CN111579859B - 基于数字补偿技术的磁平衡传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字补偿技术的磁平衡传感器，包括一微控制器U2；一补偿线圈CL2，补偿线圈CL2绕接于线圈；一补偿驱动电路A2和一补偿和输出控制电路U3，微控制器U2通过补偿驱动电路A2接入补偿线圈CL2的一侧，补偿和输出控制电路U3接入补偿线圈CL2的另一侧，输出低通滤波器A1进一步接入微控制器U2。本发明公开的基于数字补偿技术的磁平衡传感器，小电流量程在全温区增益特性中取得较好的效果。
Description
技术领域
本发明属于磁平衡传感器技术领域，具体涉及一种基于数字补偿技术的磁平衡传感器。
背景技术
公开号为CN204422634U，主题名称为一种带自检功能的交直流漏电流传感器的实用新型专利，其技术方案公开了“包括带上下盖的外壳以及外壳内部的电路板及磁芯绕组，所述磁芯绕组包括2个绕组，一组为开环磁通门感应线圈，一组为测试线圈用于自检”。
由于传统漏电传感器的磁通门技术方案是属于开环拓扑结构，其特点是性价比高又能满足市场应用需求。但也有相应的产品缺点，就是在开环电路结构状态下产品由磁性零件本身带来的温漂影响相对较大。
此外，目前国内的光伏行业的采用类同的开环方案基本都有存在着类似的开环温漂大的问题。但该方案状态也仅能满足光伏普通应用需求。但对于温度要求较高的应用场合则还是未能达到相应的指标要求，比如在小电流的检测中，传统技术在压缩测量量程的同时温漂增益特性也会与之被放大从而导致在—20～40度或在85～105度的两端极限温区的温漂特别明显。所以传统磁通门开环技术方案是未满足到小电流量程在全温区增益特性中获得较好的效果。
发明内容
本发明针对现有技术的状况，克服以上缺陷，提供一种基于数字补偿技术的磁平衡传感器。
本发明专利申请公开的基于数字补偿技术的磁平衡传感器，其主要目的在于，基于开环缺点设计并且提供一套数字化补偿机制，可以修正由开环带来温漂问题。
本发明专利申请公开的基于数字补偿技术的磁平衡传感器，其另一目的在于，针对光伏等行业，满足温度要求较高的应用场合的小电流检测的技术指标.
本发明专利申请公开的基于数字补偿技术的磁平衡传感器，其另一目的在于，使得小电流量程在全温区增益特性中取得较好的效果。
本发明专利申请公开的基于数字补偿技术的磁平衡传感器，其另一目的在于，基于数字补偿技术，增加闭环补偿电路，提升小电流量程在全温区的增益特性。
本发明专利申请公开的基于数字补偿技术的磁平衡传感器，其另一目的在于，基于数字补偿技术，增加闭环补偿电路，在闭环补偿电路中增设具有数字处理器软件补偿功能的数字处理器(微控制器)。
本发明采用以下技术方案，所述基于数字补偿技术的磁平衡传感器，用于检测一被测量电流线IT(值得注意的是，IT为单线电流或单相漏电流或三相漏电流)，所述基于数字补偿技术的磁平衡传感器包括一磁通门开环电路U1和一线圈，上述磁通门开环电路U1设有一输出端DO、一输入端DI和一接口VO，上述被测量电流线IT穿过上述线圈，在上述线圈的一侧绕接有一磁芯线圈绕组CL1，上述输出端DO和上述输入端DI分别接入上述磁芯线圈绕组CL1的两侧，上述接口VO基于一输出低通滤波器A1：
所述基于数字补偿技术的磁平衡传感器还包括：
一微控制器U2；
一补偿线圈CL2，所述补偿线圈CL2绕接于上述线圈；
