CN116087604A - 一种单圆环差分式磁通门电流传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电气工程、测控技术与仪器、自动控制领域，具体涉及一种单圆环差分式磁通门电流传感器。本发明提供的单圆环差分式磁通门电流传感器，通过设计半中空的磁芯结构，并使两个激励绕组分别缠绕在磁芯的半中空侧的两个桥臂上形成差分结构，通过两个激励绕组反向串联的方式，使整个电流传感器不需要更多的信号发生装置，也不需要更多的感应绕组，激励绕组结合信号处理装置即可进行待测电流值的读取，引入信号补偿电路能够有效减少噪声以及环境因素对测量结果的影响，提高传感器的测量准确度。

Description

一种单圆环差分式磁通门电流传感器

技术领域

本发明涉及电气工程、测控技术与仪器、自动控制领域，具体涉及一种单圆环差分式磁通门电流传感器。

背景技术

随着当代电力系统的不断完善和发展，电力设备的数量也在逐渐增加，对电力设备运行状态的检查和维修需要花费更多的人力物力，而当前对电力设备的运行状态进行在线监测无疑是减少资源浪费的有效措施，因此电力设备的在线监测技术得以长足发展，而在电力系统中又有许多电力设备的运行状态是通过电流反映的，因此对电力设备的在线监测可以转化为对电流信息的实时监测，而在实际的电力系统中，不同的电力设备，其电流特征也是不相同的，同时电力系统中的大部分电力设备所处环境恶劣，环境因素会影响电流测量的准确度从而导致测量的难度增加，因此既能够实现直流电流的准确测量又能够实现交流电流的准确测量同时具有较强的抗干扰能力成为研究的关键。

磁通门电流传感器是一种基于磁通门技术的电流测量传感器，传感器的磁芯是由软磁材料制成的，传感器的磁芯在待测磁场以及激励磁场的共同作用下周期性交替饱和，根据采集感应线圈上的电压并利用软磁材料的磁滞回线实现对待测磁场的测量，最终再根据待测磁场强度与电流的关系实现对待测电流值的测量。

传统单圆环的磁通门电流传感器的磁芯常常采用普通圆环结构，磁芯上缠绕有激励线圈和感应线圈共用的同一组线圈，在线圈上施加激励信号且激励信号的频率需要远大于待测电流信号的频率，否则无法将待测电流视为直流电流并进行测量，在无待测电流时，仅有激励线圈中的激励信号在磁芯内产生交变磁场，在交变磁场的作用下，激励线圈中又会产生感生电动势，且由于激励线圈一般采用方波或正弦波，因此感应电动势仅含奇次谐波分量，当有待测电流时，在待测磁场和激励磁场的共同作用下，激励线圈中的感应电动势除奇次谐波外，还存在偶次谐波分量，根据偶次谐波分量即可实现对待测电流的测量，但在实际的测量过程中，在无待测电流时，仅在激励信号的作用下，激励线圈中的感应电动势并不是仅有奇次谐波，由于激励信号本身并不是严格的方波或正弦波以及环境等因素的影响使得激励线圈中还存在偶次谐波分量，进而严重影响传统单圆环磁通门电流传感器的测量准确度。

传统双圆环的磁通门电流传感器的磁芯常常也是采用普通圆环结构，传统的双圆环磁通门电流传感器在正常工作时，两个激励线圈分别均匀缠绕在一个磁芯圆环上，两个激励线圈采用串联的连接方式且施加相同的激励信号从而形成差分结构，相较于单圆环的磁芯结构具有较强的抗干扰能力，但双圆环的结构同时会导致磁通门电流传感器的体积增加，不易安装，这限制了传感器的应用场景。除此之外双圆环的磁通门传感器补偿难度大且测量准确度低，双圆环磁芯结构的磁通门传感器在无待测电流时，两个激励线圈上的感应电动势应是相同的，但在实际的过程中由于结构并非严格对称导致不同，可采取补偿措施使得传感器的输出为零，但在有待测电流时，待测电流在磁芯内产生的磁场也会在激励线圈中产生感应电动势，但由于两个磁芯圆环的非严格对称，从而导致待测磁场在两个激励线圈中产生的感应电动势不同，而对采样信号的补偿程度也未可知，从而影响传感器的测量准确度。

