本發(fā)明屬于電流傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單繞組環(huán)形磁通門電流傳感器。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有磁通門電流傳感器技術(shù)均為雙繞組方案，如圖1所示，通過(guò)激勵(lì)電路13在初級(jí)繞組11產(chǎn)生磁通門信號(hào)，但磁通門信號(hào)的信噪比不夠高，如果直接進(jìn)行放大，則通過(guò)該磁通門信號(hào)測(cè)量出被測(cè)電流線中的電流信號(hào)精度不高，因此磁通門信號(hào)需要經(jīng)濾波電路14濾波后由信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)理，然后經(jīng)反饋補(bǔ)償電路16在次級(jí)繞組12上產(chǎn)生補(bǔ)償磁場(chǎng)形成閉環(huán)反饋，提高信噪比。此外，現(xiàn)有技術(shù)采用硅鋼磁芯，使得產(chǎn)品體積較大，限制了產(chǎn)品的通用性；同時(shí)初級(jí)、次級(jí)雙繞組會(huì)增加工藝復(fù)雜度，降低產(chǎn)品可靠度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種單繞組環(huán)形磁通門電流傳感器，本發(fā)明對(duì)磁芯材料、電路原理進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，將磁芯尺寸減小，雙繞組改為單繞組，在滿足準(zhǔn)確測(cè)量待測(cè)電流線中的電流信號(hào)性能要求的前提下，還減小了產(chǎn)品的體積，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝。

一種單繞組環(huán)形磁通門電流傳感器，包括磁通門探頭和信號(hào)處理電路，其中信號(hào)處理電路包括濾波電路31、激勵(lì)電路32、電源電路33以及信號(hào)調(diào)理電路34；所述電源電路33給信號(hào)調(diào)理電路34提供穩(wěn)定電壓，激勵(lì)電路32給磁通門探頭提供激勵(lì)信號(hào)，從而磁通門探頭產(chǎn)生磁通門信號(hào)，濾波電路31對(duì)磁通門探頭產(chǎn)生的磁通門信號(hào)進(jìn)行濾波；

所述信號(hào)調(diào)理電路34對(duì)濾波后的磁通門信號(hào)的零點(diǎn)偏置、靈敏度誤差進(jìn)行校正，并將校正后的磁通門信號(hào)直接經(jīng)過(guò)二級(jí)放大，并調(diào)理成模擬電壓信號(hào)輸出，其中模擬電壓信號(hào)與被測(cè)電流線中電流信號(hào)的對(duì)應(yīng)；

所述磁通門探頭包括初級(jí)繞組21，且初級(jí)繞組21為外層纏繞有漆包線的環(huán)形磁芯，其中環(huán)形磁芯的材料為坡莫合金，且漆包線兩端分別纏繞并焊接在激勵(lì)電路32上；

被測(cè)電流線從所述環(huán)形磁芯中間穿過(guò)，在所述激勵(lì)信號(hào)的作用下，磁通門探頭感應(yīng)所述被測(cè)電流線周圍的磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生磁通門信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述磁通門探頭還包括骨架22；

所述骨架22形狀與初級(jí)繞組21形狀匹配，同時(shí)中間開(kāi)有穿線孔26，且初級(jí)繞組21環(huán)繞穿線孔26放置在骨架22中，則被測(cè)電流線從穿線孔26中間穿過(guò)；

所述骨架22的邊框上設(shè)有安裝座，同時(shí)安裝座上設(shè)有繞線焊針ⅰ23、繞線焊針ⅱ24、固定焊針ⅰ27以及固定焊針ⅱ28；

所述初級(jí)繞組21的漆包線兩端分別纏繞并焊接在繞線焊針ⅰ23和繞線焊針ⅱ24上，繞線焊針ⅰ23和繞線焊針ⅱ24再分別連接在激勵(lì)電路32上；

所述骨架22通過(guò)安裝座、固定焊針ⅰ27以及固定焊針ⅱ28與電路板連接，其中所述信號(hào)處理電路焊接在電路板上。

進(jìn)一步地，所述骨架22邊框上設(shè)有4個(gè)安裝座，其中繞線焊針ⅰ23和繞線焊針ⅱ24設(shè)于同一個(gè)安裝座上，固定焊針ⅰ27和固定焊針ⅱ28分別設(shè)在一個(gè)安裝座上，且安裝座上設(shè)有高度低于4個(gè)焊針高度的凸臺(tái)。

