CN113866487A - 一种磁环线圈微小电流检测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种磁环线圈微小电流检测器，包括磁环线圈、检测电路，磁环线圈与检测电路相连；磁环线圈包括磁环、二次绕组，二次绕组缠绕在磁环上，检测电路包括电源电路、振荡电路、采样电路、滤波放大电路、信号处理电路，电源电路输入端与电源的输入输出接口相连，电源电路输出端分别与振荡电路、信号处理电路、滤波放大电路相连，振荡电路与磁环线圈相连，磁环线圈、采样电路、第一滤波放大电路、信号处理电路依次相连，信号处理电路输出端与电源的输入输出接口相连。本发明的有益效果是:本发明结构简单、工作稳定、耗电量低、对微小电流检测精度高、交直流均适用。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种磁环线圈微小电流检测器。
背景技术
在工程测量中，交流电流可以方便地通过电流互感器进行非接触式测量，其原理是在1831年，由迈克尔·法拉第发现的电磁感应原理，但直流电流，尤其是微小的直流电流在非接触状态下往往不容易准确地测量出来。
输送爆燃性介质的管道中，往往由于输送时的摩擦产生静电，部分静电会通过金属制管道引向大地，若静电过多，在此过程中可能导致静电放电，继而可能导致爆炸。若能测量管道上的微小电流，则可以预警与防止意外的发生。
在气力输送或重力输送过程中，由于物料与物料、物料与管道、物料与输送介质、输送介质与管道之间的摩擦，导致物料带有静电。若在爆炸性粉尘或气体的条件下，带电物料与管道、料仓等金属物体之间的电荷量超出临界值时，会造成静电放电，继而可能导致爆炸。若能测量管道上的微小电流，则可以计算出物料的带电情况，从而预警与防止意外的发生。
在生产与研究中，很多时候需要测量多根导线的合电流，从而判断系统工作状态或者测量泄漏电流，若能测量管道上的微小电流，则可以计算出物料的带电情况，从而预警与防止意外的发生。
随着需求的提高，在很多场合，传统的铁氧体材料已经无法满足需求。一种新型材料制作的纳米晶磁环在家用空调，轨道交通，太阳能、风能发电等领域得到了非常广泛的运用。现在市面上大部分的纳米晶磁环的是由一种叫铁基纳米晶软磁合金做成的。它具有良好的高频特性，更低的矫顽力以及损耗。它的制作过程是把铁硅硼铜铌五种元素按固定的比例混合加热到1400度后进行急速冷却制作成的带状材料。随后再卷绕成圆形磁芯。再进行热处理使得其再次晶化，便拥有了良好的软磁性能。
发明内容
本发明提供了一种磁环线圈微小电流检测器，包括磁环线圈、检测电路，所述磁环线圈与所述检测电路相连；所述磁环线圈包括磁环、二次绕组，所述二次绕组缠绕在所述磁环上，所述检测电路包括电源电路、振荡电路、采样电路、第一滤波放大电路、信号处理电路，所述电源电路输入端与电源的输入输出接口相连，所述电源电路输出端分别与所述振荡电路、所述信号处理电路、所述滤波放大电路相连，所述振荡电路与所述磁环线圈相连，所述磁环线圈、所述采样电路、所述第一滤波放大电路、所述信号处理电路依次相连，所述信号处理电路输出端与所述电源的输入输出接口相连。
作为本发明的进一步改进，所述磁环线圈包括反馈绕组，所述反馈绕组缠绕在所述磁环上。
作为本发明的进一步改进，该磁环线圈微小电流检测器包括现场调零电路，所述现场调零电路与所述信号处理电路相连。
作为本发明的进一步改进，该磁环线圈微小电流检测器包括现场校准电路，所述现场校准电路与所述信号处理电路相连。
作为本发明的进一步改进，该磁环线圈微小电流检测器包括频率转换电路、第二滤波放大电路，所述磁环线圈与所述频率转换电路相连，所述频率转换电路与所述第二滤波放大电路相连，所述第二滤波放大电路与所述信号处理电路相连，所述电源电路为所述频率转换电路、所述第二滤波放大电路提供电源。
