CN105745547A - 电流测定装置和电流测定方法 - Google Patents

Abstract

为了对电气设备、电子设备进行消耗电力的测定、电力的累积或消费管理，需要对被叠加多个频率的电流流过的导线检测哪些频率分量的电流流过了多少。一种电流测定装置，测定流过被测定电路中的导线中的电流，其特征在于，具备：设置有驱动电流端子和测定电压端子的磁性元件；固定所述磁性体和所述导线的位置关系的固定器；在所述驱动电流端子之间能够输出至少一个以上频率的交流电流的电流源；测定所述测定电压端子之间的电压的电压测定器；以及设置在所述测定电压端子和所述电压测定器之间的低通滤波器。

Description

电流测定装置和电流测定方法

技术领域

本申请涉及电流测定装置和电流测定方法，能够测定流过被测定电路中的电流的频谱。

背景技术

近年，以环境问题为背景，太阳能发电、风力发电等自然能源的利用，燃料电池等新能源的开发，包括汽车、家电的各种节能措施正在积极地推进中。降低能源消耗、降低电力消耗是今后的日本和全世界的重要问题。

其解决方法的一种是，对电气设备、电子设备各自的消耗电力进行测定和显示，对电力的蓄电、消耗进行管理控制。为此，需要小型轻量且价格便宜的测定装置。

例如，接装到空调、电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)等中的逆变电源或将太阳能电池产生的直流电转换为商用频率的交流电的逆变器中会产生大量的高次谐波电流。

该高次谐波电流的测量主要是通过电流计(CurrentTransformer：以下简称“CT”。)、分流电阻等转换为电压之后，由计算机进行解析(傅立叶分析)或利用由电子电路等的过滤功能进行测量。

在高频谐波电流测量中的测量精度很大程度上依赖于测量使用的CT的频率特性(磁特性)，在高频领域中的测定精度、可靠性上存在较大问题。同时，高频特性优异的CT通常价格比较昂贵。另外，采用CT电流测量，CT其本身(框体)的大小成问题，成为阻碍装置的小型化、低价格化的主要因素。

另外，使用分流电阻的测量方法中，作为流过大电流时产生的热而流失大量的能量成为问题，并且大多情况下需要绝缘对策。出于这种理由，与CT的情况相同，成为阻碍装置的小型化、低价格化的主要因素。

另一方面，不使用分流电阻，并且作为比较廉价的电流测定装置，使用磁性元件是从以往技术中公知的事项。需要说明的是，包括本说明书和权利要求在内“磁性元件”是指，通过从元件外部的磁场改变电气特性的元件。因此，使用半导体的霍尔元件也被视为磁性元件。

磁性元件检测电流产生的磁场。因此，利用磁性元件的电流测定是指，广义上成为叫做磁场检测的技术。代表性的有，钳式电流计。这是，将电流流过的导体夹持在由磁性体构成的磁路的环中，通过磁性元件检测电流产生的磁场(专利文献1)。

另外，已经报告了通过磁性元件测量被测定电路中的消耗电力的发明(对比文件2)。此外还报告了利用磁阻效应的磁场测定装置(专利文献3)。磁阻效应是指，在磁性元件上流过交流电，通过趋肤效应仅在磁性元件的表面使电流的流动不均匀，则磁性元件的阻抗对外部磁场以较高的敏感度变化的效应。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开平07-104011号公报

专利文献2：WO2012/105459

专利文献3：日本特开2007-322125号公报

发明内容

发明所要解决的问题

钳型电流计通常被利用在直流磁场的测定中，流过被测定电路的电流为交流的情况下，只能显示最大磁场或者有效值。另外，使用磁性元件的功率计需要接装到被测定电路中。也就是说，使用被测定电路的电流。但是，不容易测定已在某一电路中流过电流。

利用磁阻效应的磁场测定装置，虽然具有较高的敏感度，但是还没有被报告过能够测定流过被测定电路中的交流电流。

另外，这些所有测定装置，在被测定电路中叠置有多个频率的情况，或者不知道流过电流的频率时，都无法测量其频率和流过的电流。

然而，如上所示，为了对电气设备、电子设备进行消耗电力的测定、电力的累积或消耗管理，需要对被叠加多个频率的电流流过的导线检测哪些频率分量的电流流过了多少。特别是，利用逆变器时，需要检测频率变化和每个频率的电流值。

解决问题的手段

本申请是鉴于上述问题想到的。更加具体地，本发明涉及的电流测定装置，测定流过被测定电路中的导线中的电流，其特征在于，具备：设置有驱动电流端子和测定电压端子的磁性元件；固定所述磁性元件和所述导线的位置关系的固定器；在所述驱动电流端子之间能够输出至少一个以上频率的交流电流的电流源；测定所述测定电压端子之间的电压的电压测定器；以及设置在所述测定电压端子和所述电压测定器之间的低通滤波器。

另外，本发明的电流测定方法，其特征在于，具备：配置在被测定电路的电流流过的导线附近的磁性元件上流过交流电流的步骤；通过低通滤波器观测所述磁性元件的端子之间电压的步骤；改变所述交流电流的频率的步骤；以及记录通过所述低通滤波器观测的端子之间电压和所述交流电流的频率的步骤。

发明效果

本发明涉及的电流测定装置通过磁性元件、驱动电流源和电压测定器这样的简单结构能够求取流过被测定电路的电流的频谱。另外，测定原理虽然与外差或者超外差近似，但是不需要用于进行外差的专用电路。换个角度来看，可以说这也是磁性元件在进行计算。

另外，测定可以获得低通滤波器截止频率的频带精度。例如，对于MHz级频率，能够以数Hz频带的精度进行测定。即，测定高频电流时，能够以非常高的Q值检测被测定电路的导线中的电流。

附图说明

图1是示出本发明涉及的电流测定装置的结构的图。

图2是传感器部的部分放大图。

图3是说明磁阻元件的原理的图。

图4是说明偏压单元的图。

图5是理发店转灯图案以两个相对形成的情况进行说明的图。

图6是说明霍尔元件的原理的图。

图7是说明本发明的电流测定的原理的图。

图8是示出电流测定装置的处理流程图。

图9是示出另一电流测定装置的结构的图。

图10是图9所示电流测定装置的处理流程图。

图11是示出具有中间频率放大器的电流测定装置的结构的图。

图12是示出图11的电流测定装置的测定原理的图。

图13是示出图11的电流测定装置测定流程的图。

图14是示出进行复杂处理的电路测定装置的结构的图。

图15是示出另一传感器部的结构的图。

具体实施方式

以下，参照本发明涉及的电流测定装置的附图进行说明。以下的说明是对本发明一实施方式的示例，但不限于此。只要不脱离本发明的宗旨，可以变更以下的实施例。

(实施例1)

图1示出了本实施例涉及的电流测定装置1的结构。被测定电路90由电源(PowerSupply：记为“PS”)91、负载(Load)93、以及连接电源91和负载93的导线92构成。电流测定装置1包括：传感器部10、电流源(CurrentGenerator：记为“CG”。)12、低通滤波器(LowPassFilter：记为“LPF”。)16、电压测定器(VoltageMeter：记为“VM”。)18。

