CN113866477A - 四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电流检测技术领域，公开了一种四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法及系统，磁芯C1，线圈N1为一组磁调制单元，感应原边电流，经平均值解调产生电压信号；磁芯C2，线圈N2为另一组磁调制单元产生另一组电压信号，两组电压信号差分放大后为原边电流的感应电压；感应电压通过积分放大器在N6产生反馈电流，形成低频信号零磁通反馈；磁芯C3，线圈N3，线圈N4为一组零磁通单元，使C1,C2,C3的磁通总和为零，消除变压器效应形成的干扰；磁芯C4，线圈N5为一组磁积分器，与线圈N6形成高频零磁通反馈，使C1,C2,C3,C4的磁通量为零，抑制变压器效应干扰。本发明能大幅度减小零点偏置和稳定性。

Description

四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法及系统

技术领域

本发明属于电流检测技术领域，尤其涉及一种四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法及系统。

背景技术

目前，电流检测作为人类观察和利用电现象的一门历史悠久并不断发展的技术学科。无论是在电力、冶金、化工、机械和电气机车等工业领域，还是在核物理、大功率电子学等科学领域都涉及到电流检测问题。

目前电流检测主要采用以下方法：1、分流器；2、霍尔原理；3、磁调制原理；4、磁电阻原理；5、罗氏线圈原理；6、电流互感器原理。在需要高精度电流检测应用场合中，磁调制电流检测技术相比其它技术具有测量直流电流和交流电流、精度高、温漂低、电流测量范围广等优点。但是磁调制原理可能会有电压噪声反馈到被测原边电流上，控制电路复杂，次级线圈的分布电容影响电流传感器的测量带宽等问题影响电流检测精度。

2011年，西班牙加泰罗尼亚技术大学(Technical University of Catalonia)G.Velasco-Quesada等和西班牙Premo公司F.Jerez合作将开环自激振荡磁通门技术与传统交流电流互感器技术相结合，研制出类似传统磁通门电流传感器的三磁芯三绕组闭环自激振荡磁通门电流传感器。但是，由于未考虑作为直流零磁通检测器的开环自激振荡磁通门自身线性度和稳定度、缺乏闭环系统优化设计的理论。依据未考虑副边调制纹波引入的检测误差等问题，导致满量程内的检测精度仅为0.2％。

2014年，河北工业大学杨晓光等对G.Velasco-Quesada等提出的三磁芯三绕组闭环检测方案进行了改进，研制出两磁芯三绕组闭环自激振荡磁通门孔径30mm电流传感器。但同样由于未考虑自激振荡磁通门自身线性度和稳定度、缺乏系统优化设计的理论依据、未考虑副边调制纹波等问题，导致满量程±20A内的检测精度仅为0.7％。

2015-2016年间，杨晓光等又对该方案的磁芯和绕组结构进行了改进，但由于未解决上述限制测量精度的核心问题，最终导致优化版的孔径30mm传感器满量程±25A内的检测精度最高仅为0.4％。

综上所述，亟需一种新的调制高精度超大孔径电流检测方法。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)目前的电流检测方法中，磁调制原理可能会有电压噪声反馈到被测原边电流上，控制电路复杂，次级线圈的分布电容影响电流传感器的测量带宽等问题影响电流检测精度。

(2)现有技术由于未考虑作为直流零磁通检测器的开环自激振荡磁通门自身线性度和稳定度、缺乏闭环系统优化设计的理论；依据未考虑副边调制纹波引入的检测误差等问题，导致满量程内的检测精度仅为0.2％。