综上所述，传统的单圆环磁芯结构的磁通门传感器和双圆环磁芯结构的磁通门传感器都有其难以弥补的缺点；传统的单圆环磁芯结构的磁通门电流传感器结构简单，但抗干扰能力很差，在外界温度、湿度、磁场等环境因素的影响下传感器的测量准确度较低，这严重限制其应用范围；传统的双圆环磁芯结构的磁通门传感器相较于单圆环的磁通门传感器抗干扰能力强且噪声低，测量准确度相对较高，但双圆环的结构增大了传感器的体积，也限制了传感器的应用范围，除此之外由磁芯结构不对称引起的测量误差也是难以补偿的，这也严重影响了传感器的测量准确度。因此设计合理的磁芯结构在保证磁通门传感器具有较强的抗干扰能力的同时具有较高的测量准确度意义重大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单圆环差分式磁通门电流传感器，通过设计半中空的磁芯结构，并使两个激励绕组分别缠绕在磁芯的半中空侧的两个桥臂上形成差分结构，通过两个激励绕组反向串联的方式，使整个电流传感器不需要更多的信号发生装置，也不需要更多的感应绕组，激励绕组结合信号处理装置即可进行待测电流值的读取，引入信号补偿电路能够有效减少噪声以及环境因素对测量结果的影响，提高传感器的测量准确度。

本发明的目的可以通过如下技术方案达到：

一种单圆环差分式磁通门电流传感器，包括自激信号发生装置、信号处理装置、磁芯、第一激励绕组和第二激励绕组，其中：

磁芯结构为圆环结构，圆环结构的环壁上设有中空部，在中空部形成具有第一桥臂和第二桥臂的半中空结构磁芯；

第一激励绕组缠绕在第一桥臂上；第二激励绕组缠绕在第二桥臂上；第一激励绕组和第二激励绕组反向串联，形成闭合回路；第一激励绕组和第二激励绕组的输入端均与自激信号发生装置相连接；第一激励绕组和第二激励绕组的输出端均与信号处理装置相连接；

自激振荡信号发生装置产生激励信号，激励信号作用于第一激励绕组和第二激励绕组，使得第一激励绕组和第二激励绕组在磁芯内部产生相反的磁场。

进一步的，中空部的长度为磁芯圆环结构的半周长。

进一步的，第一桥臂和第二桥臂的横截面积相同。

进一步的，第一激励绕组和第二激励绕组采用相同规格的软铜线制作且匝数相同。而软铜线的横截面积根据待测电流的范围进行确定。

进一步的，单圆环差分式磁通门电流传感器正常工作时磁芯内部磁场表达式为：

Φ＝Nμ(H₀₁S₁+H₀₂S₂)

式中N为两个激励绕组的匝数，μ为磁芯材料的磁导率，H₀₁和H₀₂分别为待测电流在第一桥臂和第二桥臂内的磁场强度，S₁为第一桥臂的横截面积，S₂为第二桥臂的横截面积。

在本发明的技术方案中，第一激励绕组和第二激励绕组反向串联，形成闭合回路，使得在同一激励信号的作用下第一激励绕组和第二激励绕组在磁芯内部所产生的磁场方向相反。在无待测电流时，磁芯内部的平均磁场强度为零；有待测电流时，待测电流产生的磁场使第一桥臂和第二桥臂内的磁场朝相反的方向变化，此时磁芯内部的平均磁场强度不为零，且数值上为待测电流产生的磁场强度。

进一步的，磁芯材料为具有高磁导率、低矫顽力的软磁材料坡莫合金。

进一步的，自激振荡信号发生装置包括自激振荡电路、带宽可调的滤波电路、放大倍数可调的放大电路，其中：

自激振荡电路用于产生正弦波信号；

带宽可调的滤波电路用于对正弦波信号进行滤波，以去除激励信号中的其它频率的谐波；

放大倍数可调的放大电路与激励绕组的输入端相连接，用于对滤波后的信号进行放大，并将放大后的信号作为激励信号输出至激励绕组的输入端，使磁芯处于周期性交替饱和状态；同时，放大倍数可调的放大电路能够有效扩大传感器测量范围。

