磁通门传感器测大电流

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。
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
[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
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)
参考文献
[1]Ziegler, S.; Woodward, R.C.; Iu, H.H.-C.; Borle, L.J.; , "Current Sensing Techniques: A Review," Sensors Journal, IEEE , vol.9, no.4, pp.354-376, April 2009 [2]Pavel Ripka.Electric current sensors:a review[J]. Measurement Science and Technology[J]. 21(2010) 112001 (23pp)1-23. [3]M.Roman,G.Velasco,A.Conesa,and F.Jerez,“Low consumption fluxgate transducer for AC and DC high-current measurement, ”in Proc.39th IEEE Power Electron.Specialists Conf.,PESC’08, Rhodes,GREECE,2008,PP.535-560 [4]刘诗斌,段哲民,严家明.电流输出型磁通门传感器的灵敏度.仪表技术与传感器.2002. [5]何俊彦,陶龙旭,张怀武，钟智勇.GMI电流传感器的研究进展.技术与应用.2011,12. [6]Favre, Eric, et al. Current Sensing in Electric Drives A Future and History Based on Multiple Innovations. Switzerland. 2009. [7]Kudo, T.; Tsuji, N.; Asada, T.; Sugiyama, S.; Wakui, S.; , "Development of a Small and WideRange Three-Phase Current Sensor Using an MI Element," Magnetics, IEEE Transactions on , vol.42, no.10, pp.3362-3364, Oct. 2006 doi: 10.1109/TMAG.2006.879641
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
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
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。
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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。
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。
[10]P. Ripka Review of fluxgate sensors Sens. Actuators A, 33 (1992), pp. 129–141
[11]P. Ripka, F. Primdahl, Tuned current-output fluxgate, Sens. Actuators A82 (2000) 160–165. [12]P. Ripka, W. Billingsley, Fluxgate: tuned versus untuned output,IEEE Trans. Magn. 34 (1998) 1303–1305.
参考文献
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Sensors Expo Proceedings, October 1998, 195-21 3. [9]Ripka, P.; Kubik, J.; Duffy, M.; Hurley, W.G.; O'Reilly, S.; , "Current sensor in PCB technology," Sensors, 2002. Proceedings of IEEE , vol.2, no., pp. 779- 784 vol.2, 2002
1).Anisotropic magneto resistance(AMR)
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
磁通门传感器测大电流
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)
A.偏光检测方法(Polarmeter detection method):直接利用法拉第效应
检测电流。
B.干涉仪检测方法(Interferometer detection method)
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
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。
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。