另外，还可以具备：控制整个装置的控制器(MicroProcessorUnit：记为“MPU”。)20、存储器(记为“MM”。)22、A/D转换器(记为“A/D”。)24、输入输出设备(记为“I/O”。)26。传感器部10上配置有磁性元件11。磁性元件11可以是磁阻元件，也可以是霍尔元件。本实施例中，以磁性元件11为磁阻元件进行说明。

传感器部10中，磁性元件11被固定在框体10a内。另外，为了固定被测定电路90的电路的一部分(导线92)，配置有固定器10b(图1中未示出。在图2中详细说明)。本发明涉及的电流测定装置1中，电流流过的导线92在磁路中不会被夹持，因此需要固定磁性元件11和导线92(电流)之间的距离。

图2中示出了传感器部10的一个示例。传感器部10设置有，内部保持有磁性元件11(图2中未图示)并由非磁性材料形成的框体10a和设在其上面的固定器。另外，框体10a上设置有，用于连接内部的磁性元件11和电流源12的电流端子10c，以及用于测定磁性元件11的电压的电压端子10d。

固定器10b能够固定磁性元件11和导线92的距离，只要由非磁性材料构成，对其形状不进行特别限定。固定器10b的形状根据导线92的粗细，或导线92的涂层厚度等可进行改变。另外，还可以根据导线92的粗细分别更换具有其它形状的固定器10b的传感器部10。

磁性元件11为磁阻元件时，优选地，将导线92固定在磁性元件11的厚度方向的正上方或正下方。那是因为，对流过磁性元件11的电流，相对于面内方向的外部磁场产生磁阻效应。

另一方面，在磁性元件11上使用霍尔元件时，优选地，固定器10b与流过磁性元件11的电流平行，固定在与磁性元件11相邻的位置上。那是因为，对流过磁性元件11的电流，相对于来自与面内相垂直方向的外部磁场产生霍尔效应。另外，根据磁阻元件和霍尔元件的种类不同，磁性元件11的电压检测部分和导线92的合适的关系除了上述说明以外的情况也有可能。固定器10b形成为能够固定磁性元件11和导线92之间的位置关系即可。

再次参照图1，磁性元件11上分别设置一对用于在磁性元件11上流过电流的驱动电流端子11a和用于测定磁性元件11的电压的测定电压端子11b。驱动电流端子11a与被设置在传感器部10的框体10a上的电流端子10c相连，测定电压端子11b与框体10a的电压端子10d相连。

传感器部10中使用的磁性元件11可以是磁阻元件或霍尔元件，因此驱动电流端子11a和测定电压端子11b可以是共用的，也可以是分别成直角的位置关系。如果磁性元件11为磁阻元件的情况下，驱动电流端子11a和测定电压端子11b共用的情况比较多。另外，磁性元件11为霍尔元件时，驱动电流端子11a和测定电压端子11b相互为直角的位置关系的情况比较多。

电流源12(CG：CurrentGenerator)是供给交流电流的电流源。与传感器部10的电流端子10c相连。另外，由于传感器部10的电流端子10c与磁性元件11驱动电流端子11a相连，因此可以说电流源12与驱动电流端子11a相连。

优选地，电流源12为频率可变的电流源。那是因为，电流测定装置1测定在流过导线92的电流中与电流源12产生的频率基本上相同频率的电流。另外，还可以被构成为准备多个交流电流源12，依次进行切换的结构。另外，这种结构示出在实施例2中。另外，不排除当事先知道需要测定的频率时，电流源12仅供给该频率的电流。

另外，电流源12不仅可以是恒定电流源，还可以是恒定电压源。如果能够事先测定就能够知道流过磁性元件11的电流的频率特性。那是因为，依赖于流过磁性元件11的电流量的测定敏感度能够在之后进行修正。特别是，将恒定电压源作为电流源12使用的情况下，由于磁性元件11的阻抗因频率而发生改变，因此流过的电流量因频率而不同。因此，优选地，对每个频率进行预流电流量测定，准备表或修正值。

磁性元件11的测定电压端子11b上，通过设置在框体10a的电压端子10d连接有电压测定器18。由于测定电压端子11b与电压端子10d相连，因此可以说，电压测定器18与测定电压端子11b相连。电压测定器18在内部具有适当的放大器，只要能够测定直流电压即可。那是因为，电压测定器18只经低通滤波器16测定磁性元件11的两端电压。

另外，磁性元件11和电压测定器18之间配置有低通滤波器(LPF：LowPassFilter)。低通滤波器16的截止频率fc可以是固定的。另外，优选地，可以是能够根据从外部的控制信号改变衰减率的有源滤波器。另外，当为能够改变截止频率fc的结构时，由于能够改变电流测定时的测定频带宽度因此是优选的。

控制器20可以使用单片机。当然，不排除除此之外的结构。控制器20与电流源12和电压测定器18相连。低通滤波器16的截止频率fc是可变的，在能够通过控制器20进行控制的情况下，也可以与低通滤波器16相连。控制器20，对于电流源12通过指示信号Cc，能够控制流过电流的时机、流过电流的大小和频率。另外，对于低通滤波器16，通过指示信号Cf能够改变截止频率fc。另外，可以接受来自电压测定器18的测定信号Sv。

另外，控制器20上可以连接有操作者可操作的输入输出装置26和存储器22。用于进行测定的开始、测定的进行、测定数据的显示、测定数据的存储等。控制器20能够与输入输出设备26之间交换输出信号Cio，或者输入信号Sio。输出信号Cio中含有测定数据，输入信号Sio中含有给控制器20的指示信号。另外，控制器20和电压测定器18之间可以配置有A/D转换器24。那是因为，电压测定器18的输出也存在模拟信号的情况。

下面，对磁性元件11更加详细说明。磁性元件11具有通过从外部被施加的磁场电流流向发生改变的性质。电流的流动变化，对于元件有两种观测情况，即通过流过的电流方向的电压进行观测的情况和通过与流过的电流垂直方向的电压进行观测的情况。磁阻效应是前者的代表例，霍尔效应是后者的代表例。

图3中示出了表示磁阻元件和磁阻效应的曲线图。磁阻元件100，在带状的基板102上形成有磁性膜104。带状的一端104a到另一端104b的方向称为长度方向。优选地，磁性膜104形成为在长度方向，使得易磁化轴被感应。

磁阻元件100上向长度方向流动电流105。并且，将长度方向与被测定电路的导线92的电流1₁流过的方向相一致地进行配置。另外，图3中示出了被测定电路的导线92配置在基板102的下侧的状况。导线92上流过电流I₁时，在其周围产生外部磁场Hex。该外部磁场Hex使得长度方向的磁性膜104的磁化从易磁化轴倾斜。也就是说，流过磁性膜104的电流105的方向和磁化的方向改变。此时，产生磁阻效应，磁性膜104的电阻改变。

图3(b)中示出了一般磁阻效应的曲线图。横轴是在磁性膜104的长度方向上施加的来自垂直方向的外部磁场Hex(A/m)，纵轴是磁性膜104的长度方向的电阻(以下简称为“电阻值”。)Rmr(Ω)。以未施加外部磁场Hex时的磁性膜104的阻抗为Rm0。向磁性元件100施加外部磁场Hex时，电阻仅减少ΔRmr。