在优选的技术方案中，信号处理装置包括信号调理电路和信号补偿电路，其中信号调理电路用于采集第一激励绕组和第二激励绕组的电压并进行处理，输出待测电流值作为测量结果；信号补偿电路用于根据对第一激励绕组和第二激励绕组的激励线圈电压进行同相加法运算后得到的电压值，计算输入至第一激励绕组和/或第二激励绕组的激励线圈中的补偿电压，以补偿磁芯结构因素以及外界环境因素对所述测量结果的影响。

进一步的，信号调理电路包括信号采集电路、同相加法运算电路、多级放大电路、模数转换电路、数字信号处理电路，其中：

信号采集电路包括第一信号采集子电路和第二信号采集子电路，其中，第一信号采集子电路用于采集第一激励绕组的电压，第二信号采集子电路用于采集第二激励绕组的电压；

同相加法运算电路用于将信号采集电路采集到的电压进行求和，得到模拟电压值；

多级放大电路用于将模拟电压值进行放大，确保电压值在可测量范围内；

模数转换电路用于将放大后的模拟电压值转换为数字电压信号；

数字信号处理电路用于根据数字电压信号输出待测电流值。

进一步的，信号补偿电路包括信号采样电路、高频滤波器、电压跟随器，其中：

信号采样电路的输入端与信号调理电路中的同相加法运算电路的输出端相连接；

高频滤波器的输入端与信号采样电路的输出端相连接；

高频滤波器的输出端与电压跟随器相连接；

电压跟随器用于根据高频滤波器的输出计算电压补偿值，并将补偿电压输入至第一激励绕组和/或第二激励绕组的激励线圈中。

在没有待测电流时，采样两个激励线圈的电压后经过同相加法运算电路得到的模拟电压值应为零，最终经过数字信号处理电路得到的待测电流值也应为零，在实际测量过程中，由于两个激励绕组不完全相同、磁芯材料未均匀分布、结构不对称等原因导致测量结果不准确，信号补偿电路通过采集同相加法运算电路输出的模拟电压值并经过滤波后反馈至激励线圈中从而对测量结果进行补偿，提高传感器的测量准确度。

进一步的，自激振荡信号发生装置产生的激励信号频率远大于待测电流的频率，以提高传感器的测量准确度。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

(1)本发明通过设计半中空的磁芯结构，并使两个激励绕组分别缠绕在磁芯的半中空侧的两个桥臂上形成差分结构，通过两个激励绕组反向串联的方式，使整个电流传感器不需要更多的信号发生装置，也不需要引入额外的感应绕组，克服更多电路元件带来的误差。

(2)本发明采用双激励绕组结合信号处理装置进行待测电流值的读取，引入信号补偿电路能够有效减少噪声以及环境因素对测量结果的影响，提高传感器的测量准确度。

(3)本发明的结构使待测电流产生的磁场使两个桥臂内的磁场朝相反的方向变化，此时磁芯内部的平均磁场强度不为零，且数值上待测电流产生的磁场强度，因此信号补偿电路仅需要对没有待测电流时的激励信号进行补偿，进一步提高传感器的测量准确度。

(4)本发明的结构制备简单，相较于单圆环磁芯结构的电流传感器具有较强的抗干扰能力，相较于双圆环磁芯结构的电流传感器又具有体积小、容易安装的优点，稳定性也更高，能够在更多场景得到应用。

附图说明

图1是本发明实施例的一种单圆环差分式磁通门电流传感器的双激励绕组、自激振荡信号发生装置、信号处理装置的结构组成框图。

图2是本发明实施例的一种单圆环差分式磁通门电流传感器的双激励绕组的连接图以及半中空结构磁芯的结构设计图。

图3是本发明实施例的一种单圆环差分式磁通门电流传感器的双激励绕组、自激振荡信号发生装置、信号处理装置之间的信号传输流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1所示，本实施例提供了一种单圆环差分式磁通门电流传感器，包括自激信号发生装置、信号处理装置、磁芯、第一激励绕组和第二激励绕组，其中：

