CN116298469A - 闭环交直流传感器以及闭环交直流传感器的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于传感器技术领域，公开了一种闭环交直流传感器以及闭环交直流传感器的设计方法。该闭环交直流传感器包括磁阻传感单元、第一信号处理单元、反馈单元以及第二信号处理单元，磁阻传感单元用于感应待测导线周围的磁场；第一信号处理单元分别与反馈单元以及磁阻传感单元电连接形成闭合回路，以对磁阻传感单元的第一输出信号进行第一次增益；反馈单元包括线圈和采样电阻；第二信号处理单元分别与反馈单元以及所述第一信号处理单元电连接，以对闭合回路的第二输出信号进行第二次增益，输出待测导线的待测电流。该闭环交直流传感器适于交流电流和直流电流测量，实现减少传感器的功耗，以及在测量电流较大时降低线圈的线径要求的优点。

Description

闭环交直流传感器以及闭环交直流传感器的设计方法

技术领域

发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种闭环交直流传感器以及闭环交直流传感器的设计方法。

背景技术

电流传感器是实现智能电网建设的关键设备之一。目前应用于电网的电流传感器测量方式通常是非接触式测量，包括电流互感器，霍尔传感器，磁通门传感器等；目前的电流传感器大部分都是针对单一电流工况下的测量，只测交流或者只测直流，不能够同时满足交直流测量的需求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种闭环交直流传感器以及闭环交直流传感器的设计方法，旨在解决现有技术中电流传感器无法同时满足交直流测量的需求的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种闭环交直流传感器，包括：

磁阻传感单元，用于感应待测导线周围的磁场；

第一信号处理单元，分别与反馈单元以及所述磁阻传感单元电连接形成闭合回路，以对所述磁阻传感单元的第一输出信号进行第一次增益；

所述反馈单元，包括线圈和采样电阻；

第二信号处理单元，分别与所述反馈单元以及所述第一信号处理单元电连接，以对所述闭合回路的第二输出信号进行第二次增益，输出所述待测导线的待测电流。

可选地，所述闭环交直流传感器还包括聚磁铁芯；

所述磁阻传感单元位于所述聚磁铁芯的单开口气隙位置；

所述线圈绕设于所述聚磁铁芯外围；

所述采样电阻经所述线圈与所述第一信号处理单元电连接。

可选地，所述聚磁铁芯呈环形，由上下两个半圆通过圆孔叠片交替重叠组成。

可选地，所述磁阻传感单元为霍尔磁阻元件、AMR磁阻元件、GMR磁阻元件或TMR磁阻元件中的一种。

可选地，所述闭环交直流传感器的测量精度符合第一关系式：

其中，α为所述测量精度；β为大于1.5且小于3之间的数值；K₁为所述第一增益；S_H为所述闭环交直流传感器的灵敏度；R₀为所述采样电阻的阻值；W_c为所述线圈的总匝数。

可选地，所述第一信号处理单元的第一增益符合第二关系式：

所述第二信号处理单元的第二增益符合第三关系式：

其中，K₂为所述第二增益；V₀为所述闭环交直流传感器的输出电压；I₁为所述待测导线的待测电流；W_c为所述线圈的总匝数；β为大于1.5且小于3之间的数值；S_H为所述闭环交直流传感器的灵敏度；R₀为所述采样电阻的阻值。

为实现上述目的，本发明还提供了一种闭环交直流传感器的设计方法，所述闭环交直流传感器为上述的闭环交直流传感器，用于对目标导线进行电流测量；

所述设计方法包括：

获取所述闭环交直流传感器的目标参数，所述目标参数包括线圈的目标总匝数、采样电阻的目标阻值、磁阻传感单元的目标灵敏度、所述闭环交直流传感器的目标输出电压、所述闭环交直流传感器的目标精度和/或所述目标导线的目标电流中的多个参数；