另外，减少的电阻Rmr不依赖于外部磁场Hex的方向(正负)。也就是说，磁阻效应相对于外部磁场Hex具有偶函数特性。另外，外部磁场Hex小时，电阻Rmr仅在偶函数极值(Hex＝0)附近变化，因此电阻的变化ΔRmr小，或者线性度也较低。也就是说，动作点P在外部磁场Hex的零点时，无法满足作为传感器使用的元件。另外，动作点P是指，在表示磁阻效应的曲线上外部磁场Hex为零时的点，此时的电阻值为Rm0。

图4中示出了改进类型的磁阻元件。图4(c)中示出了与图3(b)对应的曲线图。图4(c)示出了通过在磁阻元件上施加预先偏压磁场Hbias，以将动作点P移动到符号107的点的状况。如此将动作点P设置在呈现出磁阻效应的特性曲线的倾斜部分上时，即使外部磁场Hex较小，磁阻Rmr的变化也比较大，另外，阻抗值的变化方向中能够区分外部磁场Hex的方向。更加具体地，如图4(a)所示，可以在带状的磁阻元件的长度方向上从垂直的方向施加偏压磁场Hbias。

图4(b)中示出了磁阻元件112。磁阻元件112是，在磁性膜104的表面以铜等导体形成倾斜的连续图案113(理发店转灯式图案)的磁阻元件。流过倾斜的导体的连续图案113之间的电流I₂，由于流过了倾斜图案的最短距离，因此从长度方向(易磁化轴形成的方向)来看，电流I₂向倾斜的方向流过。这种磁阻元件112即使不使用偏压磁场Hbias，外部磁场Hex为零时，由于电流和磁化的方向倾斜，因此也能具有施加偏压磁场Hbias的效果。也就是说，图4(c)所示的动作点P被设置在特性曲线的倾斜部分。

本说明书中，说到磁阻元件的偏压单元时，不仅是配置偏压用磁铁，通过如图4(b)所示的导体的图案结构，从外表上看具有偏压磁场Hbias的效果的，也称为偏压单元。

图5(a)中示出了将2个理发店转灯式图案相对配置的磁阻元件115。图中上侧的磁阻元件以符号116表示，下侧的磁阻元件以符号117表示。另外，图5(b)中示出了表示磁阻元件116的磁阻效应的曲线图，图5(c)中示出了表示磁阻元件117的磁阻效应的曲线图。

磁阻元件115在中心部分115c接地(中心抽头)，电流I₂从一端115a向另一端115b流过。此时，由于倾斜的图案电流I₂的倾斜方向不同。

此时，在磁阻元件116中端子115a和中央部分115c之间的电阻降低ΔRmr，磁阻元件117中中央部分115c和端子115d之间电阻上升ΔRmr。由于中央部分115c被接地，在磁阻元件117的磁阻增加量，成负增长。

因此，在端子115a和端子115b之间，最终会减少2ΔRmr的电阻。也就是说，在磁阻元件115的两端能够得到各自元件的2倍(+6dB)输出。另外，图1的磁性元件11示出了这种类型。即，磁性元件11具有被接地的中心抽头。

图6(a)中示出了霍尔元件120和其特性。霍尔效应表现为，通过相对于流过的电流从垂直方向作用的磁场，使得流过霍尔元件120内部的电流在元件内部偏置，由此产生电势差。

从霍尔元件120的一端120a向另一端120b流过电流。另一方面，被测定电路的导线92与霍尔元件120相邻的配置。流过导线92的电流I₁形成的外部磁场Hex，从霍尔元件120的下面120d向上面120u穿过。接着，流过的电流受力，向霍尔元件120的宽度方向120f偏置。通过该偏置，在霍尔元件120的宽度方向(120e和120f)上产生电势差。该电势差称为霍尔电压VH。

图6(b)中示出了表示该特性的曲线图。横轴是外部磁场Hex。另外，纵轴是霍尔电压VH。霍尔元件120中，在外部磁场Hex为既定大小的之间观测到了基本上线性的部分122。另外，外部磁场Hex超过既定值时，观测到了霍尔电压VH饱和的部分123。使用霍尔元件120的实施例示出在实施例2中。

下面，再次参照图1，对本发明涉及的电流测定装置1的测定原理进行说明。被测定电路90上流过电流I₁，磁性元件11上流过电流I₂。被测定电路90的导线92在其周围形成的磁场H如(1)式所表示。另外，以下的公式说明中磁场H可以与外部磁场Hex交换。

H＝αI₁···(1)

其中，α为比例常数。导线92的附近配置有磁性元件11时，磁性元件11受到导线92形成的磁场H，由于磁阻效应阻抗值Rmr发生变化。阻抗值的变化为ΔRmr时，如(2)式所表示。

ΔRmr＝βH···(2)

其中，β也是比例常数。将(2)式代入(1)式，则得到(3)式。

ΔRmr＝αβI₁···(3)

由于磁性元件11上流过电流I₂，因此通过(3)式将磁性元件11的两端电压的变化ΔVm如(4)式所表示。

ΔVmr＝ΔRmr×I₂···(4)

如果将没有来自外部的磁场H时的磁性元件11的磁阻为Rm0时，磁性元件11的两端的电压Vmr为如(5)式所表示。

Vmr＝(Rm0+ΔRmr)×I₂

＝(Rm0+αβI₁)×I₂····(5)

现在，向被测定电路90流过的电流I₁，以及向磁性元件11流过的电流I₂如(6)式、(7)式所表示。

I₁＝I₁sin2πf₁t···(6)

I₂＝I₂sin2πf₂t···(7)

另外，其中f₁、f₂表示频率，t表示时间。“π”为圆周率。

将(6)式、(7)式代入到(5)式，或者考虑(1)式至(3)式，磁性元件11的两端电压Vmr如(8)式所表示。

V_mr＝(R_m0+ΔR_mr)×I₂

＝(R_m0+αβI₁)×I₂

＝(R_m0+αβI₁sin2πf₁t)×I₂sin2πf₂t

＝R_m0I₂sinπf₂t+αβγI₁I₂[cos2π(f₁-f₂)t-cos2π(f₁+f₂)t]···(8)

如(8)式所表示，在磁性元件11的两端上观测到αβγI₁I₂cos2π(f₁－f₂)t和αβγI₁I₂cos2π(f₁+f₂)t两个的频率分量(f₁－f₂和f₁+f₂)的电压Vmr。另外，γ为比例常数。

其中，通过所具有的截止频率fc为|f₁-f₂|(||表示绝对值。)以下的频率的低通滤波器16观测磁性元件11的两端电压Vmr时，无法观测到f₁+f₂的频率分量。此时的电压Vs如(9)式所表示。

Vs＝αβγI₁I₂cos2π(f₁－f₂)t···(9)

充分减小截止频率fc，依次改变流过磁性元件11的电流I₂的频率f₂时，频率f₂接近f₁时，观测到(10)式所表示的电压Vs。

Vs＝αβγI₁I₂···(10)

由于f₁－f₂接近零，将(9)式中的余弦(cos)项看作为1。

也就是说，能够将流过导线92的频率为f₂的电流I₂作为测定频带宽度2fc(使用复杂滤波器时带宽为fc)电流频谱进行观测。另外，这样，在频率f₁的信号上作用频率f₂的信号，以得到比f₁还低的频率f₁－f₂的信号叫作下变频。