一补偿驱动电路A2和一补偿和输出控制电路A3，所述微控制器U2通过所述补偿驱动电路A2接入所述补偿线圈CL2的一侧，所述补偿和输出控制电路A3接入所述补偿线圈CL2的另一侧，上述输出低通滤波器A1进一步接入所述微控制器U2。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的优选技术方案，所述微控制器U2设有一模拟转数字采样接口ADC，上述输出低通滤波器A1进一步通过所述模拟转数字采样接口ADC接入所述微控制器U2。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的优选技术方案，所述微控制器U2设有一数字转模拟接口DAC，所述微控制器U2进一步通过所述数字转模拟接口DAC接入所述补偿线圈CL2的一侧。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的优选技术方案，当所述微控制器U2的所述模拟转数字采样接口ADC读取到由输出低通滤波器A1输出的至少一模拟信号时，所述模拟转数字采样接口ADC将该模拟信号转换成相应的数字信号。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的优选技术方案，当所述微控制器U2获取由模拟转数字采样接口ADC输出的数字信号时，经由预置于该微控制器U2的补偿算法运算后的已补偿输出数据，再经由所述数字转模拟接口DAC将上述已补偿输出数据向所述补偿线圈CL2输出。
本发明专利还公开了一种基于数字补偿技术的磁平衡传感器，用于检测一被测量电流线IT，所述基于数字补偿技术的磁平衡传感器包括一磁通门开环电路U1和一线圈，上述磁通门开环电路U1设有一输出端DO、一输入端DI和一接口VO，上述被测量电流线IT穿过上述线圈，在上述线圈的一侧绕接有一磁芯线圈绕组CL1，上述输出端DO和上述输入端DI分别接入上述磁芯线圈绕组CL1的两侧，上述接口VO基于一输出低通滤波器A1，其中：
所述基于数字补偿技术的磁平衡传感器还包括：
一微控制器U2；
一补偿线圈CL2，所述补偿线圈CL2绕接于上述线圈；
一补偿驱动电路A2和一补偿和输出控制电路A3，所述微控制器U2通过所述补偿驱动电路A2接入所述补偿线圈CL2的一侧，所述补偿和输出控制电路A3接入所述补偿线圈CL2的另一侧，上述输出低通滤波器A1进一步接入所述微控制器U2。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的优选技术方案，所述微控制器U2设有一模拟转数字采样接口ADC，上述输出低通滤波器A1进一步通过所述模拟转数字采样接口ADC接入所述微控制器U2。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的优选技术方案，所述微控制器U2设有一数字转模拟接口DAC，所述微控制器U2进一步通过所述数字转模拟接口DAC接入所述补偿线圈CL2的一侧。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的优选技术方案，当所述微控制器U2的所述模拟转数字采样接口ADC读取到由输出低通滤波器A1输出的至少一模拟信号时，所述模拟转数字采样接口ADC将该模拟信号转换成相应的数字信号。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的优选技术方案，当所述微控制器U2获取由模拟转数字采样接口ADC输出的数字信号时，经由预置于该微控制器U2的补偿算法运算后的已补偿输出数据，再经由所述数字转模拟接口DAC将上述已补偿输出数据向所述补偿线圈CL2输出。
本发明公开的基于数字补偿技术的磁平衡传感器，其有益效果在于，小电流量程在全温区增益特性中取得较好的效果。
附图说明
图1是本发明的拓扑结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种基于数字补偿技术的磁平衡传感器，下面结合优选实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。