(3)现有技术由于未考虑自激振荡磁通门自身线性度和稳定度、缺乏系统优化设计的理论依据、未考虑副边调制纹波等问题，导致满量程±20A内的检测精度仅为0.7％。

(4)现有技术由于未解决限制测量精度的核心问题，最终导致优化版的孔径30mm传感器满量程±25A内的检测精度最高仅为0.4％。

解决以上问题及缺陷的难度为：

(1)大尺寸的电流传感器内径中的面积大，包含的地磁和环境干扰磁场大，很难将此部分干扰磁场与被测电流产生的磁场区分开；

(2)磁通门电流检测原理中自激振荡电路对输出信号和原边产生变压器效应干扰电压无法消除，此电压混合在输出检测电压中，很难将此电压与检测被测电流产生的电压区分开。

解决以上问题及缺陷的意义为：

(1)解决难点1可以将现有的电流传感器内径尺寸从几十毫米扩大到几百毫米，弥补现在国内外没有超大孔径电流传感器产品的短板。

(2)解决难点2可以将现在电流检测的精度提高到0.1％以上，达到0.01％及更高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法及系统。

本发明是这样实现的，一种四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法，所述四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法包括以下步骤：

步骤一，磁芯C1，线圈N1为一组磁调制单元，感应原边电流，经过平均值解调后，产生电压信号；

步骤二，磁芯C2，线圈N2为另一组磁调制单元产生另一组电压信号，两组电压信号差分放大后为原边电流的感应电压；

步骤三，感应电压通过积分放大器，在N6产生反馈电流，反馈电流与原边电流大小相等方向相反，形成低频信号零磁通反馈；

步骤四，磁芯C3，线圈N3，线圈N4为一组零磁通单元，使C1,C2,C3的磁通总和为零，消除变压器效应形成的干扰；

步骤五，磁芯C4，线圈N5为一组磁积分器，与线圈N6形成高频零磁通反馈，并使C1,C2,C3,C4的磁通量为零，抑制变压器效应干扰。

进一步，所述四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法，还包括补偿孪生磁芯线圈；其中，所述补偿孪生磁芯线圈的基本原理为：

C1,C2为在同样的工艺、设备、材料和模具下生产出来的同一批磁芯中，挑选出来的一对磁芯；磁芯C1正向绕制N1线圈，磁芯C2相对磁芯C1顺时针旋转180度，并反向绕制与N1线圈匝数相同的N2；磁芯C1,C2和线圈N1,N2形成一组相互补偿的孪生磁芯线圈；两组磁芯线圈对地磁的干扰和电路误差干扰方向相反幅度相同，对原边电流感应方向相同幅度相同，通过差分放大后，消除地磁干扰和电路误差干扰，增加原边电流的敏感度。

进一步，所述四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法，还包括多点磁通补偿方法；其中，所述多点磁通补偿方法为：增加两个磁芯线圈，一个进行零磁通磁通补偿，一个进行磁积分磁通补偿。

进一步，所述零磁通磁通补偿原理，包括：

磁芯C3，线圈N3、N4与C1、C2形成一个零磁通系统；当C1,C2中有交流磁通量，N3感应磁通，形成感应电压，感应电压放大后作用与N4,N4产生反馈电流，C3产生反向磁通，当放大倍数非常大时，N3线圈感应的磁通量接近与零，用于消除自激振荡信号对原边电流与反馈线圈的变压器效应。

进一步，所述磁积分磁通补偿原理，包括：

磁芯C4，线圈N5、N6与磁芯C1、C2、C3形成一个零磁通系统；当C1、C2、C3有残余交变磁通时，线圈N6上产生感应电压；N5通过C4产生感应电压，N5上产生的感应电压通过积分反馈给N6，抑制N6产生感应电压，消除自激振荡信号对反馈线圈的变压器效应；N6上的电流总和原边电流相等，通过对N6上的电流进行采集，达到测量原边电流的目的。

进一步，所述四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法，还包括新型自激振荡方法；其中，所述新型自激振荡方法的原理，包括：

新型自激振荡方法产生的自激电压正反幅值是通过对同一个参考电压进行线性放大得到，通过对放大倍数的选择，正向幅值电压和反向幅值电压的绝对值都是标准参考电压的一定比例，得到一个正反幅值对称性和稳定性非常好的激励方波电压。