图7中用图形示出了该关系。图7(a)-图7(c)中都是，横轴表示频率f，纵轴表示电压测定器18的输出Vs。流过被测定电路90的电流I₁的频率为f₁。参照图7(a)，现在从电流测定装置1的电流源12流过频率为f₂的电流I₂，被测定电路90的导线92上流过频率为f₁的电流I₁。于是，磁性元件11的两端上如(8)式所示产生f₁－f₂和f₁+f₂的信号。

接着，增加电流源12的频率f₂。参照图7(b)，频率f2接近流过被测定电路90的电流I₁的频率f₁时，f₁－f₂的值变小，朝向零频率的方向。相反，f₁+f₂的频率变大。

参照图7(c)，电流源12的电流I₂的频率f₂更接近电流I₁的频率f₁时，f₁－f₂变成小的频率，低于截止频率fc。成为截止频率fc以下的频率f₁－f₂的信号如上述(10)式所示，能够通过电压测定器18作为电压Vs观测到。即，依次改变流过磁性元件11的电流I₂，测定磁性元件11的两端电压，以检测出流过导线92的电流I₁和频率f₁。

图7(d)中，横轴表示电流源12的频率f₂，纵轴表示电压测定器18的输出Vs。电流测定装置1侧中，流过磁性元件11的电流I₂的频率f₂是已知的，经过低通滤波器16的磁性元件11的两端电压的值可以通过来自电压测定器18的输出Vs得到。因此，图7(d)的横轴与纵轴的值均是在电流测定装置1能够获取的数据。图7(d)能够将控制器20表示为输入输出装置26。

这样横轴表示电流源12的频率f₂，纵轴表示磁性元件11的两端电压的直流分量(Vs)时，能够测定流过被测定电路90的导线92的电流I₁。另外，通过以修正值对纵轴进行适当修正，能够计算电流I₁的强度。如上所述的本发明的电流测定装置1中，不需要采用外差或超外差的复杂电路，也能够得到被测定电路90的电流频谱。

该关系是，即使流过被测定电路90的电流I₁的频率f₁为多个也能够成立。例如，(6)式所表示流过被测定电路90的电流I₁如(11)式所表示。

$I_1=\underset{n=1}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}{I}_n\sin 2{\mathrm{\πf}}_{1,n}t...\left(11\right)$

其中，n表示自然数，f_1，n表示流过导线90的第n个电流的频率。此时，电流的振幅为I_n。流过磁性元件11的电流I₂与(7)式相同，如果将(11)式和(7)式代入到(5)式，则磁性元件11的端子电压Vmr如(12)式所表示。

$\begin{array}{c}{V}_{mr}=R_{mr}{I}_2=(R_{m0}+{\mathrm{\ΔR}}_{mr})\·I_2\\ =\{R_{m0}+\mathrm{\α}\mathrm{\β}\underset{n=1}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}{I}_n\sin 2{\mathrm{\πf}}_{1,n}t\]\}\×I_2\sin 2{\mathrm{\πf}}_{2}t\\ =R_0{I}_2\sin 2{\mathrm{\πf}}_{2}t+\mathrm{\α}\mathrm{\β}\mathrm{\γ}\{\underset{k=1}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}{I}_n{I}_2\[\cos 2\mathrm{\π}(f_{1,n}-f_2)t-\cos 2\mathrm{\π}(f_{1,n}+f_2)t\]\}\end{array}...\left(12\right)$

截止频率fc比|f_1，n-f₂|小时，Vmr如(13)式所表示。

$V_{mr}=\mathrm{\α}\mathrm{\β}\mathrm{\γ}\{\underset{k=1}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}{I}_n{I}_2\[\cos 2\mathrm{\π}(f_{1,n}-f_2)t\]\}...\left(13\right)$

与被测定电路90的电流I1只有频率f₁的情况相同，依次改变流过磁性元件11的电流I₂时，f2变为f_1，n附近时观测的电压Vs如(14)式所表示。

Vs＝αβγI_nI₂···(14)

另外，测量该电压时的频谱宽度为2fc。以上说明，在磁性元件11为霍尔元件时也同样成立。

以上述说明为前提，再次参照图1对电流测定装置1的动作进行说明。需要说明的是，电流源12从最低频率f_2，0流到最高频率f_2，n。另外，为简化起见，看作被测定电路90上流过两种频率的电流。将其分别设为f_1，1和f_1，2。但是，f_1，1＜f_1，2。被测定电路90的导线92被固定在传感器部10的固定器10b(参照图2)上。另外，对于磁性元件11已经获取修正值。

需要说明的是，修正值是指，在上述情况下，将磁性元件11的两端电压，计算成为能够与流过导线92的电流频率相同，相同值的数值。另外，修正值预先被求取存储在存储器22上。

之后的处理流程，虽然是以控制器20进行的情况说明的，但是也可以手动进行。图8中示出了控制器20的流程的一个示例。测定的开始是由操作者从输入输出装置26向控制器20发送输入信号Cio。如果测定开始(步骤S100)，控制器20进行预处理(步骤S102)。预处理包括，将电流源12的频率f₁设定为最低频率f_2，0的步骤。然后，判断频率f₂是否大于最高频率f_2，n(步骤S104)。如果频率f₂大于最高频率f_2，n(步骤S104的Y分支)，则进行后处理(步骤S120)，结束测定(步骤S122)。

其中，最高频率f_2，n是指，电流源12能够供给的频率的最高值，最低频率f_2，1是指，电流源12能够供给的频率的最低值。需要说明的是，如果电流源12能够供给交流电流，则最低频率中可以包含零频率(即直流电流)。流过磁性元件11的恒定电流能够检测出叠加在被测定电路90上的的恒定电流。

频率f₂比最高频率f_2，n大时(步骤S104的N分支)，向电流源12发送f₂的值，以使得电流源12输出频率f₂的电流(步骤S106)。然后，通过电压测定器18经低通滤波器16测定磁性元件11的两端电压(Vs)。接着，向存储器22存储电压测定器18的输出Vs和f₂的值(步骤S108)。接着，将电流源12的频率f₂改变既定的频率Δf₂(步骤S110)。

然后，返回步骤S104。控制器20在新的f₂大于最高频率f_2，n为止，增加电流源12的频率f₂，并记录电压测定器18的输出Vs和此时的f₂。

电流源12的频率f₂变为f_1，1附近的值时，通过低通滤波器16能够从电压测定器18得到如(14)式所表示的输出Vs。然后，f₂远离f_1，1时，通过低通滤波器16观测到的磁性元件11的两端电压(Vs)变低。另外，f₂变为f_1，2附近的值时，再次通过低通滤波器16观测到的磁性元件11的两端电压(Vs)增加。

在步骤S110中，f₂增加Δf₂的结果，如果高于最高频率f_2，n，则测定结束，步骤S104中Y分支中的处理流程会改变。处理跳转到步骤S120时，控制器20进行后处理(步骤S120)，并停止(步骤S122)。

其中，后处理(步骤S120)可以是指，将存储在存储器22的频率f₂和电压测定器18的输出结果Vs输出到输入输出装置26等的处理。特别是，作为电流源12使用可变频率的恒定电压振荡器时，通过频率f₂改变流过磁性元件11的电流I₁。因此，对每个频率使用预设的修正值，并将其存储在存储器22。显示测定结果时，优选地，使用该存储器22中的修正值对电压测定器18的输出Vs进行修正(参照图7(d))。