参见附图的图1，图1示出了所述基于数字补偿技术的磁平衡传感器的(泛)拓扑结构。
优选实施例(区分原有磁通门开环方案的电路和新增的数字化补偿电路)。
优选地，所述基于数字补偿技术的磁平衡传感器，用于检测一被测量电流线IT，所述基于数字补偿技术的磁平衡传感器包括一磁通门开环电路U1和一线圈，上述磁通门开环电路U1设有一输出端DO、一输入端DI和一接口VO，上述被测量电流线IT穿过上述线圈，在上述线圈的一侧绕接有一磁芯线圈绕组CL1，上述输出端DO和上述输入端DI分别接入上述磁芯线圈绕组CL1的两侧，上述接口VO基于一输出低通滤波器A1，其中：
所述基于数字补偿技术的磁平衡传感器还包括：
一微控制器U2；
一补偿线圈CL2，所述补偿线圈CL2绕接于上述线圈；
一补偿驱动电路A2和一补偿和输出控制电路A3，所述微控制器U2通过所述补偿驱动电路A2接入所述补偿线圈CL2的一侧，所述补偿和输出控制电路A3接入所述补偿线圈CL2的另一侧，上述输出低通滤波器A1进一步接入所述微控制器U2。
进一步地，所述微控制器U2设有一模拟转数字采样接口ADC，上述输出低通滤波器A1进一步通过所述模拟转数字采样接口ADC接入所述微控制器U2。
进一步地，所述微控制器U2设有一数字转模拟接口DAC，所述微控制器U2进一步通过所述数字转模拟接口DAC接入所述补偿线圈CL2的一侧。
进一步地，当所述微控制器U2的所述模拟转数字采样接口ADC读取到由输出低通滤波器A1输出的至少一模拟信号时，所述模拟转数字采样接口ADC将该模拟信号转换成相应的数字信号。
进一步地，当所述微控制器U2获取由模拟转数字采样接口ADC输出的数字信号时，经由预置于该微控制器U2的补偿算法运算后的已补偿输出数据，再经由所述数字转模拟接口DAC将上述已补偿输出数据向所述补偿线圈CL2输出。
第一实施例(不区分原有磁通门开环方案的电路和新增的数字化补偿电路，将原有磁通门开环方案和新增的数字化补偿电路一并作为整体意义上的技术方案)。
优选地，所述基于数字补偿技术的磁平衡传感器，用于检测一被测量电流线IT，所述基于数字补偿技术的磁平衡传感器包括一磁通门开环电路U1和一线圈，上述磁通门开环电路U1设有一输出端DO、一输入端DI和一接口VO，上述被测量电流线IT穿过上述线圈，在上述线圈的一侧绕接有一磁芯线圈绕组CL1，上述输出端DO和上述输入端DI分别接入上述磁芯线圈绕组CL1的两侧，上述接口VO基于一输出低通滤波器A1，其中：
所述基于数字补偿技术的磁平衡传感器还包括：
一微控制器U2；
一补偿线圈CL2，所述补偿线圈CL2绕接于上述线圈；
一补偿驱动电路A2和一补偿和输出控制电路A3，所述微控制器U2通过所述补偿驱动电路A2接入所述补偿线圈CL2的一侧，所述补偿和输出控制电路A3接入所述补偿线圈CL2的另一侧，上述输出低通滤波器A1进一步接入所述微控制器U2。
进一步地，所述微控制器U2设有一模拟转数字采样接口ADC，上述输出低通滤波器A1进一步通过所述模拟转数字采样接口ADC接入所述微控制器U2。
进一步地，所述微控制器U2设有一数字转模拟接口DAC，所述微控制器U2进一步通过所述数字转模拟接口DAC接入所述补偿线圈CL2的一侧。
进一步地，当所述微控制器U2的所述模拟转数字采样接口ADC读取到由输出低通滤波器A1输出的至少一模拟信号时，所述模拟转数字采样接口ADC将该模拟信号转换成相应的数字信号。
进一步地，当所述微控制器U2获取由模拟转数字采样接口ADC输出的数字信号时，经由预置于该微控制器U2的补偿算法运算后的已补偿输出数据，再经由所述数字转模拟接口DAC将上述已补偿输出数据向所述补偿线圈CL2输出。
根据本发明上述各个实施例公开的基于数字补偿技术的磁平衡传感器，其拓扑结构阐述如下。