新型自激振荡方法是通过MOS管的开关来做选择电路，由于MOS管的导通电阻非常小，故忽略导通电阻对电路的影响。

通过推导得出：当R6/R7＝3，R4/R5＝3，R5/R8＝5时，振荡方波的幅值U2为标准电压U1的两倍；标准电压的精度已经可以做到非常高，并且可做到最高2ppm的温漂和2ppm/year的时漂；振荡波形的幅值U2和标准电压U1是线性关系，故可获得比较高的精度和稳定度，并且通过对电阻比例的调整，调节U1和U2的比例关系，进而达到调整振荡方波幅值的目的。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述的四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法的四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测系统，所述四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测系统包括：

电压信号产生模块，用于通过将磁芯C1，线圈N1为一组磁调制单元，感应原边电流，经过平均值解调后，产生电压信号；

感应电压获取模块，用于通过将磁芯C2，线圈N2为另一组磁调制单元产生另一组电压信号，两组电压信号差分放大后为原边电流的感应电压；

零磁通反馈模块，用于将感应电压通过积分放大器，在N6产生反馈电流，反馈电流与原边电流大小相等方向相反，形成低频信号零磁通反馈；

干扰消除模块，用于通过将磁芯C3，线圈N3，线圈N4为一组零磁通单元，使C1,C2,C3的磁通总和为零，消除变压器效应形成的干扰；

干扰抑制模块，用于通过将磁芯C4，线圈N5为一组磁积分器，与线圈N6形成高频零磁通反馈，并使C1,C2,C3,C4的磁通量为零，抑制变压器效应干扰。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

磁芯C1，线圈N1为一组磁调制单元，感应原边电流，经过平均值解调后，产生电压信号；磁芯C2，线圈N2为另一组磁调制单元产生另一组电压信号，两组电压信号差分放大后为原边电流的感应电压；

感应电压通过积分放大器，在N6产生反馈电流，反馈电流与原边电流大小相等方向相反，形成低频信号零磁通反馈；磁芯C3，线圈N3，线圈N4为一组零磁通单元，使C1,C2,C3的磁通总和为零，消除变压器效应形成的干扰；磁芯C4，线圈N5为一组磁积分器，与线圈N6形成高频零磁通反馈，并使C1,C2,C3,C4的磁通量为零，抑制变压器效应干扰。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

磁芯C1，线圈N1为一组磁调制单元，感应原边电流，经过平均值解调后，产生电压信号；磁芯C2，线圈N2为另一组磁调制单元产生另一组电压信号，两组电压信号差分放大后为原边电流的感应电压；

感应电压通过积分放大器，在N6产生反馈电流，反馈电流与原边电流大小相等方向相反，形成低频信号零磁通反馈；磁芯C3，线圈N3，线圈N4为一组零磁通单元，使C1,C2,C3的磁通总和为零，消除变压器效应形成的干扰；磁芯C4，线圈N5为一组磁积分器，与线圈N6形成高频零磁通反馈，并使C1,C2,C3,C4的磁通量为零，抑制变压器效应干扰。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测系统。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法，C1,C2,N1,N2组成孪生补偿磁芯线圈，通过干扰互补，抑制了外部磁场和电路误差对电流检测精度的影响；C1,C2,C3,C4磁芯使用新型磁芯制备工艺，磁芯磁导率提高，减小磁芯磁阻，并消除了磁芯切断后对磁导率的影响；N3,N4,N5,N6组成多单元的零磁通反馈，可以消除振荡电路的变压器效应。

本发明针对磁调制原理超大孔径电流检测技术中，超大孔径对地磁变化和电路误差敏感导致电流检测精度低的问题，提出一种四磁芯六线圈的高精度电流检测技术。本发明首先使用创新的新型自激振荡电路，然后建立由检测磁芯、孪生检测磁芯、零磁通补偿磁芯、零积分补偿磁芯、六个线圈组成的磁调制电流检测模型，可以达到0.01％的电流检测精度。本方面还具有以下优点：