如图2所示，磁芯1的结构为圆环结构，圆环结构的环壁上设有中空部，中空部的长度为磁芯圆环结构的半周长，即所述中空部经过180°镂空加工获得，在半中空侧形成具有相同横截面积的第一桥臂11和第二桥臂12的半中空结构磁芯；磁芯材料为具有高磁导率、低矫顽力的软磁材料坡莫合金；

第一激励绕组缠绕在第一桥臂11上；第二激励绕组缠绕在第二桥臂12上；第一激励绕组和第二激励绕组的输入端均与自激信号发生装置相连接；第一激励绕组和第二激励绕组的输出端均与信号处理装置相连接；缠绕在第一桥臂上的第一激励绕组和缠绕在第二桥臂上的第二激励绕组，形成差分结构。

本实施例中，第一激励绕组和第二激励绕组采用相同规格的软铜线制作且匝数相同，软铜线的横截面积根据待测电流的范围进行确定；第一激励绕组和第二激励绕组反向串联，形成闭合回路，使得在同一激励信号的作用下第一激励绕组和第二激励绕组在磁芯内部所产生的磁场方向相反；

在无待测电流时，磁芯内部的平均磁场强度为零；当待测电流为直流电流时，待测电流产生的磁场使第一桥臂11和第二桥臂12内的磁场朝相反的方向变化，此时磁芯内部的平均磁场强度不为零，且数值上待测电流产生的磁场强度；当待测电流为低频交流电流时，由于待测电流的方向是不断变化的，因此待测磁场的方向也是变化的，但由于激励绕组的对称性，磁芯1内的激励绕组产生的磁场始终是相互抵消的，在任意时刻磁芯1内的平均磁场强度均等于待测电流产生的磁场强度。

本实施例中，自激振荡信号发生装置包括自激振荡电路、带宽可调的滤波电路、放大倍数可调的放大电路，自激振荡信号发生装置产生频率大于待测电流频率的信号作为激励信号，激励信号作用于第一激励绕组和第二激励绕组，使得第一激励绕组和第二激励绕组在磁芯1内部产生相反的磁场，其中：

自激振荡电路用于产生正弦波信号；

带宽可调的滤波电路用于对正弦波信号进行滤波，以去除激励信号中的其它频率的谐波；

放大倍数可调的放大电路与激励绕组的输入端相连接，用于对滤波后的信号进行放大，并将放大后的信号作为激励信号输出至激励绕组的输入端，使磁芯处于周期性交替饱和状态；同时，放大倍数可调的放大电路能够有效扩大传感器测量范围；

信号处理装置包括信号调理电路和信号补偿电路，其中信号调理电路用于采集第一激励绕组和第二激励绕组的电压并进行处理，输出待测电流值作为测量结果；信号补偿电路用于根据对第一激励绕组和第二激励绕组的激励线圈电压进行同相加法运算后得到的电压值，计算输入至第一激励绕组和/或第二激励绕组的激励线圈中的补偿电压，以补偿磁芯结构因素以及外界环境因素对测量结果的影响；在本实施例中对第一激励绕组和第二激励绕组的激励线圈电压进行的同相加法运算，由信号调理电路来完成。

