CN112444662A - 一种电流传感器及电流感应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电流传感器及电流感应系统，电流传感器包括：EMC磁环、同轴线和负载电阻，所述同轴线缠绕所述EMC磁环形成同轴线圈，所述同轴线的首端线芯与负载电阻的一端连接，所述同轴线的尾端屏蔽层与负载电阻的另一端连接，所述同轴线的首端屏蔽层与同轴线的尾端线芯连接。电流感应系统包括上述的电流传感器。本电流传感器通过同轴线加载到EMC磁环上从而使得其具有如此良好的高频特性。本发明主要用于电流传感器技术领域。

Description

一种电流传感器及电流感应系统
技术领域
本发明涉及电流传感器技术领域，特别涉及一种电流传感器及电流感应系统。
背景技术
传统电流传感器一般分为三种类型，霍尔效应电流传感器，罗氏线圈电流传感器，负载电阻分流器类型电流传感器。霍尔效应电流传感器一般带宽低，上限一般只能做到150KHz左右，而且存在零点漂移的问题。罗氏线圈带宽较高，但是不能直接反映电流的变化，需要在后端添加积分电路。积分电路的性能严重影响实际效果。负载电阻分流器里面的同轴分流器带宽很高，配合合适的放大电路可以达到微波频段的响应。但是无法与被测试端电气隔离，在很多场合不太适合，无法应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种电流传感器及电流感应系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一方面，提供一种电流传感器，包括：EMC磁环、同轴线和负载电阻，所述同轴线缠绕所述EMC磁环形成同轴线圈，所述同轴线的首端线芯与负载电阻的一端连接，所述同轴线的尾端屏蔽层与负载电阻的另一端连接，所述同轴线的首端屏蔽层与同轴线的尾端线芯连接。
进一步，所述同轴线的阻抗为50欧姆。
进一步，所述EMC磁环的表面涂覆有保护层。
进一步，所述EMC磁环包括：镍锌磁环、锰锌磁环或者非晶磁环任意一种。
另一方面，提供一种电流感应系统，包括待感应电流线、信号采集装置和上述技术方案任一项所述的电流传感器，待感应电流线穿过所述EMC磁环，所述信号采集装置用于采集电流传感器输出的信号。
本发明的有益效果是：提供一种电流传感器及电流感应系统，电流传感器包括：EMC磁环、同轴线和负载电阻，所述同轴线缠绕所述EMC磁环形成同轴线圈，所述同轴线的首端线芯与负载电阻的一端连接，所述同轴线的尾端屏蔽层与负载电阻的另一端连接，所述同轴线的首端屏蔽层与同轴线的尾端线芯连接。系统包括上述的电流传感器。本电流传感器通过同轴线加载到EMC磁环上从而使得其具有如此良好的高频特性。由于系统包括上述的传感器，其也具有该传感器的有益效果，这里就不重复描述了。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本电流传感器的原理图；
图2是感应高速直流脉冲信号后得到的波形图；
图3是感应二极管反向开关时间信号得到的波形图；
图4是本电流传感器的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参考图1和图4,一种电流传感器，包括：EMC磁环100、同轴线200和负载电阻300，所述同轴线200缠绕所述EMC磁环100形成同轴线圈，所述同轴线200的首端线芯230与负载电阻300的一端连接，所述同轴线200的尾端屏蔽层220与负载电阻300的另一端连接，所述同轴线200的首端屏蔽层210与同轴线200的尾端线芯240连接。对于同轴线圈的匝数根据需要的输出电流而定。本领域技术人员显然知道，同轴线200的首端屏蔽层210与同轴线200的尾端线芯240之间是通过导线连接。
当该电流传感器工作时，通过将第一输出端310连接到负载电阻300的一端，第二输出端320连接到负载电阻300的另一端。通过第一输出端310和第二输出端320作为整个电流传感器的输出端。在对电流信号进行感应的时候，可以通过将数据采集装置的输入接口连接到第一输出端310和第二输出端320。