(1)四磁芯六线圈的磁调制电流检测模型。

本发明结合国内外关于磁调制电流检测技术，提出一种由检测磁芯、孪生检测磁芯、零磁通补偿磁芯、零积分补偿磁芯、六个线圈组成的四磁芯六线圈磁调制电流检测方法，解决针对超大孔径电流检测中的各项技术难点。

(2)创新的新型自激振荡电路，可大幅度提高磁调制电流传感器的精度。

新型自激振荡方法产生的自激电压正反幅值是通过对同一个参考电压进行线性放大得到，通过对放大倍数的选择，正向幅值电压和反向幅值电压的绝对值都是标准参考电压的一定比例，标准参考电压的稳定度和准确度可以做到非常高，可以得到一个正反幅值对称性和稳定性非常好的激励方波电压，大幅度减小了零点偏置和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1是本发明实施例提供的四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法流程图。

图2是本发明实施例提供的四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法原理图。

图3是本发明实施例提供的四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测系统结构框图；

图中：1、电压信号产生模块；2、感应电压获取模块；3、零磁通反馈模块；4、干扰消除模块；5、干扰抑制模块。

图4是本发明实施例提供的孪生磁芯线圈示意图。

图5是本发明实施例提供的零磁通补偿图。

图6是本发明实施例提供的磁积分磁通补偿图。

图7是本发明实施例提供的传统自激振荡电路示意图。

图8是本发明实施例提供的新型自激振荡方法原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法及系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法包括以下步骤：

S101，磁芯C1，线圈N1为一组磁调制单元，感应原边电流，经过平均值解调后，产生电压信号；

S102，磁芯C2，线圈N2为另一组磁调制单元产生另一组电压信号，两组电压信号差分放大后为原边电流的感应电压；

S103，感应电压通过积分放大器，在N6产生反馈电流，反馈电流与原边电流大小相等方向相反，形成低频信号零磁通反馈；

S104，磁芯C3，线圈N3，线圈N4为一组零磁通单元，使C1,C2,C3的磁通总和为零，消除变压器效应形成的干扰；

S105，磁芯C4，线圈N5为一组磁积分器，与线圈N6形成高频零磁通反馈，并使C1,C2,C3,C4的磁通量为零，抑制变压器效应干扰。

本发明实施例提供的四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法原理图如图2所示。

如图3所示，本发明实施例提供的四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测系统包括：

电压信号产生模块1，用于通过将磁芯C1，线圈N1为一组磁调制单元，感应原边电流，经过平均值解调后，产生电压信号；

感应电压获取模块2，用于通过将磁芯C2，线圈N2为另一组磁调制单元产生另一组电压信号，两组电压信号差分放大后为原边电流的感应电压；

零磁通反馈模块3，用于将感应电压通过积分放大器，在N6产生反馈电流，反馈电流与原边电流大小相等方向相反，形成低频信号零磁通反馈；

干扰消除模块4，用于通过将磁芯C3，线圈N3，线圈N4为一组零磁通单元，使C1,C2,C3的磁通总和为零，消除变压器效应形成的干扰；

干扰抑制模块5，用于通过将磁芯C4，线圈N5为一组磁积分器，与线圈N6形成高频零磁通反馈，并使C1,C2,C3,C4的磁通量为零，抑制变压器效应干扰。

下面结合术语解释对本发明的技术方案作进一步描述。

磁调制电流检测：在一个磁性上给定一个交流电流，此电流产生的磁场让磁芯交替进入饱和状态，当磁芯中检测电流为零时，感应电压值存在奇次谐波，当检测电流不为零时，感应电压会包含偶次谐波。检测此偶次谐波的幅值和电位，可以计算出检测电流的大小及方向。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

