用这种现象来测量电流所产生的磁场，从而间接的达到测量电流的目的。
磁通门电流传感器原理图
二、磁通门电流传感器的构成下图是磁通门电流传感器的系统构成
磁通门电流传感器系统构成框图
电流传感器的系统框图所示。
电流所产生的的磁场在磁通门探头内经激励信号调制后，通过峰值检波和积分滤波电路产生有用的电压信号，然后经过反馈，使电流传感器工作在零磁通状态。
图1：磁通门绕组结构图。
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Flux-gate sensor for high-current measurement
杨 真
微纳科学技术研究院 2010.4.18-4.29
电流传感技术的基本原理
1）电阻欧姆定律(Ohm’s law of resistance)
2）法拉第电磁感应(Faeaday's law of induction) 3）磁场传感器(Magnetic field sensors) 4）法拉第效应(Faraday effect)
基于法拉第电磁感应定律的电流传感技术
A.罗氏线圈(Rogowski coil):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。所测电流正比于该电压的一个积分值。
B.电流转换感(Current transformer):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。
c)磁通门+电流转换器：提高了检测频率的带宽。磁 通门负责提供低频信号，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。
参考文献
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参考文献
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2.辅助电流的对称检测 没有初级电流,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。
3.指示器的有效检测 低频检测电流的输出与有效检测的指示器相连。在它检测的初级激励线圈是低 频的时候，指示器才被激活。并且当系统在零磁通环境下工作时，影响将产生。 一个LED和一个开关是输出元件，用来指示零磁通有效测量的环境。
4.驱动形成补偿电流 电路是用来产生流经次级线圈的补偿电流。一个D级放大器被用来执行放大， 这个放大器与线性放大器相比，呈现了高频的优点，但是增加了相同转化频率的泛 音并放大化了，因此必须基于一个压力带宽调幅器，该调幅器产生了一个方形的电 压，该电压的循环与IP控制的输出信号成比例。调幅器的方形波输出应用于补偿线 圈，用一个半桥驱动电流。
基于磁场传感器的电流传感技术
A.霍尔效应传感器(Hall-effect sensors):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(Fluxgate sensors)(后面详述) C.磁阻效应传感(MR)
磁通门传感器设计框图
对上设计图详细分析
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。
5.高频电流的测量 所测量的最大交流电的频率取决于零磁通检测系统的工作频率。对于高频交流 电来说，为了获得一个稳定的动态特性，以免电流的快速变化，就必须采用第三个 磁芯，该磁芯被补偿线圈绕制，作为一个电流转换器。
6.电源供应器 传感器的电压是通过一个回馈的直流转化器提供。通过这种方法，两个稳定的 输出电压来源于一个10V到30V的输入电压。
[13]Ripka, P. Current Sensors using magnetic materials. Teschnicka, Czech Republic. June
2004 [14]Ripka P 2004 Current sensors using magnetic materials J.Optoelectron. Adv. Mater. 6 587–92
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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
基于电阻欧姆定律的电流传感技术
接触式电流测量
A.分流电阻传感(Shunt resistor):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-performance coaxial shunt); 2）低耗表面粘着元件(Low-cost surface-mounted-device) B.追踪电阻传感(Trace resistance sensing):PCB copper shunt resistor
1).Anis)
2).Giant magneto resisitance(GMR)
以上部分常见电流传感检测方法的比较
基于法拉第效应的电流传感技术
光纤技术(fiber-optical techniques):新兴的技术，较传统技术价格
较高
A.偏光检测方法(Polarmeter detection method):直接利用法拉第效应