進(jìn)一步地，設(shè)有繞線焊針ⅰ23和繞線焊針ⅱ24的安裝座處還開(kāi)有過(guò)線槽25。

進(jìn)一步地，所述濾波電路31包括運(yùn)算放大器n1b，電阻r10以及電容c1、c2、c5、c6；

所述電容c1、c2為濾波電容，兩者均各取一端連接在運(yùn)算放大器n1b的電源端，另一端接地；運(yùn)算放大器n1b輸入正端接地，電阻r10兩端分別連接運(yùn)算放大器n1b的輸入負(fù)端和輸出端，電容c5、c6串聯(lián)后兩端分別連接運(yùn)算放大器n1b的輸入負(fù)端和輸出端，且電容c5、c6連接點(diǎn)處作為磁通門信號(hào)的輸入端。

進(jìn)一步地，所述激勵(lì)電路32包括運(yùn)算放大器n1a，穩(wěn)壓管v3、v4，電阻r1、r2、r5、r6以及電容c8；

所述運(yùn)算放大器n1a的輸入正端通過(guò)電阻r5接地，且輸入正端通過(guò)電阻r6連接自身的輸出端；運(yùn)算放大器n1a的輸出端連接穩(wěn)壓管v3正端，且穩(wěn)壓管v3負(fù)端連接穩(wěn)壓管v4負(fù)端，穩(wěn)壓管v4正端接地；磁通門探頭和電容c8并聯(lián)于運(yùn)算放大器n1a的輸入負(fù)端和輸出端之間；同時(shí)，運(yùn)算放大器n1a的輸入負(fù)端通過(guò)電阻r2接地，且輸入負(fù)端通過(guò)電阻r1向?yàn)V波電路31輸出磁通門信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述電源電路33包括穩(wěn)壓二極管v1、v2以及限流電阻r3、r7；

所述限流電阻r3、穩(wěn)壓二極管v1、穩(wěn)壓二極管v2以及限流電阻r7依次串聯(lián)，且限流電阻r3、r7的空腳分別連接正電源、負(fù)電源，穩(wěn)壓二極管v1、v2之間的串聯(lián)連接點(diǎn)接地；電源電路33從穩(wěn)壓二極管v1負(fù)端和穩(wěn)壓二極管v2正端輸出穩(wěn)定后的電壓，給信號(hào)調(diào)理電路34供電。

進(jìn)一步地，所述信號(hào)調(diào)理電路34包括運(yùn)算放大器n2a、n2b，電阻r4、r8、r9、r11～r20，以及電容c3、c4、c7、c9、c10；

所述電阻r11、r12為調(diào)零電阻，串接于電源電路33的輸出端的正負(fù)兩端之間，同時(shí)電阻r11、r12之間的串聯(lián)連接點(diǎn)處連接電阻r13的一端，電阻r13另一端通過(guò)電阻r14接地，并通過(guò)電阻r8連接運(yùn)算放大器n2b的輸入負(fù)端；運(yùn)算放大器n2b的輸入正端通過(guò)電阻r4連接至激勵(lì)電路32的磁通門信號(hào)輸出端；電阻r15、r16、r18為調(diào)試電阻，且電阻r16和電阻r18并聯(lián)后再與電阻r15串聯(lián)，然后兩個(gè)串聯(lián)端與電容c9并聯(lián)，兩個(gè)并聯(lián)端再連接于運(yùn)算放大器n2b的輸入負(fù)端和輸出端之間；