实施例1

(1)总体方案

至今还没有超大孔径高精度电流检测技术成果，是由非常多的因素造成的：

因素1：孔径大，需要磁芯的周长会很长，相应的磁阻会很大，单位电流产生的磁感应强度会特别低，检测难度加大；

因素2：磁导率和磁感应强度的降低导致更容易受到外部磁场的干扰，尤其是地磁干扰，孔径越大，越多的地磁会通过磁芯，造成更大的位置误差和角度误差；

因素3：超大孔径会造成磁敏感度降低，电路误差对电流检测精度影响更加大，电路温漂和直流偏置对检测精度影响非常大；

因素4：磁调制原理的互感效应，不仅对电流检测精度产生影响，还会对原边电流线圈产生干扰。

本发明结合国内外关于磁调制电流检测技术，提出一种四磁芯六线圈的多环磁调制电流检测方法，解决针对超大孔径电流检测中的各项技术难点。四磁芯六线圈磁调制电流检测总体方案如图2所示。

四磁芯六线圈磁调制电流检测基本原理为：磁芯C1，线圈N1为一组磁调制单元，感应原边电流，经过平均值解调后，产生电压信号。磁芯C2，线圈N2为另一组磁调制单元产生另一组电压信号，两组电压信号差分放大后为原边电流的感应电压。感应电压通过积分放大器，在N6产生反馈电流，反馈电流与原边电流大小相等方向相反，形成低频信号零磁通反馈。磁芯C3，线圈N3，线圈N4为一组零磁通单元，使C1,C2,C3的磁通总和为零，消除变压器效应形成的干扰。磁芯C4，线圈N5为一组磁积分器，与线圈N6形成高频零磁通反馈，并使C1,C2,C3,C4的磁通量为零，抑制变压器效应干扰。

此方案可以有效的针对超大孔径电流检测的技术难点，从以下几个方面提出解决方法：

1、C1,C2,N1,N2组成孪生补偿磁芯线圈，通过干扰互补，抑制了外部磁场和电路误差对电流检测精度的影响；

2、C1,C2,C3,C4磁芯使用新型磁芯制备工艺，磁芯磁导率提高，减小磁芯磁阻，并消除了磁芯切断后对磁导率的影响；

3、N3,N4,N5,N6组成多单元的零磁通反馈，可以消除振荡电路的变压器效应。

(2)孪生磁芯线圈补偿方法研究

超大孔径的电流检测不仅减小了磁芯的敏感度，还会使更多的外部磁场进入磁芯，造成外部磁场对电流检测的干扰。尤其是无处不在的地磁，对超大孔径的电流检测影响严重，造成旋转、移动、震动都会产生直流偏置的误差。磁芯线圈敏感度的降低，也使得电路误差对电流检测精度的影响更加严重。

一般通过使用高磁导率的软磁屏蔽壳可以屏蔽一定程度的外部磁场，但是还是会有一部分外部磁场进入磁芯，造成对电流检测精度的影响。同时通过使用高精度的元器件，可以降低电路中的偏置和误差，但是也无法完全消除。

本发明针对超大孔径导致的地磁干扰问题，提出补偿孪生磁芯线圈的方法，原理如图4所示。

补偿孪生磁芯线圈方法的基本原理为：C1,C2为在同样的工艺、设备、材料、模具下生产出来的同一批磁芯中，挑选出来的一对磁芯。磁芯C1正向绕制N1线圈，磁芯C2相对磁芯C1顺时针旋转180度，并反向绕制与N1线圈匝数相同的N2。磁芯C1,C2,和线圈N1,N2形成一组可以相互补偿的孪生磁芯线圈。两组磁芯线圈对地磁的干扰和电路误差干扰方向相反幅度相同，对原边电流感应方向相同幅度相同，通过差分放大后，可消除地磁干扰和电路误差干扰，增加原边电流的敏感度。