更加具体来说，在本实施例中，信号调理电路包括信号采集电路、同相加法运算电路、多级放大电路、模数转换电路、数字信号处理电路，其中：

信号采集电路包括第一信号采集子电路和第二信号采集子电路，其中，第一信号采集子电路用于采集第一激励绕组的电压，第二信号采集子电路用于采集第二激励绕组的电压；

同相加法运算电路用于将信号采集电路采集到的电压进行求和，得到模拟电压值；

多级放大电路用于将模拟电压值进行放大，确保电压值在可测量范围内；

模数转换电路用于将放大后的模拟电压值转换为数字电压信号；

数字信号处理电路用于根据数字电压信号输出待测电流值。

本实施例中，信号补偿电路包括信号采样电路、高频滤波器、电压跟随器，其中：

信号采样电路的输入端与信号调理电路中的同相加法运算电路的输出端相连接；

高频滤波器的输入端与信号采样电路的输出端相连接；

高频滤波器的输出端与电压跟随器相连接；

电压跟随器用于根据高频滤波器的输出计算电压补偿值，并将补偿电压输入至第一激励绕组和/或第二激励绕组的激励线圈中。

在没有待测电流时，采样两个激励线圈的电压后经过同相加法运算电路得到的模拟电压值应为零，最终经过数字信号处理电路得到的待测电流值也应为零，在实际测量过程中，由于两个激励绕组不完全相同、磁芯材料未均匀分布、结构不对称等原因导致测量结果不准确，信号补偿电路通过采集同相加法运算电路输出的模拟电压值并经过滤波后反馈至激励线圈中从而对测量结果进行补偿，提高传感器的测量准确度。

如图3所示，为本实施例的单圆环差分式磁通门电流传感器在工作过程中，双激励绕组、自激振荡信号发生装置、信号处理装置之间的信号传输流程；

具体地，自激振荡电路用于产生正弦波信号，产生的正弦波信号首先会经过带宽可调的滤波电路的滤波作用，用以降低信号中的杂质谐波的含量，然后再经过放大倍数可调的放大电路的放大作用，最终作为激励信号作用于激励绕组中，使磁芯处于周期性交替饱和状态，在放大电路的作用下能够保证磁芯始终处于周期性交替饱和的状态，滤波电路的作用在于去除激励信号中的其它频率的谐波以便于后期的信号处理，其中放大电路能够有效扩大传感器测量范围；

信号采集电路包括第一信号采集子电路和第二信号采集子电路，其中，第一信号采集子电路用于采集第一激励绕组的电压，第二信号采集子电路用于采集第二激励绕组的电压，然后将采集得到的两路激励绕组的模拟电压值首先输入至同相加法运算电路后得到求和后的模拟电压值，然后经过多级放大电路对求和后的模拟电压信号进行放大，多级放大电路的放大倍数是可调的从而能够确保输出的模拟电压值数模转换电路的输入范围内，放大后的模拟电压信号经过模数转换电路转换为数字电压信号，数字电压信号最终经过数字信号处理电路的处理即可得到待测电流的值；

信号采样电路的输入与信号调理电路中的同相加法运算电路的输出相连接，该部分电路是信号处理电路的核心部分，高频滤波器的输入与信号采样电阻的输出相连接，输出与电压跟随器相连接，高频滤波器的作用在于滤除低频待测电流从而保证传感器补偿的准确度，最终电压跟随器输出至激励线圈中，当无待测电流时，在实际的传感器中由于磁芯结构不对称等因素导致传感器的输出并不为零，因此需要通过信号补偿电路形成反馈调节从而提高测量准确度，即使用前需进行归零；当有待测电流时，为避免由于待测电流在补偿电路中产生过补偿从而影响传感器的测量准确度，通过补偿电路中的高频滤波器可以有效地将待测低频电流进行过滤从而保证传感器的测量准确度，信号补偿电路用于补偿因磁芯结构不对称以及外界环境因素对测量结果的影响；

当自激振荡信号发生装置产生的信号作为激励信号作用于第一激励绕组和第二激励绕组时，由于第一激励绕组和第二激励绕组反相串联，且所使用的材料、匝数均相同，根据激励电流与磁场强度的关系可得到如下关系式：

NI＝H₁L₁＝H₂L₂ (1)

式(1)中，N为两个激励绕组的匝数，I为绕组电流，H₁为第一激励绕组在第一桥臂11内产生的磁场强度，H₂为第二激励绕组在第二桥臂12内产生的磁场强度，L₁和L₂分别为第一激励绕组和第二激励绕组在磁芯1内产生磁场的磁路长度。

