磁通门传感器测大电流课件

磁通门传感器测大电流

Flux-gatesensorforhigh-currentmeasurement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.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(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(Interferometerdetectionmethod)基于法拉第效应的电流传感技术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。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。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。[1]Ziegler,S.;Woodward,R.C.;Iu,H.H.-C.;Borle,L.J.;,"CurrentSensingTechniques:AReview,"SensorsJournal,IEEE,vol.9,no.4,pp.354-376,April2009[2]PavelRipka.Electriccurrentsensors:areview[J].MeasurementScienceandTechnology[J].21(2010)112001(23pp)1-23.[3]M.Roman,G.Velasco,A.Conesa,andF.Jerez,“LowconsumptionfluxgatetransducerforACandDChigh-currentmeasurement,”inProc.39thIEEEPowerElectron.SpecialistsConf.,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,etal.CurrentSensinginElectricDrivesAFutureandHistoryBasedonMultipleInnovations.Switzerland.2009.[7]Kudo,T.;Tsuji,N.;Asada,T.;Sugiyama,S.;Wakui,S.;,"DevelopmentofaSmallandWide-RangeThree-PhaseCurrentSensorUsinganMIElement,"Magnetics,IEEETransactionson,vol.42,no.10,pp.3362-3364,Oct.2006doi:10.1109/TMAG.2006.879641参考文献[8]M.J.Caruso,T.Bratland,C.H.Smith,R.Schneider,“ANewPerspectiveonMagneticFieldSensing”,SensorsExpoProceedings,October1998,195-213.[9]Ripka,P.;Kubik,J.;Duffy,M.;Hurley,W.G.;O'Reilly,S.;,"CurrentsensorinPCBtechnology,"Sensors,2002.ProceedingsofIEEE,vol.2,no.,pp.779-784vol.2,2002[10]P.RipkaReviewoffluxgatesensorsSens.ActuatorsA,33(1992),pp.129–141[11]P.Ripka,F.Primdahl,Tunedcurrent-outputfluxgate,Sens.ActuatorsA82(2000)160–165.[12]P.Ripka,W.Billingsley,Fluxgate:tunedversusuntunedoutput,IEEETrans.Magn.34(1998)1303–1305.[13]Ripka,