孪生磁芯线圈的自激振荡方法和解调方法都是相同的，也有着大致相同的偏置和漂移，通过对两组电压信号的差分，可以相互抵消振荡电路和解调电路带来的偏置和漂移。

在后续的研究过程中，还有几点问题是需要注意和解决的：

1、孪生磁芯的配对：孪生磁芯需要配对的性能非常多，包括均匀度、磁导率、开口漏磁等等，需要根据实际测试结果做选择和改进；

2、孪生磁芯间的串扰：孪生磁芯都有自激振荡电路，相互之间有一定的串扰，需要研究消除串扰的方法。

(3)多点磁通补偿方法研究

磁调制电流检测的自激振荡电路会通过变压器效应互感到反馈线圈和原边电流侧，造成输出信号上会有与自激振荡频率相同的一个干扰信号，影响精度。在原边电流侧，也会感应出一定幅度的方波，对被测量的设备造成干扰。

振荡线圈与反馈线圈和原边电流侧发生互感后，也会使自激振荡电路的激励电流增大，影响电流检测精度。

通过额外磁芯产生一个与自激振荡电路磁场相反的磁场是解决变压器效应的方法。传统的方法是通过向另一个磁芯线圈通入与自激振荡方波相位差180°的方波，达到消除变压器效应的目的。但是由于磁芯之间会出现磁导率、饱和电压、矫顽力等性能的不同，无法做到完全消除变压器效应的目的。由于孪生线圈的存在，传统的方法更加不适用。

减小自激振荡方波的振幅也可以减小变压器效应对电流检测的影响，但是减小振荡方波的振幅，会降低电流检测精度，同时还会降低电流检测的频率带宽。

本发明针对变压器效应问题，提出多点磁通补偿方法，增加两个磁芯线圈，一个进行零磁通磁通补偿，一个进行磁积分磁通补偿。零磁通磁通补偿原理如图5所示。

图5中，磁芯C3，线圈N3、N4与C1、C2形成了一个零磁通系统。当C1,C2中有交流磁通量，N3感应磁通，形成感应电压，感应电压放大后作用与N4,N4产生反馈电流，C3产生反向磁通，当放大倍数非常大时，N3线圈感应的磁通量接近与零，达到了消除自激振荡信号对原边电流与反馈线圈的变压器效应。

磁积分磁通补偿原理如图6所示。

图6中，磁芯C4，线圈N5、N6与磁芯C1、C2、C3形成了一个零磁通系统。当C1、C2、C3有残余交变磁通时，线圈N6上产生感应电压。N5通过C4产生感应电压，N5上产生的感应电压通过积分反馈给N6，抑制N6产生感应电压，消除了自激振荡信号对反馈线圈的变压器效应。N6上的电流总和原边电流相等，可以通过对N6上的电流进行采集，达到测量原边电流的目的。

C4和N5不仅可以抑制变压器效应，同时也可以感应原边电流的交流分量，给反馈电路提供交流信号，提高电流检测的带宽。

实施例2

传统自激振荡方法如图7所示，通过稳压管来做限幅电路，并且通过开关二极管的正向导通性能来做选择电路，来限制方波的幅值，方波幅值等于两个二极管的导通电压和稳压管D5的稳压电压。

稳压二极管的稳压电压和开关二极管的正向压降受非常多的因素所影响，包括：

1.导通电流：稳压二极管的稳压电压和开关二极管的正向压降都会应为导通电流的变化而变化，导通电流也会受到供电电源、运放性能和限流电阻的影响。

2.温飘影响：稳压二极管的稳压电压和开关二极管的正向压降都会因为温度的变化而变化，而且变化量不一致，非常难做温度补偿。

3.一致性差：传统的振荡电路通过开关二极管的正向导通性能来做选择电路，导致二极管正向压降也会影响振荡波形的幅值，如图7中的四个二极管，D1、D4影响方波反向幅值，D2、D3影响正向幅值。D1、D2、D3、D4的一致性直接影响了振荡电压的正反向对称性，导致出现直流偏置。

