一種交直流電流傳感器的磁芯選擇方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種交直流電流傳感器的磁芯選擇方法，其包括以下步驟：在所述第一磁芯上繞制第一繞組，在所述第二磁芯上繞制第二繞組，并向所述第一繞組與第二繞組的異名端輸入同一個激勵信號；在整體磁芯上繞制第三繞組；檢測所述第三繞組上產(chǎn)生的電壓信號，并對該電壓信號進行快速傅里葉變換，以獲得相應(yīng)的激勵頻率基波信號；將所述激勵頻率基波信號與預(yù)設(shè)的參考閾值進行比較，選擇小于所述參考閾值的激勵頻率基波信號所對應(yīng)的所述第一磁芯和第二磁芯作為所述交直流電流傳感器的檢測磁芯。本發(fā)明確保所挑選的一對檢測磁芯的磁特性基本匹配，從而使得由該對檢測磁芯制成的交直流電流傳感器的高頻噪音大幅降低，進而提高交直流電流傳感器的性能。
【專利說明】
一種交直流電流傳感器的磁芯選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種交直流電流傳感器的磁芯選擇方法。
【背景技術(shù)】
[0002 ]在直流輸電系統(tǒng)、變頻調(diào)速裝置、UPS電源、逆變焊機、電解電鍍、數(shù)控機床、微機監(jiān)測系統(tǒng)、加速器運行、電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和需要隔離檢測電流的各個領(lǐng)域中，精確檢測和控制直流電流，是設(shè)備安全可靠運行的根本保證和首先要解決的問題。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中提供了一種高精度的交直流電流傳感器(如發(fā)明專利申請:201410355923.9)，其形成了“準(zhǔn)零磁通狀態(tài)”，從而實現(xiàn)了電流的精確測量，并且獲得了性能優(yōu)良的電流測試品質(zhì)，明顯改善了傳感器的性能(例如，長期穩(wěn)定性:<2ppm/24h;精度(線性度):<10ppm;溫度系數(shù)<0.7ppm/°C ；寬量程:0.lmA_3kA)，并且具有功耗低、抗磁干擾能力強、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、響應(yīng)速度快、靈敏度高、互換性好、以及安裝、校準(zhǔn)、調(diào)試、維護均十分方便等優(yōu)點。
[0004]上述交直流電流傳感器通常包括兩個彼此獨立的檢測磁芯，S卩，第一磁芯和第二磁芯，這兩個磁芯作為該交直流電流傳感器的核心器件，對于它們磁特性(即，導(dǎo)磁率)的一致性檢測將明顯影響傳感器的性能，并且基本上決定了傳感器的噪音，靈敏度，線性范圍。由于上述這種交直流電流傳感器的工作原理決定了傳感器的高頻噪音來源于激勵頻率，而第一磁芯和第二磁芯的磁特性的不匹配(即，兩者的導(dǎo)磁率不一致)將是激勵頻率噪音的主要來源，因此，為了降低這種激勵頻率噪音，需要挑選磁特性匹配的第一磁芯和第二磁芯應(yīng)用在交直流電流傳感器中。另外，由于交直流電流傳感器的性能通常只能在磁芯繞制完成并裝成成品后才能測試出來，此時如果發(fā)現(xiàn)某些性能不能達到指標(biāo)要求，再去更換磁芯，將會提高生產(chǎn)工藝復(fù)雜度和生產(chǎn)成本。因此，需要預(yù)先挑選符合要求的磁芯，以滿足交直流電流傳感器的性能需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種交直流電流傳感器的磁芯選擇方法，以預(yù)先挑選適合的磁芯作為交直流電流傳感器的檢測磁芯，由此提高交直流電流傳感器的成品率，并降低交直流電流傳感器的高頻噪音。
[0006]本發(fā)明所述的一種交直流電流傳感器的磁芯選擇方法，其包括以下步驟:
[0007]步驟SI，提供彼此獨立的第一磁芯和第二磁芯；
[0008]步驟S2，在所述第一磁芯上繞制第一繞組，在所述第二磁芯上繞制第二繞組，并向所述第一繞組與第二繞組的異名端輸入同一個激勵信號，其中，所述第一繞組與第二繞組的匝數(shù)相同；
[0009]步驟S3，將繞制有所述第一繞組的第一磁芯與繞制有所述第二繞組的第二磁芯疊置形成一整體磁芯，并在該整體磁芯上繞制第三繞組；
[0010]步驟S4，檢測所述第三繞組上產(chǎn)生的電壓信號，并對該電壓信號進行快速傅里葉變換，以獲得相應(yīng)的激勵頻率基波信號；以及
[0011]步驟S5，將所述激勵頻率基波信號與預(yù)設(shè)的參考閾值進行比較，選擇小于所述參考閾值的激勵頻率基波信號所對應(yīng)的所述第一磁芯和第二磁芯作為所述交直流電流傳感器的一對檢測磁芯。
[0012]在上述的交直流電流傳感器的磁芯選擇方法中，在所述步驟S2中，采用磁芯自動繞線裝置在所述第一磁芯上繞制第一繞組，并在所述第二磁芯上繞制第二繞組。
[0013]在上述的交直流電流傳感器的磁芯選擇方法中，在所述步驟S2中，采用激勵信號發(fā)生裝置向所述第一繞組與第二繞組的異名端輸入同一個激勵信號。