得到的数据是，电流源12的频率f₂和电压测定器18的输出Vs。将电流源12的频率f2作为横轴，电压测定器18的输出Vs(也可以是使用修正值修正后的值)作为纵轴，来绘制这些数据能够得到流过被测定电路90的导线92的电流频谱。

另外，上述处理流程中，从电流源12的最低频率测定到最高频率后，显示出了结果，但是也可以确定测定的频率范围之后进行测定，也可以在每次测定时显示其值。另外，为了进行下一个测定，也可以在测定结束后不停止，返回步骤S102等。

(实施例2)

图9中示出了本实施例涉及的电流测定装置2的结构。对于与实施例1相同的部分，存在标上了相同的符号，省略说明的情况。电流测定装置2在传感器部10上作为磁性元件31使用了霍尔元件(以下简称“霍尔元件31”)。霍尔元件31相对于驱动电流端子31a，测定电压端子31被垂直设置。因此，设置在传感器部10的框体10a上的电流端子10c和电压端子10d也配置在垂直的位置。

另外，被连接在霍尔元件31的驱动电流端子31a上的电流端子10c上连接有多个电流源32a、32b、32c。另外，这些电流源32a、32b、32c和电流端子10c之间配置有连接开关33a、33b、33c。这些连接开关33a、33b、33c的开闭是通过来自控制器20的指示信号Csa、Csb、Csc控制的。电流源32a、32b、32c各自的频率为f_2，1、f_2，2、f_2，3。

另外，这里虽然示出了3个电流源，但是也可以是一个，或者2个以上的多个。

其中，如实施例1中的说明，f_2，1也可以是零频率。即，也可以是直流。频率为零时，无法测定被测定电路90中的电流分量。但是，被测定电路90中流过一定的偏压电流时，通过将零频率的电流(恒定电流)作为I₂供给到传感器部10，能够测定被测定电路90中的恒定电流分量(偏压电流)。

下面，通过控制器20的处理流程与图8示出的处理流程基本上相同。需要说明的是，电流源32为Maxn个。图9的情况下，Maxn为3。参照图10，开始处理后(步骤S200)，进行预处理(步骤S202)。该预处理中包含将n设置为1的步骤。接下来，判断n是否大于电流源的个数Maxn(步骤S204)。

如果n超过Maxn(步骤S204的N分支)时，闭合连接开关使得第n个电流源连接到霍尔元件31(步骤S206)。然后，记录此时电压测定器18的输出Vs和流过的电流的频率f_2，n(步骤S208)。接着，递增n(步骤S210)，返回步骤S204。

n超过电流源的数Maxn(步骤S204的Y分支)时，进行后处理(步骤S220)，并停止(步骤S222)。

电流测定装置2将流过磁性元件31的电流的频率的个数限定为电流源32的个数。因此，对于流过被测定电路90中的电流的频率预先确定的情况，或者需要测定的电流的频率被预先确定的情况特别有效。

如上所述，本发明涉及的电流测定装置1、2以非常简单的结构，能够测定流过被测定电路90的电流频谱。另外，在测定高频率的电流时，能够以低通滤波器16的截止频率fc的2倍的带宽精度进行测定，Q较高的测定成为可能。

另外，虽然在上述实施例1中示出了作为磁性元件11使用磁阻元件的示例，实施例2中示出了作为磁性元件11使用霍尔元件的示例，但是也可以交换这些元件。也就是说，作为实施例1的磁性元件11也可以使用霍尔元件，作为实施例2的磁性元件31也可以使用磁阻元件。

(实施例3)

图11中示出了本实施例涉及的电流测定装置3的结构。电流测定装置3具有与超外差类似的测定原理。即，预先将既定的频带MB作为中间频率进行设定。接着，将比中间频率高的频率f1的电流(被测定电路90的电流I₁)，通过由磁性元件11和电流源12的频率转换，以作为频带MB的信号。即，将频率f₁-f₂的信号下变频到频带MB。再将频率f₁-f₂的信号作为中间频率信号暂时放大。而且，对于f₁-f₂频率的信号，再次进行使用别的磁性元件和电流源(频率为f₃)的测定。

该技术主要是为了，将具有一定频带的发送信号从载波信号下变频到基带信号时，排除负频率的影响而使用的。

利用该技术的优点是，对下变频到截止频率fc以下的频率f₁-f₂的信号强度较小时特别有用。f₁-f₂的信号强度低时，通过低通滤波器16能够观测的直流电压的SNR变低，测定精度下降。

但是，通过将频率f₁-f₂的信号变为高于截止频率fc的频率(中间频率)并暂时放大，通过低通滤波器16观测到电压Vs的SNR能够变高。另外，在测定电流上叠加具有既定频带的信号时，也可以对该频带的信号进行解调。

图11中以图1的结构作为基本进行说明。但是，即使是图9的结构也能够适用。即，磁性元件为磁阻元件或霍尔元件都可以。

另外，电流测定装置3中利用了两组磁性元件和电流源。将实施例1中说明的电流测定装置1中没有的磁性元件和电流源为第二磁性元件41和第二电流源42。其中，将存在于电流测定装置1中的磁性元件和电流源称为第一磁性元件11和第一电流源12。另外，对于各自的端子也作为第一驱动电流端子11a、第一测定电压端子11b。另外，将包含框体10a的传感器部作为第一传感器部10。

被测定电路90和第一磁性元件11、第一电流源12的结构与实施例1相同。因此，框体10a上设置有固定器10b，通过固定器10b将被测定电路90的导线92与第一磁性元件11以既定位置关系被固定。

电流测定装置3中，第一测定电压端子11b(电压端子10d)被连接在电流放大器38上。而且，电流放大器38的输出线39被接地。只要能在电流放大器38上流过与第一测定电压端子11b的端子之间电压成正比的电流即可，其结构不进行特别限定。例如，也可以使用具有电流升压器的电压放大器。

另外，电流放大器38只放大中间频率的频带MB的信号，催除此之外的信号不进行放大。因此，没有必要具有平坦的频率特性。进一步来讲，也可以具有频带MB的带通滤波器。

电流放大器38的输出线39上设置有第二磁性元件41。第二磁性元件41可以与磁性元件11相同。这里虽然是以磁阻元件进行说明，但是也可以使用霍尔元件。第二磁性元件41与第一磁性元件11相同，具有偏压单元。这里从如图5所示的，具有理发店转灯式导电体图案的偏压单元和具有被接地的中心抽头的结构接着说明。

第二磁性元件41和输出线39内藏在电流测定装置3中。也就是说，输出线39和第二磁性元件41也可以是不可拆卸的结构。因此，如图3所示的位置关系，输出线39靠近第二磁性元件41的膜厚方向的上面或者下面被设置，就那样固定也可以。

也就是说，输出线39和第二磁性元件41可以一体成型。具体地，将第二磁性元件41和输出线39以树脂进行模塑，或者将第二磁性元件41和输出线39以光刻法一体制作。将该部分称为第二传感器部40。第二传感器部40上虽然没有明确示出框体等，但是也可以将第二磁性元件41收纳在框体内提高耐候性。另外，还可以具有用于固定输出线39和第二磁性元件41的位置关系的固定器。