4.稳定性能差：稳压二极管的稳压电压和开关二极管的正向压降都可能会随着时间流逝，环境因素而变化，导致电流检测的精度变化。

根据传统自激振荡方法的问题，研究了一种新型自激振荡方法，原理如图8所示。

新型自激振荡方法产生的自激电压正反幅值是通过对同一个参考电压进行线性放大得到，通过对放大倍数的选择，正向幅值电压和反向幅值电压的绝对值都是标准参考电压的一定比例，标准参考电压的稳定度和准确度可以做到非常高，可以得到一个正反幅值对称性和稳定性非常好的激励方波电压，大幅度减小了零点偏置和稳定性。

新型自激振荡方法是通过MOS管的开关来做选择电路，由于MOS管的导通电阻可以做到非常小，可以忽略导通电阻对电路的影响。

通过推导可得出：当R6/R7＝3，R4/R5＝3，R5/R8＝5时，振荡方波的幅值U2为标准电压U1的两倍。标准电压的精度已经可以做到非常高，并且可做到最高2ppm的温漂和2ppm/year的时漂。振荡波形的幅值U2和标准电压U1是线性关系，可以获得比较高的精度和稳定度，并且通过对电阻比例的调整，可以调节U1和U2的比例关系，达到调整振荡方波幅值的目的。

利用本发明的技术方案，研制了一台内径为360mm的样机，量程为10A，输出为5V电压。对此样机进行了常温(25℃)，低温(-25℃)和高温(75℃)条件下的电流检测精度测量试验。试验报告如下表：

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法，其特征在于，所述四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法包括以下步骤：

步骤一，磁芯C1，线圈N1为一组磁调制单元，感应原边电流，经过平均值解调后，产生电压信号；

步骤二，磁芯C2，线圈N2为另一组磁调制单元产生另一组电压信号，两组电压信号差分放大后为原边电流的感应电压；

步骤三，感应电压通过积分放大器，在N6产生反馈电流，反馈电流与原边电流大小相等方向相反，形成低频信号零磁通反馈；

步骤四，磁芯C3，线圈N3，线圈N4为一组零磁通单元，使C1,C2,C3的磁通总和为零，消除变压器效应形成的干扰；

步骤五，磁芯C4，线圈N5为一组磁积分器，与线圈N6形成高频零磁通反馈，并使C1,C2,C3,C4的磁通量为零，抑制变压器效应干扰。

2.如权利要求1所述的四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法，其特征在于，所述四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法，还包括补偿孪生磁芯线圈；其中，所述补偿孪生磁芯线圈的基本原理为：

C1,C2为在同样的工艺、设备、材料和模具下生产出来的同一批磁芯中，挑选出来的一对磁芯；磁芯C1正向绕制N1线圈，磁芯C2相对磁芯C1顺时针旋转180度，并反向绕制与N1线圈匝数相同的N2；磁芯C1,C2和线圈N1,N2形成一组相互补偿的孪生磁芯线圈；两组磁芯线圈对地磁的干扰和电路误差干扰方向相反幅度相同，对原边电流感应方向相同幅度相同，通过差分放大后，消除地磁干扰和电路误差干扰，增加原边电流的敏感度。

3.如权利要求1所述的四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法，其特征在于，所述四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法，还包括多点磁通补偿方法；其中，所述多点磁通补偿方法为：增加两个磁芯线圈，一个进行零磁通磁通补偿，一个进行磁积分磁通补偿。

4.如权利要求3所述的四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法，其特征在于，所述零磁通磁通补偿原理，包括：

磁芯C3，线圈N3、N4与C1、C2形成一个零磁通系统；当C1,C2中有交流磁通量，N3感应磁通，形成感应电压，感应电压放大后作用与N4,N4产生反馈电流，C3产生反向磁通，当放大倍数非常大时，N3线圈感应的磁通量接近与零，用于消除自激振荡信号对原边电流与反馈线圈的变压器效应。

5.如权利要求3所述的四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法，其特征在于，所述磁积分磁通补偿原理，包括：