所述電容c3、c4為濾波電容，其中一端均分別連接在運(yùn)算放大器n2b的電源端，另一端接地；同時(shí)，運(yùn)算放大器n2b的輸出端通過(guò)電阻r19連接至運(yùn)算放大器n2a的輸入正端；電容c7和電阻r20并聯(lián)于運(yùn)算放大器n2a的輸入正端和地之間；運(yùn)算放大器n2a的輸入負(fù)端通過(guò)電阻r9接地，電阻r17和電容c10并聯(lián)于運(yùn)算放大器n2a的輸入負(fù)端和輸出端之間，運(yùn)算放大器n2a的輸出的模擬電壓信號(hào)為電流傳感器的最終輸出。

優(yōu)選地，所述磁芯外層纏繞1000～2000圈漆包線。

有益效果：

1、現(xiàn)有磁通門傳感器采用雙繞組模式，本發(fā)明采用坡莫合金作為磁通門探頭的磁芯材料，產(chǎn)生的磁通門信號(hào)的信噪比足夠高，無(wú)需通過(guò)二次繞組產(chǎn)生補(bǔ)償磁場(chǎng)形成閉環(huán)反饋，能夠直接進(jìn)入信號(hào)調(diào)理電路中進(jìn)行誤差校正和信號(hào)放大；因此本發(fā)明將現(xiàn)有的雙繞組線圈改為單繞組線圈，只使用一個(gè)初級(jí)繞組就能夠?qū)崿F(xiàn)電流信號(hào)到磁通門信號(hào)、磁通門信號(hào)到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)化，從而測(cè)量出被測(cè)電流線中的電流信號(hào)，本發(fā)明不但簡(jiǎn)化了產(chǎn)品工藝，還增加了產(chǎn)品可靠度，測(cè)量被測(cè)電流線的電流信號(hào)時(shí)，精度更高；

同時(shí)本發(fā)明配合單繞組線圈對(duì)電路方案進(jìn)行了改進(jìn)，包括取消了反饋補(bǔ)償電路，無(wú)需產(chǎn)生補(bǔ)償磁場(chǎng)，改為采用二級(jí)放大電路直接放大的開(kāi)環(huán)方案，直接放大磁通門信號(hào)的輸出；本發(fā)明簡(jiǎn)化了電源電路，針對(duì)新磁芯和線圈，對(duì)激勵(lì)電路進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了激勵(lì)信號(hào)的穩(wěn)定性；同時(shí)還對(duì)濾波電路進(jìn)行了調(diào)整，提高了濾波器阻帶抑制度；最后對(duì)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)兩級(jí)放大電路對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，保證產(chǎn)品性能不降級(jí)；

本發(fā)明將磁芯尺寸減小，選擇高導(dǎo)磁率的坡莫合金磁芯替換現(xiàn)有的硅鋼磁芯，增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度的同時(shí)減小了產(chǎn)品的體積和重量，使本來(lái)較大的產(chǎn)品可以應(yīng)用到對(duì)體積和重量有限制要求的系統(tǒng)中，增加了產(chǎn)品通用性。

2、本發(fā)明將初級(jí)繞組置于骨架中，通過(guò)骨架將磁通門探頭固定在電路板上，使磁通門電流傳感器結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)固；同時(shí)，在骨架的安裝座上設(shè)置凸臺(tái)，使得骨架倒置安裝在電路板上時(shí)，初級(jí)繞組與繞線焊針的焊接點(diǎn)不被壓迫損壞。

3、本發(fā)明繞線焊針ⅰ和繞線焊針ⅱ的安裝座處還開(kāi)有過(guò)線槽，有利于保護(hù)初級(jí)繞組的漆包線不被壓損。

附圖說(shuō)明

圖1為原有方案?jìng)鞲衅麟娐吩韴D；

圖2為本發(fā)明傳感器探頭結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明傳感器電路原理圖；

11-現(xiàn)有方案初級(jí)繞組，12-現(xiàn)有方案次級(jí)繞組，13-現(xiàn)有方案激勵(lì)電路，14-現(xiàn)有方案濾波電路，15-現(xiàn)有方案信號(hào)調(diào)理電路，16-現(xiàn)有方案反饋補(bǔ)償電路，17-現(xiàn)有方案信號(hào)電源電路，21-初級(jí)繞組，22-骨架，23-繞線焊針ⅰ，24-繞線焊針ⅱ，25-過(guò)線槽，26-穿線孔，27-固定焊針ⅰ，28-固定焊針ⅱ，31-濾波電路，32-激勵(lì)電路，33-信號(hào)調(diào)理電路，34-信號(hào)電源電路，35-磁通門探頭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)敘述。