为了验证本电流传感器对于直流脉冲的工作性能，采用测试导线400，并在测试导线400上加载高速直流脉冲信号，通过示波器连接作为数据采集装置，其中，加载的高速直流脉冲信号的频率为20MHZ。参考图2，在图2中的波形通道中，上面的波形(2通道)为从电流传感器的输出端得到的波形信号。通过分析波形可知，整体波形识别情况良好，可以识别出20MHZ的高频变化。从这个测试可知，本电流传感器对于高频直流脉冲信号具有很好的感应能力。
为了验证本电流传感器对于交流变化的工作性能，采用测试导线400，并在测试导线400上加载测试二极管反向开关时间信号，通过示波器连接作为数据采集装置。参考图3，在图3中的波形可以知道，本电流传感器可以识别到72ns的电流变化。从这个测试可知，本电流传感器对于高频的交流变化具有很好的感应能力。
综上所述，本电流传感器具有良好的高频特性。
本电流传感器是整体结构是通过意外构造出来，对于其的理论研究还并不深入。大致的理论分析如下：将在同轴线圈中产生相应的感应电流记为i(t)，此电流流经线圈负载电阻300，产生与i(t)电流对应的电压e(t)。根据安培环路定理：
∮H*dl＝i(t)
因此对于EMC磁环100内部，磁场强度处处相等，则磁场强度为：
H＝I/Le
在同轴线圈上面产生一个磁场强度相等，方向相反的感应磁场，因此，同轴线圈上面的电流为：
i(t)＝I/2n
得到负载电阻300两端的电压:
e(t)＝I*R/2*n。
I为通过测试导线400的电流，dl表示为电流元，n为同轴线圈的匝数，Le为有效磁路长度，H为磁场强度，R为负载电阻300的阻值。
以上理论分析可知，本电流传感器的高频特性跟同轴线圈的匝数无关，通过多次测试也证明了这一点。
本电流传感器通过同轴线200加载到EMC磁环100上从而使得其具有如此良好的高频特性。
本电流传感器现对于罗氏线圈(罗哥夫斯基线圈)具有很大的优势，首先罗氏线圈需要后级接积分器才可以得到感应数据，而本电流传感器则不需要，本电流传感器直接从负载电阻300的两端即可得到需要的感应数据。
本电流传感器对于同轴线200的阻抗并不要求，只要是一般的同轴线200阻抗即可，比如说30欧姆、50欧姆或者75欧姆。考虑到选材方便，在一些优选的实施例中，所述同轴线200的阻抗为50欧姆。
为了避免EMC磁环100的表面氧化，在所述EMC磁环100的表面涂覆有保护层。
对于EMC磁环100的选材，可以选用镍锌磁环、锰锌磁环或者非晶磁环任意一种。
本具体实施方式还提供一种系统，包括待感应电流线、信号采集装置和上述任意实施例中所述的电流传感器，待感应电流线穿过所述EMC磁环100，所述信号采集装置用于采集所述电流传感器输出的信号。具体为：信号采集装置的输入端与电流传感器的输出端连接，通过检测电流传感器的输出电压来得到电流传感器的输出信号。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种电流传感器，其特征在于，包括：EMC磁环、同轴线和负载电阻，所述同轴线缠绕所述EMC磁环形成同轴线圈，所述同轴线的首端线芯与负载电阻的一端连接，所述同轴线的尾端屏蔽层与负载电阻的另一端连接，所述同轴线的首端屏蔽层与同轴线的尾端线芯连接。
2.根据权利要求1所述的一种电流传感器，其特征在于：所述同轴线的阻抗为50欧姆。
3.根据权利要求1所述的一种电流传感器，其特征在于：所述EMC磁环的表面涂覆有保护层。
4.根据权利要求1所述的一种电流传感器，其特征在于：所述EMC磁环包括：镍锌磁环、锰锌磁环或者非晶磁环任意一种。
5.一种电流感应系统，其特征在于：包括待感应电流线、信号采集装置和权利要求1至4任一项所述的电流传感器，待感应电流线穿过所述EMC磁环，所述信号采集装置用于采集电流传感器输出的信号。
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