参见附图的图1，沿该附图的长度方向(注意该附图相对于页面的角度)的虚线的左侧，为现有的磁通门开环方案所涉及的电路；沿该附图的长度方向的虚线右侧，为新增设的闭环补偿电路，在闭环补偿电路中增设具有数字处理器软件补偿功能的数字处理器(微控制器)。
具体地，U1：原磁通门开环电路；CL1：原磁芯线圈绕组；A1：原输出低通滤波器；IT：被测量电流线；U2：控制器电路(微控制器，数字处理器，下同)；ADC：模拟转数字采样接口；DAC：数字转模拟接口；CL2：(新增)补偿线圈；A2：补偿驱动电路；A3：补偿和输出控制电路。
根据本发明上述各个实施例公开的基于数字补偿技术的磁平衡传感器，其工作原理阐述如下。
参见附图的图1，当IT电流有电流流过时。开环电路中DO、DI输出输入的脉冲方波中会受到磁IT磁场影响而使方波的占空比受到前后偏移。磁通门电路是基于脉冲的偏移量的多少将转换成模拟电压量输出到A1输出。这就是原磁通门检测原理。
该原方案的缺点就是检测精度易受磁芯的高低温特性影响，输出在极端温区下输出增益精度因此变差。
而改善补偿办法是按图1右侧电路，U2微控制器ADC读取到A1输出模拟信号将其转换成数字信号。数据经微控制器经算法运算后，经内部数模转后从DAC信号输出。A2是模拟输出驱动补偿线圈，A3是补偿和输出控制电路。
其补偿原理是使补偿线圈的电路与被测电流的增益值相抵消，使之原A1输出端保持在一个中点电压。经过这电路后，新的模拟输出信号则A3电路输出。在这一环闭过程中，微处理器从ADC中也能获得到补偿数据，而这个补偿数据就可转换成被测电流的值。
值得一提的是，本发明专利申请涉及的低通滤波器的具体选型等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于数字补偿技术的磁平衡传感器，用于检测一被测量电流线IT，所述基于数字补偿技术的磁平衡传感器包括一磁通门开环电路U1和一线圈，上述磁通门开环电路U1设有一输出端DO、一输入端DI和一接口VO，上述被测量电流线IT穿过上述线圈，在上述线圈的一侧绕接有一磁芯线圈绕组CL1，上述输出端DO和上述输入端DI分别接入上述磁芯线圈绕组CL1的两侧，上述接口VO连接于一输出低通滤波器A1，其特征在于：
所述基于数字补偿技术的磁平衡传感器还包括以下电路结构：
一微控制器U2；
一补偿线圈CL2，所述补偿线圈CL2绕接于上述线圈；
一补偿驱动电路A2和一补偿和输出控制电路A3，所述微控制器U2通过所述补偿驱动电路A2接入所述补偿线圈CL2的一侧，所述补偿和输出控制电路A3接入所述补偿线圈CL2的另一侧，上述输出低通滤波器A1进一步接入所述微控制器U2；
所述微控制器U2设有一模拟转数字采样接口ADC，上述输出低通滤波器A1进一步通过所述模拟转数字采样接口ADC接入所述微控制器U2；
所述微控制器U2设有一数字转模拟接口DAC，所述微控制器U2进一步通过所述数字转模拟接口DAC经由所述补偿驱动电路A2接入所述补偿线圈CL2的一侧；
当所述微控制器U2的所述模拟转数字采样接口ADC读取到由输出低通滤波器A1输出的至少一模拟信号时，所述模拟转数字采样接口ADC将该模拟信号转换成相应的数字信号；
当所述微控制器U2获取由模拟转数字采样接口ADC输出的数字信号时，经由预置于该微控制器U2的补偿算法运算后，获得已补偿输出数据，再经由所述数字转模拟接口DAC将上述已补偿输出数据向所述补偿线圈CL2输出；
使补偿线圈CL2的电路与被测量电流线IT的被测电流的增益值相抵消，使之低通滤波器A1的输出端保持在一个中点电压，经过上述电路结构，新的模拟输出则由信号补偿和输出控制电路A3电路输出，微控制器U2从模拟转数字采样接口ADC中获得补偿数据，并且该补偿数据就转换成被测电流的值。
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