[0014]在上述的交直流電流傳感器的磁芯選擇方法中，所述激勵信號發(fā)生裝置配置為具有:用于調(diào)節(jié)所述激勵信號的頻率的頻率調(diào)節(jié)電路，以及用于調(diào)節(jié)所述激勵信號的幅度的幅度調(diào)節(jié)電路。
[0015]在上述的交直流電流傳感器的磁芯選擇方法中，在所述步驟S3中，采用磁芯自動繞線裝置在所述整體磁芯上繞制第三繞組。
[0016]在上述的交直流電流傳感器的磁芯選擇方法中，在所述步驟S4中，采用磁芯電壓信號處理電路獲得相應(yīng)的激勵頻率基波信號，所述磁芯電壓信號處理電路配置為具有:用于檢測所述第三繞組上產(chǎn)生的電壓信號的電壓檢測單元，以及與該電壓檢測單元連接的用于對所述電壓信號進行快速傅里葉變換的FFT運算單元。
[0017]由于采用了上述的技術(shù)解決方案，本發(fā)明通過對同時繞制在第一磁芯和第二磁芯上的第三繞組上產(chǎn)生的電壓信號進行檢測，并利用該電壓信號經(jīng)過快速傅里葉變換所產(chǎn)生的激勵頻率基波信號與預(yù)設(shè)的參考閾值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果選擇符合要求的第一磁芯和第二磁芯作為交直流電流傳感器的一對檢測磁芯，由此確保所挑選的一對檢測磁芯的磁特性基本匹配，從而使得由該對檢測磁芯制成的交直流電流傳感器的高頻噪音大幅降低，進而提高交直流電流傳感器的性能；同時，由于本發(fā)明是用于在制造交直流電流傳感器之前，預(yù)先對檢測磁芯進行挑選，因此有效提高了磁芯利用率以及傳感器成品率，降低了次品率以及生產(chǎn)成本。另外，本發(fā)明還通過采用磁芯自動繞線裝置對第一、第二磁芯進行自動繞線，從而減小了繞制磁芯繞組的工作量，同時本發(fā)明還采用具有頻率、幅度調(diào)節(jié)電路的激勵信號發(fā)生裝置，從而實現(xiàn)了對輸入第一、第二磁芯的激勵信號的頻率、幅度可調(diào)。
【附圖說明】
[0018]圖1是實現(xiàn)本發(fā)明一種交直流電流傳感器的磁芯選擇方法的原理示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明中采用的磁芯自動繞線裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是本發(fā)明中采用的激勵信號發(fā)生裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖4是本發(fā)明中采用的磁芯電壓信號處理電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖，給出本發(fā)明的較佳實施例，并予以詳細描述。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明，即一種交直流電流傳感器的磁芯選擇方法，其包括以下步驟:
[0024]步驟SI，提供彼此獨立的第一磁芯和第二磁芯；
[0025]步驟S2，在第一磁芯上繞制第一繞組NI，在第二磁芯上繞制第二繞組N2，并采用激勵信號發(fā)生裝置I向第一繞組NI與第二繞組N2的異名端輸入同一個激勵信號(S卩，同時輸入一個固定頻率、固定波形的電壓值)，其中，第一繞組NI與第二繞組N2的匝數(shù)相同；
[0026]步驟S3，將繞制有第一繞組NI的第一磁芯與繞制有第二繞組N2的第二磁芯疊置形成一整體磁芯，并在該整體磁芯上繞制第三繞組N3;
[0027]步驟S4，采用磁芯電壓信號處理電路2檢測第三繞組N3上產(chǎn)生的電壓信號U3，并對該電壓信號U3進行快速傅里葉變換，以獲得相應(yīng)的激勵頻率基波信號U4;以及
[0028]步驟S5，將激勵頻率基波信號與預(yù)設(shè)的參考閾值(參考閾值設(shè)置在_50db，單位分貝，即對獲得的基波信號進行FFT變換得到小于-50db的磁芯認為是合格的)進行比較，選擇小于參考閾值的激勵頻率基波信號所對應(yīng)的第一磁芯和第二磁芯作為交直流電流傳感器的一對檢測磁芯。
[0029]在本發(fā)明的步驟S2和步驟S3中，采用磁芯自動繞線裝置繞制第一繞組N1、第二繞組N2以及第三繞組N3。如圖2所示，磁芯自動繞線裝置包括第一母座31、第二母座32以及插針a、b，其中，第一母座31和第二母座32分別具有3個插孔(例如，第一母座31上的插孔A、B)，且第一母座31和第二母座32的插孔對應(yīng)電氣相連。以繞制第一繞組NI為例，由第二母座32引出的插針a、b穿過第一磁芯后，分別插入第一母座31的插孔A、B中，即可自動完成2匝線圈的繞制，其他匝數(shù)以此類推，由此完成第一繞組NI的繞制。
[0030]如圖3所示，在本實施例中，激勵信號發(fā)生裝置I配置為具有依次連接的:用于調(diào)節(jié)激勵信號的頻率的頻率調(diào)節(jié)電路11、降頻電路12、用于調(diào)節(jié)激勵信號的幅度的幅度調(diào)節(jié)電路13以及功率放大電路14，其中，頻率調(diào)節(jié)電路11可包括比較器111以及用于改變激勵信號頻率的第一可調(diào)電阻Rl，幅度調(diào)節(jié)電路13可包括用于改變激勵信號幅度的第一可調(diào)電阻R2o