作为本发明的进一步改进，所述磁环使用低矫顽力、高导磁率材料制成。
作为本发明的进一步改进，所述磁环为坡莫合金或非晶及纳米晶材料制成。
作为本发明的进一步改进，所述反馈绕组数量为一个或多个。
作为本发明的进一步改进，所述第一滤波放大电路通过所述反馈绕组与所述磁环线圈相连。
本发明的有益效果是：1.结构简单、工作稳定、耗电量低、对微小电流检测精度高、交直流均适用；2.与被测一次线无接触，可测量普通导线电流、线管内多跟导线的合电流、管道内带电粒子移动产生的电流、管道的漏电电流等多种电流，用途广；3.可现场调零与校准，排除现场固定干扰；4.可加入反馈绕组，提高测量精度；5.可加入频率辅助测量，改善测量效果。
附图说明
图1是本发明的磁环线圈轴视图；
图2是本发明的磁环线圈结构图；
图3是本发明磁环线圈微小电流检测器的原理框图；
图4是本发明的一种实现电路示例图；
图5是本发明的一种电源电路示例图。
具体实施方式
本发明公开了一种磁环线圈微小电流检测器，包括磁环线圈1、检测电路，所述磁环线圈1与所述检测电路相连。
如图1-3所示，所述磁环线圈1包括磁环4、二次绕组10，所述二次绕组10缠绕在所述磁环4上。所述检测电路包括电源电路20、振荡电路21、采样电路22、滤波放大电路23、信号处理电路24，所述电源电路20输入端与电源的输入输出接口3相连，所述电源电路20输出端分别与所述振荡电路21、所述信号处理电路24、所述第一滤波放大电路23相连，所述振荡电路21与所述磁环线圈1相连，所述磁环线圈1、所述采样电路22、所述第一滤波放大电路23、所述信号处理电路24依次相连，所述信号处理电路24输出端与所述电源的输入输出接口3相连。
电源通过输入输出接口29引入系统，由电源电路20适配。振荡电路21产生适当波形，接入磁环线圈1的二次绕组10，在该信号的激励下，磁环4会反复进入磁饱和状态。当一次线3没有电流通过时，其波形是上下对称的；当一次线3有电流通过时，会在一次线3周围产生磁场，磁场会改变磁环的饱和点，其波形会发生偏移，由采样电路22获取其偏移量，再通过滤波放大电路23放大即可得到一个与一次线电流线性相关的信号。
所述磁环线圈1包括反馈绕组2，所述反馈绕组2缠绕在所述磁环4上。可设置一个或多个反馈绕组2，被测一次线3从磁环线圈1中间通过。为更精确测量，可在磁环线圈1中增加反馈绕组2，将输出点反向引入该反馈绕组2，在反馈绕组2上会形成一个与一次线3电流所形成磁场相反的磁场，两磁场刚好相等时则会相互抵消，输出则为零，相当于在磁环线圈1引入负反馈，能提高测量精度与稳定性。
所述第一滤波放大电路23通过所述反馈绕组2与所述磁环线圈1相连。第一滤波放大电路23出来的信号可以通过反馈绕组2对磁环线圈1形成负反馈，使用负反馈机制可以提高检测精度。
该磁环线圈微小电流检测器包括现场调零电路25，所述现场调零电路25与所述信号处理电路24相连。
该磁环线圈微小电流检测器包括现场校准电路26，所述现场校准电路26与所述信号处理电路24相连。
该磁环线圈微小电流检测器设有现场调零电路25与现场校准电路26，可在该磁环线圈微小电流检测器安装后进行调零与校准，以排除现场干扰。
该磁环线圈微小电流检测器包括频率转换电路27、第二滤波放大电路28，所述磁环线圈与所述频率转换电路27相连，所述频率转换电路27与所述第二滤波放大电路28相连，所述第二滤波放大电路28与所述信号处理电路24相连，所述电源电路20为所述频率转换电路27、所述振荡电路21、所述信号处理电路24、所述第一滤波放大电路23、所述第二滤波放大电路28提供电源。一次线3电流磁场除了影响磁环线圈1饱和点外，还会使振荡电路21的频率发生微小变化，故可引入频率转换电路27，经过第二滤波电路28滤波放大后通入信号处理电路24进行辅助测量。