理想情况下，第一激励绕组在第一桥臂11内部产生的磁场与第二激励绕组在第二桥臂12内部产生的磁场相反，在传感器的实际运用中，由于第一桥臂11和第二桥臂12的结构不完全相同，磁芯材料的分布也不是均匀的，加之环境因素的影响，导致第一激励绕组在第一桥臂11内部产生的磁场与第二激励绕组在第二桥臂12内部产生的磁场的大小并不相同，在无待测电流的情况下，磁芯1内部的平均磁场强度也并不为零，经过采样电路和同相求和运算电路所得到的模拟电压值也不为零，因此就需要对传感器进行补偿以保证在无待测电流的情况下传感器的输出值为零，且每次使用前都需重新进行归零步骤，信号补偿电路通过采集同相求和运算电路输出的模拟电压值经过高频滤波器的滤波作用后再施加到激励绕组中，从而实现对激励绕组的补偿作用，此时两个激励绕组的电流则不再相同，但两个激励绕组在磁芯1内部所产生的磁场强度的平均值变为零，传感器的输出也会变为零，此时两个激励绕组在磁芯1内部产生的磁场满足如下关系式：

NμH₁S₁＝NμH₂S₂                              (2)

式(2)中，N为两个激励绕组的匝数，μ为磁芯材料的磁导率，H₁为第一激励绕组在第一桥臂11内产生的磁场强度，H₂为第二激励绕组在第二桥臂12内产生的磁场强度，S₁为第一桥臂11的横截面积，S₂为第二桥臂12的横截面积。

在有待测电流存在时，经过补偿后第一激励绕组在第一桥臂11内部产生的磁场与第二激励绕组在第二桥臂12内部产生的磁场相反，当激励信号的频率远大于待测信号的频率时，在任意时刻待测电流相较于激励信号均可以看作直流电流，待测电流所产生的磁场也可以被看作恒定磁场，由于两个激励信号在磁芯1内的磁场方向相反且待测磁场是恒定的，因此在激励磁场和待测磁场同时存在的情况下，第一桥臂11和第二桥臂12内始终是一个磁场增强另一个磁场减弱的状态，根据式(2)可知，信号补偿电路的存在，使得激励信号在磁芯1内产生磁场强度的平均值为零，当待测磁场存在时，由于待测磁场的方向在磁芯1内部均是相同的，因此待测磁场在两个激励绕组中产生的感生电动势的方向也是相同的，且由于信号补偿电路中采用了高频滤波器，因此有待测电流引起的测量结果不为零并不会反馈至激励线圈从而实现对待测电流的测量过程，且传感器在正常工作时磁芯1内部磁场表达式为：

Φ＝Nμ(H₀₁S₁+H₀₂S₂)                      (3)

式中N为两个激励绕组的匝数，μ为磁芯材料的磁导率，H₀₁和H₀₂分别为待测电流在第一桥臂11和第二桥臂12内的磁场强度，S₁为第一桥臂11的横截面积，S₂为第二桥臂12的横截面积。进而可以计算出待测电流的电流值。

综上所述，本发明通过设计半中空的磁芯结构，并使两个激励绕组分别缠绕在磁芯的半中空侧的两个桥臂上形成差分结构，通过两个激励绕组反向串联的方式，使整个电流传感器不需要更多的信号发生装置，也不需要引入额外的感应绕组，克服更多电路元件带来的误差；本实施例采用双激励绕组结合信号处理装置进行待测电流值的读取，引入信号补偿电路能够有效减少噪声以及环境因素对测量结果的影响，提高传感器的测量准确度；本实施例的结构使待测电流产生的磁场使两个桥臂内的磁场朝相反的方向变化，此时磁芯内部的平均磁场强度不为零，且数值上待测电流产生的磁场强度，因此信号补偿电路仅需要对没有待测电流时的输入信号进行补偿，进一步提高传感器的测量准确度；本实施例的结构制备简单，相较于单圆环磁芯结构的电流传感器具有较强的抗干扰能力，相较于双圆环磁芯结构的电流传感器又具有体积小、容易安装的优点，稳定性也更高，能够在更多场景得到应用。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

显然，上述所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，本发明不限于上述实施例的细节，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1.一种单圆环差分式磁通门电流传感器，其特征在于，包括自激信号发生装置、信号处理装置、磁芯、第一激励绕组和第二激励绕组，其中：