[0031]如圖4所示，在本實施例中，磁芯電壓信號處理電路2配置為具有:用于檢測第三繞組N3上產(chǎn)生的電壓信號U3的電壓檢測單元21，以及與該電壓檢測單元21連接的用于對第三繞組N3上產(chǎn)生的電壓信號U3進行快速傅里葉變換的FFT運算單元22。
[0032]本發(fā)明的原理如下:理想情況下，當(dāng)?shù)谝焕@組NI和第二繞組N2的匝數(shù)相等時，第一磁芯和第二磁芯在激勵信號作用下產(chǎn)生的磁通密度大小相等，方向相反，因此，在第三繞組N3上就不會有電壓值產(chǎn)生。而如果第一磁芯和第二磁芯的磁特性(S卩，導(dǎo)磁率)不一致，則在激勵信號作用下兩個磁芯產(chǎn)生的磁通密度不相等，由此在第三繞組N3上就會有一定的電壓信號U3產(chǎn)生，這個電壓信號U3的成分主要是激勵信號及其諧波，本發(fā)明通過對電壓信號U3做快速傅里葉變換，選取激勵頻率基波信號U4作為匹配指標(biāo)，激勵頻率基波信號U4越小(即，小于參考閾值)則認為匹配度高，激勵頻率基波信號U4越大(S卩，大于參考閾值)則認為匹配度低，匹配度高的一組第一磁芯和第二磁芯適合用做交直流傳感器的一對檢測磁芯，匹配度低的則不適合用做檢測磁芯。
[0033]綜上所述，本發(fā)明可明顯提高交直流電流傳感器的磁芯利用率以及傳感器成品率，降低傳感器生產(chǎn)成本，并且采用本發(fā)明挑選出的磁芯可有效降低交直流電流傳感器的高頻噪音。
[0034]以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上述實施例還可以做出各種變化。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請的權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明專利的權(quán)利要求保護范圍。本發(fā)明未詳盡描述的均為常規(guī)技術(shù)內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1.一種交直流電流傳感器的磁芯選擇方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 步驟Si，提供彼此獨立的第一磁芯和第二磁芯； 步驟S2，在所述第一磁芯上繞制第一繞組，在所述第二磁芯上繞制第二繞組，并向所述第一繞組與第二繞組的異名端輸入同一個激勵信號，其中，所述第一繞組與第二繞組的匝數(shù)相同； 步驟S3，將繞制有所述第一繞組的第一磁芯與繞制有所述第二繞組的第二磁芯疊置形成一整體磁芯，并在該整體磁芯上繞制第三繞組； 步驟S4，檢測所述第三繞組上產(chǎn)生的電壓信號，并對該電壓信號進行快速傅里葉變換，以獲得相應(yīng)的激勵頻率基波信號；以及 步驟S5，將所述激勵頻率基波信號與預(yù)設(shè)的參考閾值進行比較，選擇小于所述參考閾值的激勵頻率基波信號所對應(yīng)的所述第一磁芯和第二磁芯作為所述交直流電流傳感器的一對檢測磁芯。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直流電流傳感器的磁芯選擇方法，其特征在于，在所述步驟S2中，采用磁芯自動繞線裝置在所述第一磁芯上繞制第一繞組，并在所述第二磁芯上繞制第二繞組。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交直流電流傳感器的磁芯選擇方法，其特征在于，在所述步驟S2中，采用激勵信號發(fā)生裝置向所述第一繞組與第二繞組的異名端輸入同一個激勵信號。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交直流電流傳感器的磁芯選擇方法，其特征在于，所述激勵信號發(fā)生裝置配置為具有:用于調(diào)節(jié)所述激勵信號的頻率的頻率調(diào)節(jié)電路，以及用于調(diào)節(jié)所述激勵信號的幅度的幅度調(diào)節(jié)電路。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直流電流傳感器的磁芯選擇方法，其特征在于，在所述步驟S3中，采用磁芯自動繞線裝置在所述整體磁芯上繞制第三繞組。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直流電流傳感器的磁芯選擇方法，其特征在于，在所述步驟S4中，采用磁芯電壓信號處理電路獲得相應(yīng)的激勵頻率基波信號，所述磁芯電壓信號處理電路配置為具有:用于檢測所述第三繞組上產(chǎn)生的電壓信號的電壓檢測單元，以及與該電壓檢測單元連接的用于對所述電壓信號進行快速傅里葉變換的FFT運算單元。
【文檔編號】G01R3/00GK105866505SQ201610171249
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】朱燕燕, 王東興, 李 瑞, 盧宋林
【申請人】中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所