磁芯C4，线圈N5、N6与磁芯C1、C2、C3形成一个零磁通系统；当C1、C2、C3有残余交变磁通时，线圈N6上产生感应电压；N5通过C4产生感应电压，N5上产生的感应电压通过积分反馈给N6，抑制N6产生感应电压，消除自激振荡信号对反馈线圈的变压器效应；N6上的电流总和原边电流相等，通过对N6上的电流进行采集，达到测量原边电流的目的。

6.如权利要求1所述的四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法，其特征在于，所述四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法，还包括新型自激振荡方法；其中，所述新型自激振荡方法的原理，包括：

新型自激振荡方法产生的自激电压正反幅值是通过对同一个参考电压进行线性放大得到，通过对放大倍数的选择，正向幅值电压和反向幅值电压的绝对值都是标准参考电压的一定比例，得到一个正反幅值对称性和稳定性非常好的激励方波电压；

新型自激振荡方法是通过MOS管的开关来做选择电路，由于MOS管的导通电阻非常小，故忽略导通电阻对电路的影响；

通过推导得出：当R6/R7＝3，R4/R5＝3，R5/R8＝5时，振荡方波的幅值U2为标准电压U1的两倍；标准电压的精度已经可以做到非常高，并且可做到最高2ppm的温漂和2ppm/year的时漂；振荡波形的幅值U2和标准电压U1是线性关系，故可获得比较高的精度和稳定度，并且通过对电阻比例的调整，调节U1和U2的比例关系，达到调整振荡方波幅值。

7.一种应用如权利要求1～6任意一项所述的四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测方法的四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测系统，其特征在于，所述四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测系统包括：

电压信号产生模块，用于通过将磁芯C1，线圈N1为一组磁调制单元，感应原边电流，经过平均值解调后，产生电压信号；

感应电压获取模块，用于通过将磁芯C2，线圈N2为另一组磁调制单元产生另一组电压信号，两组电压信号差分放大后为原边电流的感应电压；

零磁通反馈模块，用于将感应电压通过积分放大器，在N6产生反馈电流，反馈电流与原边电流大小相等方向相反，形成低频信号零磁通反馈；

干扰消除模块，用于通过将磁芯C3，线圈N3，线圈N4为一组零磁通单元，使C1,C2,C3的磁通总和为零，消除变压器效应形成的干扰；

干扰抑制模块，用于通过将磁芯C4，线圈N5为一组磁积分器，与线圈N6形成高频零磁通反馈，并使C1,C2,C3,C4的磁通量为零，抑制变压器效应干扰。

8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

磁芯C1，线圈N1为一组磁调制单元，感应原边电流，经过平均值解调后，产生电压信号；磁芯C2，线圈N2为另一组磁调制单元产生另一组电压信号，两组电压信号差分放大后为原边电流的感应电压；

感应电压通过积分放大器，在N6产生反馈电流，反馈电流与原边电流大小相等方向相反，形成低频信号零磁通反馈；磁芯C3，线圈N3，线圈N4为一组零磁通单元，使C1,C2,C3的磁通总和为零，消除变压器效应形成的干扰；磁芯C4，线圈N5为一组磁积分器，与线圈N6形成高频零磁通反馈，并使C1,C2,C3,C4的磁通量为零，抑制变压器效应干扰。

9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

磁芯C1，线圈N1为一组磁调制单元，感应原边电流，经过平均值解调后，产生电压信号；磁芯C2，线圈N2为另一组磁调制单元产生另一组电压信号，两组电压信号差分放大后为原边电流的感应电压；

感应电压通过积分放大器，在N6产生反馈电流，反馈电流与原边电流大小相等方向相反，形成低频信号零磁通反馈；磁芯C3，线圈N3，线圈N4为一组零磁通单元，使C1,C2,C3的磁通总和为零，消除变压器效应形成的干扰；磁芯C4，线圈N5为一组磁积分器，与线圈N6形成高频零磁通反馈，并使C1,C2,C3,C4的磁通量为零，抑制变压器效应干扰。

10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求7所述的四磁芯六线圈磁调制高精度超大孔径电流检测系统。

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