本发明的关键点：
1. 磁环线圈由磁环4、二次绕组10组成，可设置一个或多个反馈绕组2，被测一次线3从磁环线圈1中间通过。
2. 磁环线圈1的磁环4使用低矫顽力、高导磁率材料，包括但不限于坡莫合金、非晶及纳米晶材料。
3. 本发明利用特定磁场对线圈的磁饱和点的影响进行测量。
4. 本发明带有可多次调整的调零和校准器件供调零和校准使用，以抵消检测现场环境干扰。
5. 本发明可设置频率辅助测量电路，提高检测性能。
6. 本发明可设置反馈绕组2在磁环线圈1形成负反馈闭环测量，测量精度高。
7. 测量对象（图1中的一次线3）为能形成定向移动电荷的物体，包括但不限于导体、金属输送管道、非金属输送管道、线束。
本发明的有益效果：1.结构简单、工作稳定、耗电量低、对微小电流检测精度高、交直流均适用；2.与被测一次线3无接触，可测量普通导线电流、线管内多跟导线的合电流、管道内带电粒子移动产生的电流、管道的漏电电流等多种电流，用途广；3.可现场调零与校准，排除现场固定干扰；4.可加入反馈绕组，提高测量精度；5.可加入频率辅助测量，改善测量效果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种磁环线圈微小电流检测器，其特征在于：包括磁环线圈（1）、检测电路，所述磁环线圈（1）与所述检测电路相连；所述磁环线圈（1）包括磁环（4）、二次绕组（10），所述二次绕组（10）缠绕在所述磁环（4）上，所述检测电路包括电源电路（20）、振荡电路（21）、采样电路（22）、滤波放大电路（23）、信号处理电路（24），所述电源电路（20）输入端与电源的输入输出接口（3）相连，所述电源电路（20）输出端分别与所述振荡电路（21）、所述信号处理电路（24）、所述第一滤波放大电路（23）相连，所述振荡电路（21）与所述磁环线圈（1）相连，所述磁环线圈（1）、所述采样电路（22）、所述第一滤波放大电路（23）、所述信号处理电路（24）依次相连，所述信号处理电路（24）输出端与所述电源的输入输出接口（3）相连。
2.根据权利要求1所述的磁环线圈微小电流检测器，其特征在于：所述磁环线圈（1）包括反馈绕组（2），所述反馈绕组（2）缠绕在所述磁环（4）上。
3.根据权利要求1所述的磁环线圈微小电流检测器，其特征在于：该磁环线圈微小电流检测器包括现场调零电路（25），所述现场调零电路（25）与所述信号处理电路（24）相连。
4.根据权利要求1所述的磁环线圈微小电流检测器，其特征在于：该磁环线圈微小电流检测器包括现场校准电路（26），所述现场校准电路（26）与所述信号处理电路（24）相连。
5.根据权利要求1所述的磁环线圈微小电流检测器，其特征在于：该磁环线圈微小电流检测器包括频率转换电路（27）、第二滤波放大电路（28），所述磁环线圈与所述频率转换电路（27）相连，所述频率转换电路（27）与所述第二滤波放大电路（28）相连，所述第二滤波放大电路（28）与所述信号处理电路（24）相连，所述电源电路（20）为所述频率转换电路（27）、所述第二滤波放大电路（28）提供电源。
6.根据权利要求1所述的磁环线圈微小电流检测器，其特征在于：所述磁环（4）使用低矫顽力、高导磁率材料制成。
7.根据权利要求6所述的磁环线圈微小电流检测器，其特征在于：所述磁环（4）的制成材料包括坡莫合金、非晶、纳米晶。
8.根据权利要求2所述的磁环线圈微小电流检测器，其特征在于：所述反馈绕组（2）数量为一个或多个。
9.根据权利要求2所述的磁环线圈微小电流检测器，其特征在于：所述第一滤波放大电路（23）通过所述反馈绕组（2）与所述磁环线圈（1）相连。
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