磁芯结构为圆环结构，圆环结构的环壁上设有中空部，在中空部形成具有第一桥臂和第二桥臂的半中空结构磁芯；

第一激励绕组缠绕在第一桥臂上；第二激励绕组缠绕在第二桥臂上；第一激励绕组和第二激励绕组反向串联，形成闭合回路；第一激励绕组和第二激励绕组的输入端均与自激信号发生装置相连接；第一激励绕组和第二激励绕组的输出端均与信号处理装置相连接；

自激振荡信号发生装置产生激励信号，激励信号作用于第一激励绕组和第二激励绕组，使得第一激励绕组和第二激励绕组在磁芯内部产生相反的磁场。

2.根据权利要求1所述的单圆环差分式磁通门电流传感器，其特征在于，中空部的长度为磁芯圆环结构的半周长。

3.根据权利要求1所述的单圆环差分式磁通门电流传感器，其特征在于，第一桥臂和第二桥臂的横截面积相同。

4.根据权利要求1所述的单圆环差分式磁通门电流传感器，其特征在于，第一激励绕组和第二激励绕组采用相同规格的软铜线制作且匝数相同；磁芯材料为坡莫合金。

5.根据权利要求4所述的单圆环差分式磁通门电流传感器，其特征在于，缠绕在第一桥臂上的第一激励绕组和缠绕在第二桥臂上的第二激励绕组形成差分结构。

6.根据权利要求5所述的单圆环差分式磁通门电流传感器，其特征在于，单圆环差分式磁通门电流传感器正常工作时磁芯内部磁场表达式为：

Φ＝Nμ(H₀₁S₁+H₀₂S₂)

式中N为两个激励绕组的匝数，μ为磁芯材料的磁导率，H₀₁和H₀₂分别为待测电流在第一桥臂和第二桥臂内的磁场强度，S₁为第一桥臂的横截面积，S₂为第二桥臂的横截面积。

7.根据权利要求1所述的单圆环差分式磁通门电流传感器，其特征在于，自激振荡信号发生装置包括自激振荡电路、带宽可调的滤波电路、放大倍数可调的放大电路，其中：

自激振荡电路用于产生正弦波信号；

带宽可调的滤波电路用于对正弦波信号进行滤波；

放大倍数可调的放大电路与激励绕组的输入端相连接，用于对滤波后的信号进行放大，并将放大后的信号作为激励信号输出至激励绕组的输入端。

8.根据权利要求1所述的单圆环差分式磁通门电流传感器，其特征在于，信号处理装置包括信号调理电路和信号补偿电路，其中信号调理电路用于采集第一激励绕组和第二激励绕组的电压并进行处理，输出待测电流值作为测量结果；信号补偿电路用于根据对第一激励绕组和第二激励绕组的激励线圈电压进行同相加法运算后得到的电压值，计算输入至第一激励绕组和/或第二激励绕组的激励线圈中的补偿电压，以补偿磁芯结构因素以及外界环境因素对所述测量结果的影响。

9.根据权利要求8所述的单圆环差分式磁通门电流传感器，其特征在于，信号调理电路包括信号采集电路、同相加法运算电路、多级放大电路、模数转换电路、数字信号处理电路，其中：

信号采集电路包括第一信号采集子电路和第二信号采集子电路，其中，第一信号采集子电路用于采集第一激励绕组的电压，第二信号采集子电路用于采集第二激励绕组的电压；

同相加法运算电路用于将信号采集电路采集到的电压进行求和，得到模拟电压值；

多级放大电路用于将模拟电压值进行放大，确保电压值在可测量范围内；

模数转换电路用于将放大后的模拟电压值转换为数字电压信号；

数字信号处理电路用于根据数字电压信号输出待测电流值。

10.根据权利要求9所述的单圆环差分式磁通门电流传感器，其特征在于，信号补偿电路包括信号采样电路、高频滤波器、电压跟随器，其中：

信号采样电路的输入端与信号调理电路中的同相加法运算电路的输出端相连接；

高频滤波器的输入端与信号采样电路的输出端相连接；

高频滤波器的输出端与电压跟随器相连接；

电压跟随器用于根据高频滤波器的输出计算电压补偿值，并将补偿电压输入至第一激励绕组和/或第二激励绕组的激励线圈中。

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