第二磁性元件41上也设有一对第二驱动电流端子41a和一对第二测定电压端子41b。第二驱动电流端子41a上连接有第二电流源42。另外，第二测定电压端子41b上连接有低通滤波器16。低通滤波器16上连接有电压测定器18。电压测定器18经A/D变换器24连接控制器50。低通滤波器16以外的结构，与实施例1所示的电流测定装置1的情况相同。另外，控制器50的控制与控制器20的情况不同，进行不同的处理。

第二电流源42通过控制器50的指示信号Cm，将频率不同的电流流向第二磁性元件41的长度方向。将第二电流源42的电流作为I₄，频率为f₃。第二电流源42只要能够流过图12(a)的频带MB为止的频率的电流即可。进一步来讲，能够流过频带MB之间的频率的电流即可。

接下来，使用图11的框图、图12的测定原理图以及图13的流程图对电流测定装置3的动作(控制器50的处理)进行说明。为了使说明简单，看作是在被测定电路90上流过频率f₁的电流。在被测定电路上流过多个频率的电流时，也可以通过以下的处理进行测定。

处理开始后(步骤S300)，进行预处理(步骤S302)。预处理中包括，将第一电流源12的频率f₂设定为最低频率f_2，1，将第二电流源42的频率f₃设定为最低频率f_3，0的步骤。

其中，第二电流源42输出的电流的频率可以限制为从中间频率的频带MB的下限频率fmd到上限频率fmu(参照图12(b))。这里，第二电流源42输出的最低频率f_3，0是频带MB的下限频率fmd，最高频率f_3，m是上限频率fmu。

接着，判断频率f₂是否高于最高频率f_2，n(步骤304)。如果，频率f₂比最高频率f_2，n更高(步骤304的Y分支)，则进行后处理(步骤S120)，结束测定(步骤S122)。

其中，最高频率f_2，n是指，第一电流源12能够供给的频率的最高值，最低频率f_2，1是指，第一电流源12能够供给的频率的最低值。需要说明的是，如果第一电流源12能够供给交流电流，最低频率中可以包含零频率(即恒定电流“f_2，0”)。流过磁性元件11的恒定电流能够检测出叠加在被测定电路90上的的恒定电流。

接着，频率f₂比最高频率f_2，n大时(步骤S304的N分支)，向第一电流源12发送f₂的值，以使得第一电流源12输出频率f₂的电流I₂(步骤S306)。此时的被测定回路90中的频率f₁的电流I₁和第一电流源12的频率f₂的电流I₂的频率关系的一例在图12(a)中示出。频率f₁和f₂的信号均由第一磁性元件11计算，产生f₁-f₂以及f₁+f₂的信号。这些信号出现在第一测定电压端子11b间。

另一方面，第一测定电压端子11b连接的电流放大器38不放大中间频率的频带MB以外的频率。因此，如果f₁-f₂是中间频率的频带MB的信号，则此时与第一测定电压端子11b的端子间电压成正比的电流从电流放大器38流向输出线39。而且，此时的比例常数为电流放大器38的放大率。

接着，控制器50扫描第二电流源42的电流。具体地，判断频率f₃是否高于最高频率f_3，m(步骤S308)。若频率f₃高于最高频率f_3，m(步骤S308的Y分支)，则跳过到步骤S314为止的循环。即，停止扫描。若频率f₃不高于最高频率f_3，m(步骤S308的N分支)，则向第二电流源42发送f₃的值，使第二电流源42输出f₃的频率的电流(步骤S310)。

在图12(b)中，示出了此时的第二电流源42的电流(频率f₃)和输出线39中流动的电流(频率f₁-f₂)的关系的一例。对第二传感器部40来说，频率f₁-f₂的信号可看做固定的信号。第二磁性元件41进行频率f₁-f₂的信号与第二电流源42产生的频率f₃的电流之间的计算，在第二测定电压端子41b之间产生频率f₁-f₂-f₃的信号和频率f₁-f₂+f₃的信号。

接着，在存储器22中存储电压测定器18的输出Vs和f₂以及f₃的值(步骤S312)。接着，使第二电流源42的频率f₃改变既定的频率Δf₃(步骤S314)。通过重复从步骤S308到步骤S314，将在中间频率的频带MB间的频率的电流下变频到截止频率fc以下。

图12(c)中示出了频率f₃的信号(第二电流源42中流动的电流)通过扫描频率变高，接近频率f₁-f₂的信号的情况的各信号频率的关系。若频率f₁-f₂-f₃的信号变成小于截止频率fc，则可在电压测定器18中作为直流的输出电压Vs来观测。

在步骤S308中判断第二电流源42的电流的扫描结束后(步骤S308的Y分支)，将频率f₃再次设定为初期值f_3，0(步骤S316)，使第一电流源12的频率f₂改变既定的频率Δf₂(步骤S318)，返回步骤S304。在步骤S304中判断测定结束后的情况下，进行后处理(步骤S320)，停止(步骤S322)。

在步骤S312记录的f₂以及f₃的频率，以f₂+f₃为横轴，以电压测定器18的输出Vs为纵轴，如图12(d)所示绘制曲线。通过这样，能够得到被测定回路90中的电流的频谱。而且，通过预先测量第一传感器部10、电流放大器38、第二传感器部40的增益并准备修正值，并且补偿该修正值，能够将纵轴的输出Vs换算成被测定回路90中流动的电流的值。这样的修正值存储在存储器22中，控制器50能够适时地使用。

而且，虽然在本实施例中将f₃当做多频的电流来处理，但是固定为中间频率的频带MB的既定的频率也可以。另外，在图11中示出的第一电流源12以及第二电流源42也能够连续地改变频率，也可以预先准备多个电流源并切换。另外，第一电流源12中也可以含直流电流。

(实施例4)

在实施例1、2、3中，对能够测定频率的电流测定装置的基本原理进行了说明。在实际的使用形态中，有存在接近的多个频率的情况，产生信号彼此的干扰，下变频变得更加复杂。另外，在实际的使用形态中，流过导线92的电流I₁和在磁性元件11中流动的电流不是同步的。因此，彼此的相位不一致。

还存在彼此的相位不一致的情况，低通滤波器的输出电压不恒定，无法测定的情况(无法决定测定值)。这是因为没有将具有频率的电流当做复数来处理。此处，在本实施方式中，通过将测定对象的电流作为复数来处理，提供能够克服上述问题的电流测定装置4。

在图14中示出了本发明的电流测定装置4的结构。电流测定装置4包括：具有第一磁性元件11的第一传感器部10和具有第二磁性元件41的第二传感器部40，作为测定对象的电流I₁流过的导线92和固定第一传感器部10以及第二传感器部40的位置关系的固定器10b，向第一磁性元件11施加频率f₁的信号的电流源12，向第二磁性元件41施加与电流源12的信号偏移π/2的相位的电流的相位变换器13，对第一磁性元件11以及第二磁性元件41的端子之间电压进行频带限制的第一低通滤波器16以及第二低通滤波器17，算出第一低通滤波器16和第二低通滤波器17的输出(电压值)的平方之和的平方根的振幅矢量计算器44(VAA)，结合振幅矢量计算器44和存储器22的控制器52。

另外，可以包含放大第一磁性元件11和第二磁性元件12的输出的第一仪表放大器46和第二仪表放大器47。另外，在数字处理振幅矢量计算器44的输出的情况下，在振幅矢量计算器44的后段可以设置A/D转换器24。