依据所述目标参数，确定第一信号处理单元的目标第一增益以及第二信号处理单元的目标第二增益；

将所述目标参数、所述目标第一增值以及所述目标第二增益作为传感器设计参数，得到具有目标精度的闭环交直流传感器。

可选地，所述依据所述目标参数，确定第一信号处理单元的目标第一增益以及第二信号处理单元的目标第二增益，包括：

依据所述目标总匝数W_c’、所述目标阻值R₀’、所述目标灵敏度S_H’、所述目标精度α’，以及第四关系式：

确定第一信号处理单元的目标第一增益K₁’，其中，所述β’为大于1.5且小于3之间的数值；

依据所述目标输出电压V₀’、所述目标总匝数W_c’、所述目标阻值R₀’、所述目标电流I₁’以及第五关系式：

确定第二信号处理单元的目标第二增益K₂’。

可选地，所述依据所述目标参数，确定第一信号处理单元的目标第一增益以及第二信号处理单元的目标第二增益，包括：

获取所述闭合回路的第二目标输出电压V₁’；

依据所述第二目标输出电压V₁’、所述目标总匝数W_c’、所述目标电流I₁’以及所述第六关系式：

确定所述目标阻值R₀’；

依据所述目标总匝数W_c’、所述目标阻值R₀’、所述目标灵敏度S_H’、所述目标精度α’，以及所述第四关系式：

确定第一信号处理单元的目标第一增益K₁’；

依据所述目标输出电压V₀’、所述第二目标输出电压V₁’，以及第七关系式

确定第二信号处理单元的目标第二增益K₂’。

可选地，所述设计方法还包括：

依据所述目标电流I₁’、所述目标总匝数W_c’、所述目标阻值R₀’以及第七关系式

确定所述闭环交直流传感器的目标功耗P；

获取所述闭环交直流传感器的功耗阈值；

依据所述目标功耗和所述功耗阈值，判断所述目标参数是否符合所述闭环交直流传感器的设计要求。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有闭环交直流传感器的设计程序，所述闭环交直流传感器的设计程序被处理器执行时实现如上文所述的闭环交直流传感器的设计方法的步骤。

本发明提出的闭环交直流传感器，包括磁阻传感单元、第一信号处理单元、反馈单元以及第二信号处理单元，可同时适用于交流电流和直流电流测量，可降低闭合回路中第一增益的数值，减小采样电阻的阻值，实现减少传感器的功耗，以及在测量电流较大时降低线圈的线径要求的优点。

本发明提出闭环交直流传感器的设计方法，通过获取所述闭环交直流传感器的目标参数，所述目标参数包括线圈的目标总匝数、采样电阻的目标阻值、磁阻传感单元的目标灵敏度、所述闭环交直流传感器的目标输出电压、所述闭环交直流传感器的目标精度和/或所述目标导线的目标电流中的多个参数；依据所述目标参数，确定第一信号处理单元的目标第一增益以及第二信号处理单元的目标第二增益；

将所述目标参数、所述目标第一增值以及所述目标第二增益作为传感器设计参数，得到具有目标精度的闭环交直流传感器。通过上述方式，只需知道交直流电流传感器的性能指标，就可以完成传感器的理论闭环系统设计，属于反向实现的设计过程，以闭环理论指导完成传感器电路结构设计，而不是正向设计电路结构验证闭环理论的设计过程，能够不限制交直流传感器各个功能单元的实现形式，从而能够同时满足交直流测量的需求。

附图说明

图1为本发明闭环交直流传感器一实施例的结构框图；

图2为本发明闭环交直流传感器的结构示意图；

图3为本发明闭环交直流传感器一实施例中聚磁铁芯的一结构示意图；

图4为本发明闭环交直流传感器一实施例中聚磁铁芯的又一结构结构图；

图5为本发明闭环交直流传感器的设计方法一实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

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，所描述的实施例仅仅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作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。

本发明实施例提出一种闭环交直流传感器。

参照图1，在本发明实施例中，闭环交直流传感器包括磁阻传感单元10、反馈单元20、第一信号处理单元30以及第二信号处理单元40；其中，磁阻传感单元10用于感应待测导线的周围磁场；第一信号处理单元30分别与反馈单元20和磁阻传感单元10电连接形成闭合回路，以对磁阻传感单元10的第一输出信号进行第一次增益；第二信号处理单元40分别与反馈单元20和第一信号处理单元30电连接，以对闭合回路的第二输出信号进行第二次增益，进而输出待测导线的待测电流；反馈单元20包括线圈和采样电阻。

应当理解的是，在待测导线存在电流信号时，待测导线周围存在着与该电流信号有关的磁场；在待测导线不存在电流信号时，待测导线轴不存在磁场或存在与该电流信号无关的磁场。

应当理解的是，该磁阻传感单元10可以为霍尔磁阻元件、AMR磁阻元件、GMR磁阻元件或TMR磁阻元件中的一种，也可以是其他能够感应磁场变化的磁阻元件。

需要说明的是，本发明不对闭环交直流传感器中是否设置聚磁铁芯进行限定。当闭环交直流传感器中不设置聚磁铁芯时，可将待测导线贯穿于一骨架外壳中，再将反馈线圈绕设于骨架外壳的外围；当闭环交直流传感器中设置聚磁铁芯时，则将待测导线贯穿于聚磁铁芯，再直接将反馈线圈绕设于聚磁铁芯的外围。