一種單繞組環(huán)形磁通門電流傳感器，包括磁通門探頭和信號(hào)處理電路；

如圖3所示，為本發(fā)明傳感器電路原理圖，所述信號(hào)處理電路包括濾波電路31、激勵(lì)電路32、電源電路33、信號(hào)調(diào)理電路34以及磁通門探頭35，其中電源電路33給信號(hào)調(diào)理電路34提供穩(wěn)定電壓，激勵(lì)電路32給磁通門探頭35提供激勵(lì)信號(hào)，從而磁通門探頭35產(chǎn)生磁通門信號(hào)，濾波電路31對(duì)磁通門探頭35產(chǎn)生的磁通門信號(hào)進(jìn)行濾波，信號(hào)調(diào)理電路34對(duì)所述信號(hào)處理電路以及濾波后的磁通門信號(hào)的零點(diǎn)偏置、靈敏度誤差進(jìn)行校正，并將校正后的磁通門信號(hào)調(diào)理成模擬電壓信號(hào)輸出，其中模擬電壓信號(hào)與被測(cè)電流線中電流信號(hào)的對(duì)應(yīng)；

如圖2所示，為本發(fā)明傳感器探頭結(jié)構(gòu)示意圖，所述磁通門探頭35包括初級(jí)繞組21，且初級(jí)繞組21作為信號(hào)處理電路中的磁通門探頭35；

所述初級(jí)繞組21為外層纏繞有漆包線的環(huán)形磁芯，且漆包線兩端分別纏繞并焊接在激勵(lì)電路32上；

被測(cè)電流線從所述環(huán)形磁芯中間穿過(guò)，在所述激勵(lì)信號(hào)的作用下，磁通門探頭35感應(yīng)所述被測(cè)電流線周圍的磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生磁通門信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述磁通門探頭35還包括骨架22；

所述骨架22形狀與初級(jí)繞組21形狀匹配，同時(shí)中間開(kāi)有穿線孔26，且初級(jí)繞組21放置在骨架22和穿線孔26之間，則被測(cè)電流線從穿線孔26中間穿過(guò)；

所述骨架22的邊框上設(shè)有安裝座，同時(shí)安裝座上設(shè)有繞線焊針ⅰ23、繞線焊針ⅱ24、固定焊針ⅰ27以及固定焊針ⅱ28；

所述初級(jí)繞組21的漆包線兩端分別纏繞并焊接在繞線焊針ⅰ23和繞線焊針ⅱ24上，繞線焊針ⅰ23和繞線焊針ⅱ24再分別連接在激勵(lì)電路32上；

所述骨架22通過(guò)安裝座、固定焊針ⅰ27以及固定焊針ⅱ28與電路板連接。

進(jìn)一步地，所述濾波電路31包括運(yùn)算放大器n1b，電阻r10以及電容c1、c2、c5、c6；

所述電容c1、c2為濾波電容，分別一端連接在運(yùn)算放大器n1b的的電源端，另一端接地；運(yùn)算放大器n1b輸入正端接地，電阻r10兩端分別連接運(yùn)算放大器n1b的輸入負(fù)端和輸出端，電容c5、c6串聯(lián)后兩端分別連接運(yùn)算放大器n1b的輸入負(fù)端和輸出端，且電容c5、c6連接點(diǎn)處連接磁通門探頭35磁通門信號(hào)的輸出端。