另外，可以设置从第一低通滤波器16和第二低通滤波器17的输出求出反正切值的相位矢量计算器45(VAθ)。矢量计算器45的输出可以连接A/D转换器25。而且，振幅矢量计算器44和相位矢量计算器45可以由控制器52或者其他的处理单元来软件地进行。

第一磁性元件11和第二磁性元件41可以是图4或图5的结构。但是，也可以是桥电路以得到更大的差分输出。在图15中，示出了利用了桥电路情况的第一传感器部10(第一磁性元件11)以及第二传感器部40(第二磁性元件41)的结构。第一传感器部10以及第二传感器部40是同样的结构，因此这里仅对第一传感器部10的结构进行说明。

参照图15，第一传感器部10由第一磁性元件115、桥电阻60和桥电阻61构成。桥电阻60和桥电阻61的一端接合，成为第一驱动电流端子11a(电流端子10c)的一方的端子。桥电阻60的另一端与第一磁性元件115的一端115a连接，桥电阻61的另一端与第一磁性元件115的另一端115b连接。

可认为第一磁性元件115将附图(图15)上侧的磁阻元件116和下侧的磁阻元件117串联。因此，若将中央部分115c设为端子，则形成将桥电阻60及磁阻元件116的串联部分与桥电阻61及磁阻元件117的串联部分并联构成的桥电路。

而且，这里中央部分115c成为第一驱动电流端子11a(电流端子10c)的另一方的端子。另外，第一磁性元件115的一端115a和另一端115b成为电压端子10d(测量电压端子11b)。对于第二传感器部40也可以是同样的结构。

参照图14，电流源12接收来自控制器52的指示信号Cc，输出被指示的频率和强度的电流。另外，相位变换器13由电流源12供给电流，输出与电流源12输出的电流I₂的相位偏移π/2的电流I₄。

振幅矢量计算器44在第一低通滤波器16和第二低通滤波器17的输出分别作为X、Y时，算出平方之和的平方根。更具体地，若平方之和的平方根为W则为式(15)。

$W=\sqrt{X^2+Y^2}...\left(15\right)$

相位矢量计算器45，在第一低通滤波器16和第二低通滤波器17的输出分别作为X、Y时，算出反正切值。更具体地，若反正切值为Θ则为式(16)。

$\mathrm{\Θ}={\tan }^{-1}\frac{Y}{X}...\left(16\right)$

振幅矢量计算器44和相位矢量计算器45将各自的输出作为信号Sva以及信号Svθ发送至控制器52。

控制器52与电流源12、振幅矢量计算器44、相位矢量计算器45连接。而且，向电流源12发送指示信号Cc，控制电流源12输出的电流值、频率、输出时期等。另外，得到来自振幅矢量计算器44和相位矢量计算器45的信号Sva以及信号Svθ，将电流源12输出的电流的频率、信号Sva以及信号Svθ的关系输出到输入输出装置26。

接着，参照图14，对电流测定装置4的动作进行说明。流过被测定电路90的导线92电流I₁在导线92的周围产生磁场。另一方面，在第一磁性元件11中流过交流电流I₂。另外，在第二磁性元件41中流过与交流电流I₂相同频率但与交流电流I₂的相位偏移π/2的交流电流I₄。

具有与第一磁性元件11以及第二磁性元件41中流动的电流的频率相同的频率成分的电流流过导线92的情况下，从第一低通滤波器16以及第二低通滤波器17得到直流电压是如实施例1中所说明的。

交流电流I₂流动的同时受到流过导线92的电流I₁产生的磁场的影响的在第一磁性元件11(第二磁性元件41)的测量电压端子之间11b(41b)出现的输出电压，是流过导线92的电流I₁和流过第一磁性元件11的电流I₂的乘积结果。另外，如众所周知的，为实信号的流过导线92的电流若乘以相位偏移π/2的电流，则生成实数成分以及虚数成分。从这些成分能够求出实信号的振幅以及交流电流I₂与流过导线92的电流I₁的相位差。

以下简单地对这些进行说明。流过导线92的电流I₁为Acos(2πf₁t+θ₁)。其中A是振幅。电流源12以及相位变换器13输出的信号分别为cos(2πf₂t+θ₂)，sin(2πf₂t+θ₂)。将其分别表现为复数，若其结果为B，则B成为式(17)。

$\begin{array}{c}B=\frac{1}{2}\{A\exp \[-j(2{\mathrm{\πf}}_{1}t+{\mathrm{\θ}}_1)\]+A\exp \[j(2{\mathrm{\πf}}_{1}t+{\mathrm{\θ}}_1)\]\}\exp \[-j(2{\mathrm{\πf}}_{2}t+{\mathrm{\θ}}_2)\]\\ =\frac{1}{2}\{A\exp \[-j(2{\mathrm{\πf}}_{1}t+2{\mathrm{\πf}}_{2}t+{\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_2)\]+A\exp \[j(2{\mathrm{\πf}}_{1}t+2{\mathrm{\πf}}_{2}t+{\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2)\]\}\end{array}...\left(17\right)$

其中，若使电流源12的电流I₂的频率f₂与流过导线92的电流I₁的频率f₁相同，则成为式(18)。

$B=\frac{1}{2}\{A\exp \[-j(4{\mathrm{\πf}}_{1}t+{\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_2)\]+A\exp \[j({\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2)\]\}...\left(18\right)$

如果用低通滤波器除去该B，则能够得到1/2{Aexp[j(θ₁-θ₂)]}。明确地写出该成分，则是1/2Acos[(θ₁-θ₂)]和1/2Asin[(θ₁-θ₂)]。这些也是第一低通滤波器16以及第二低通滤波器17的输出。因此，若将X设为1/2Acos[(θ₁-θ₂)]、Y设为1/2Asin[(θ₁-θ₂)]，则如式(15)以及式(16)所示，能够得到振幅W和相位Θ。

这里得到的振幅W，独立于流过导线92的电流I₁的频率f₁，和从电流源12以及相位变换器13流动的电流I₂以及I₄的频率f₂，进一步独立于θ₁以及θ₂。因此，能够得到稳定的值。控制器52能够将电流源12输出的频率与振幅W的关系显示在输入输出装置26中。而且，在存储器22中能够存储将得到的振幅W换算成电流值的表格或者修正值。因此，振幅W可以换算成流过导线92的电流值并在输入输出装置26中显示。

产业上的利用可能性

本发明所涉及的电流测定装置，不仅是桌面式的电流测定装置，还能够作为组装入设备中的电流测定装置使用。

符号说明

1、2、3电流测定装置

10传感器部

10a框体

10b固定器

10c电流端子

10d电压端子

11磁性元件(磁阻元件)

11a驱动电流端子

11b测定电压端子

12电流源(第一电流源)

13相位电流源(π/2相位变换器)

16低通滤波器(第一)

17低通滤波器(第二)

18电压测定器

20控制器

22存储器

24A/D转换器

25A/D转换器

26输入输出装置

31磁性元件(霍尔元件)

31a驱动电流端子

31b测定电流端子

32a、32b、32c电流源

33a、33b、33c连接开关

38电流放大器

39输出线

40第二传感器部

41第二磁性元件

41a第二驱动电流端子

41b第二测定电压端子

42第二电流源

43相位变换器

44矢量计算器(振幅)

45矢量计算器(相位)

46第一仪表放大器

47第二仪表放大器

50控制器

52控制器

60桥电阻

61桥电阻

90被测定电路

91电源

92导线

93负载

Claims (27)

1.一种电流测定装置，测定流过被测定电路中的导线中的电流，其特征在于，具备：

设置有驱动电流端子和测定电压端子的磁性元件；

固定所述磁性元件和所述导线的位置关系的固定器；

在所述驱动电流端子之间能够输出至少一个以上频率的交流电流的电流源；

测定所述测定电压端子之间的电压的电压测定器；以及

设置在所述测定电压端子和所述电压测定器之间的低通滤波器。

2.根据权利要求1所述的电流测定装置，其特征在于，具备：

至少与所述电压测定器和存储器相连的控制器。

3.根据权利要求2所述的电流测定装置，其特征在于，所述存储器中存储有用于修正由所述电压测定器测定的值的修正值。

4.根据权利要求2或3所述的电流测定装置，其特征在于，所述控制器还与所述电流源相连，所述控制器控制所述电流源的频率。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的电流测定装置，其特征在于，所述控制器还与所述低通滤波器相连，控制所述低通滤波器的截止频率或衰减率。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的电流测定装置，其特征在于，所述磁性元件为具有偏压单元的磁阻元件。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的电流测定装置，其特征在于，所述磁性元件为霍尔元件。

8.一种电流测定装置，测定流过被测定电路中的导线中的电流，其特征在于，具备：

设置有第一驱动电流端子和第一测定电压端子的第一磁性元件；

设置有第二驱动电流端子和第二测定电压端子的第二磁性元件；

固定所述第一磁性元件和所述第二磁性元件与所述导线的位置关系的固定器；

在所述第一驱动电流端子之间能够输出至少一个以上频率的交流电流的第一电流源；

在所述第二驱动电流端子之间输出相对于所述第一电流源输出的所述交流电流相位偏移π/2的交流电流的相位变换器；

连接在所述第一测定电压端子之间的第一低通滤波器；

连接在所述第二测定电压端子之间的第二低通滤波器；以及

与所述第一低通滤波器和所述第二低通滤波器相连接，计算所述第一低通滤波器和所述第二低通滤波器各自的输出的平方之和的平方根的振幅矢量计算器。

9.根据权利要求8所述的电流测定装置，其特征在于，具备：

配置在所述第一测定电压端子之间和所述第一低通滤波器之间的第一电压放大器；

配置在所述第二测定电压端子之间和所述第二低通滤波器之间的第二电压放大器。

10.根据权利要求8或9所述的电流测定装置，其特征在于，具备：

连接所述所述第一低通滤波器和所述第二低通滤波器，并求取所述第一低通滤波器和所述第二低通滤波器各自输出的反正切值的相位矢量计算器。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的电流测定装置，其特征在于，具备：

与所述振幅矢量计算器和存储器相连的控制器。

12.根据权利要求11所述的电流测定装置，其特征在于，所述存储器中存储有用于修正由所述电压测定器测定的值的修正值。

13.根据权利要求11或12所述的电流测定装置，其特征在于，所述控制器还与所述第一电流源相连，控制所述第一电流源的频率。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的电流测定装置，其特征在于，所述控制器还与所述第一低通滤波器和所述第二低通滤波器相连，控制所述第一低通滤波器和第二低通滤波器的截止频率或衰减率。

15.根据权利要求8-14中任一项所述的电流测定装置，其特征在于，所述磁性元件和所述第二磁性元件中的至少一个为具有偏压单元的磁阻元件。

16.根据权利要求8-15中任一项所述的电流测定装置，其特征在于，所述磁性元件和所述第二磁性元件中的至少一个为霍尔元件。

17.一种电流测定装置，测定流过被测定电路中的导线中的电流，其特征在于，具备：

设置有第一驱动电流端子和第一测定电压端子的第一磁性元件；

固定所述第一磁性元件和所述导线的位置关系的固定器；

在所述第一驱动电流端子之间能够输出至少一个以上频率的交流电流的第一电流源；

使与所述第一测定电压端子之间的电压成正比的电流流过输出线的电流放大器；

被配置成与所述输出线有既定的位置关系，设置有第二驱动电流端子和第二测定电压端子的第二磁性元件；

在所述第二驱动电流端子之间能够输出至少一个以上频率的交流电流的第二电流源；

测定所述第二测定电压端子之间的输出的电压测定器；以及

设置在所述第二测定电压端子和所述电压测定器之间的低通滤波器。

18.根据权利要求17所述的电流测定装置，其特征在于，具备：

至少与所述电压测定器和存储器相连的控制器。

19.根据权利要求18所述的电流测定装置，其特征在于，所述存储器中存储有用于修正由所述电压测定器测定的值的修正值。

20.根据权利要求17或18所述的电流测定装置，其特征在于，所述控制器还与所述第一电流源相连，控制所述第一电流源的频率。

21.根据权利要求17-20中任一项所述的电流测定装置，其特征在于，所述控制器还与所述第二电流源相连，控制所述第二电流源的频率。

22.根据权利要求18-21中任一项所述的电流测定装置，其特征在于，所述控制器还与所述低通滤波器相连，控制所述低通滤波器的截止频率或衰减率。

23.根据权利要求17-22中任一项所述的电流测定装置，其特征在于，所述磁性元件和所述第二磁性元件中的至少一个为具有偏压单元的磁阻元件。

24.根据权利要求17-22中任一项所述的电流测定装置，其特征在于，所述磁性元件和所述第二磁性元件中的至少一个为霍尔元件。

25.一种电流测定方法，其特征在于，具备：

使交流电流流过配置在被测定电路的电流流过的导线附近的磁性元件的步骤；

通过低通滤波器观测所述磁性元件的端子之间电压的步骤；

改变所述交流电流的频率的步骤；以及

记录通过所述低通滤波器观测的端子之间电压和所述交流电流的频率的步骤。

26.一种电流测定方法，其特征在于，具备：

使第一交流电流流过配置在与被测定电路的电流流过的导线相隔既定距离的位置上的第一磁性元件的步骤；

向输出线流过与所述第一磁性元件的端子之间电压成正比的电流的步骤；

使比所述第一交流电流的频率低的第二交流电流流过配置在与所述输出线相隔既定距离的位置上的第二磁性元件的步骤；

通过低通滤波器观测所述第二磁性元件的端子间的步骤；

记录通过所述低通滤波器观测的所述第二磁性元件的端子之间电压、所述第一交流电流和所述第二交流电流的频率的步骤；以及

改变所述第一交流电流和所述第二交流电流的频率的步骤。

27.一种电流测定方法，其特征在于，具备：

使第一交流电流流过配置在与被测定电路的电流流过的导线相隔既定距离的位置上的第一磁性元件的步骤；

使相对所述第一交流电流波长偏移π/2的电流，流过配置在与所述导线相隔所述既定距离的位置上的第二磁性元件的步骤；

通过第一低通滤波器获得所述第一磁性元件的端子之间电压的第一观测值的步骤；

通过第二低通滤波器获得所述第二磁性元件的端子之间电压的第二观测值的步骤；以及

求取所述第一观测值和第二观测值的平方之和的平方根值的步骤。