進(jìn)一步地，所述激勵(lì)電路32包括運(yùn)算放大器n1a，穩(wěn)壓管v3、v4，電阻r1、r2、r5、r6以及電容c8；

所述運(yùn)算放大器n1a的輸入正端通過(guò)電阻r5接地，且輸入正端通過(guò)電阻r6連接自身的輸出端；運(yùn)算放大器n1a的輸出端連接穩(wěn)壓管v3正端，且穩(wěn)壓管v3負(fù)端連接穩(wěn)壓管v4負(fù)端，穩(wěn)壓管v4正端接地；磁通門探頭35和電容c8并聯(lián)于運(yùn)算放大器n1a的輸入負(fù)端和輸出端之間；同時(shí)，運(yùn)算放大器n1a的輸入負(fù)端通過(guò)電阻r2接地，且輸入負(fù)端通過(guò)電阻r1向?yàn)V波電路31輸出磁通門信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述電源電路33包括穩(wěn)壓二極管v1、v2以及限流電阻r3、r7；

所述限流電阻r3、穩(wěn)壓二極管v1、穩(wěn)壓二極管v2以及限流電阻r7依次按順序串聯(lián)，且限流電阻r3、r7的空腳分別連接正電源、負(fù)電源，穩(wěn)壓二極管v1、v2之間的串聯(lián)連接點(diǎn)接地；電源電路33從穩(wěn)壓二極管v1負(fù)端和穩(wěn)壓二極管v2正端輸出穩(wěn)定后的電壓，給信號(hào)調(diào)理電路34供電。

進(jìn)一步地，所述信號(hào)調(diào)理電路34包括運(yùn)算放大器n2a、n2b，電阻r4、r8、r9、r11～r20，以及電容c3、c4、c7、c9、c10；

所述電阻r11、r12為調(diào)零電阻，串接于電源電路33的輸出端的正負(fù)兩端之間，同時(shí)電阻r11、r12之間的串聯(lián)連接點(diǎn)處連接電阻r13；電阻r13另一端通過(guò)電阻r14接地，并通過(guò)電阻r8連接運(yùn)算放大器n2b的輸入負(fù)端；運(yùn)算放大器n2b的輸入正端通過(guò)電阻r4連接至激勵(lì)電路32的磁通門信號(hào)輸出端；電阻r15、r16、r18為調(diào)試電阻，且電阻r16和電阻r18并聯(lián)后再與電阻r15串聯(lián)，然后兩個(gè)串聯(lián)端與電容c9并聯(lián)，兩個(gè)并聯(lián)端再連接于運(yùn)算放大器n2b的輸入負(fù)端和輸出端之間；

所述電容c3、c4為濾波電容，其中一端均分別連接在運(yùn)算放大器n2b的電源端，另一端接地；同時(shí)，運(yùn)算放大器n2b的輸出端通過(guò)電阻r19連接至運(yùn)算放大器n2a的輸入正端；電容c7和電阻r20并聯(lián)于運(yùn)算放大器n2a的輸入正端和地之間；運(yùn)算放大器n2a的輸入負(fù)端通過(guò)電阻r9接地，電阻r17和電容c10并聯(lián)于運(yùn)算放大器n2a的輸入負(fù)端和輸出端之間，運(yùn)算放大器n2a的輸出的模擬電壓信號(hào)為電流傳感器的最終輸出。

進(jìn)一步地，所述環(huán)形磁芯的材料為坡莫合金。

進(jìn)一步地，所述磁芯外層纏繞1000～2000圈漆包線。

進(jìn)一步地，所述骨架22邊框上設(shè)有4個(gè)安裝座，其中繞線焊針ⅰ23和繞線焊針ⅱ24設(shè)于同一個(gè)安裝座上，固定焊針ⅰ27和固定焊針ⅱ28分別設(shè)在一個(gè)安裝座上，且安裝座上設(shè)有高度低于4個(gè)焊針高度的凸臺(tái)。

進(jìn)一步地，設(shè)有繞線焊針ⅰ23和繞線焊針ⅱ24的安裝座處還開(kāi)有過(guò)線槽25。

本發(fā)明的單繞組環(huán)形磁通門電流傳感器方案可使產(chǎn)品體積小于30mm×30mm×20mm，同時(shí)在10ma～400ma被測(cè)電流范圍內(nèi)測(cè)量精度達(dá)到1％。

當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。