需要说明的是，在待测导线存在电流信号时，待测导线周围磁路的磁通势为F，磁通为

磁路的长度为L，铁芯材料的磁导率为μ,磁路磁阻为Rm，磁路截面积为S；则根据磁路欧姆定理，存在以下关系式：

F＝W_C×I₁

可以理解的是，待测导线的电流信号为交流信号或直流信号时，传感器可共用一个磁路结构，其磁路长度L、铁芯磁导率μ、磁路截面积S都是一致的，因此其磁路的磁阻Rm是一致的；因此，本发明实施例的闭合交直流传感器可同时适于交流电流和直流电流的测量。

在具体实现中，如图2所示，本发明实施例闭环交直流传感器中磁阻传感单元位于待测导线附近，待测导线的待测电流为I₁；第一信号处理单元对磁阻传感单元的第一输出信号进行第一次增益，使得第一输出信号被放大的倍数为第一增益K₁；同时，第二信号处理单元对闭合回路的第二输出信号进行第二次增益，使得第二输出信号被放大的倍数为第二增益K₂；V₂为磁阻传感单元的输出电压；V₁为闭合回路的输出电压；V₀为闭环交直流传感器的输出电压；I₁为待测导线的电流；I₂为闭合回路的电流；W_c为线圈的总匝数；R₀为采样电阻的阻值，S_H为磁阻传感单元的灵敏度，单位为mV/V/Oe。

需要说明的是，第一信号处理单元在对磁阻传感单元进行第一次增益之前还包括将磁阻传感单元输出的差分信号转换为差分输出信号，即第一输出信号。该第一输出信号是很微弱的，进行后续的增益可提高电流测量的精度。

在一实施例中，闭环交直流传感器还包括聚磁铁芯；磁阻传感单元位于聚磁铁芯的单开口气隙位置；线圈绕设于聚磁铁芯外围；采样电阻经线圈与第一信号处理单元电连接。

在一实施例中，聚磁铁芯呈环形，由上下两个半圆通过圆孔叠片交替重叠组成。

需要说明的是，该聚磁铁芯可以由2片或2片以上的半圆形片材通过圆孔叠片交替重叠组成。该半圆形片材的数量可以为2-20片，本发明不做限定。

在具体实现中，如图3以及图4所示，聚磁铁芯可以为呈叠片式圆孔的坡莫合金铁芯，具有单开口气隙，其由上下两个半圆通过圆孔叠片交替重叠组成一个完成的铁芯，以铁芯本身作为传感器的开合转轴，同时铁芯单气隙的开口设计，磁路相对双气隙的铁芯更加完整，可减少铁芯漏磁对测量精度的影响，同时也减少因为交直流漏磁差异导致的交直流输出不一致。

需要说明的是，磁阻传感单元设置于聚磁铁芯的开口处。

在具体实现中，以闭环交直流传感器中存在聚磁铁芯为例，从图2所示，可见磁阻传感单元设置于聚磁铁芯的开口处。

在一实施例中，闭环交直流传感器的测量精度α符合第一关系式：

其中，β为大于1.5且小于3之间的数值；K₁为第一信号处理单元的第一增益；S_H为闭环交直流传感器的灵敏度；R₀为采样电阻的阻值；W_c为线圈的总匝数。

需要说明的是，该测量精度符合

其中I_测为测量电流值；I_真为待测导线的实际电流值。

在一实施例中，第一信号处理单元的第一增益符合第二关系式：

其中，β为大于1.5且小于3之间的数值，R₀为采样电阻的阻值；W_c为线圈的总匝数；S_H为闭环交直流传感器的灵敏度；α为测量精度。

可理解的是，在本实施例的传感器中，磁阻传感单元的输出电压为V₂，符合公式V₂＝S_H(I₁-W_c×I₂)；经第一信号处理单元后，闭合回路的输出电压V₁为K₁V₂，符合公式K₁V₂＝I₂R₀；测量精度可以为

(β为大于1.5且小于3之间的数值)。

在一实施例中，第二信号处理单元的第二增益可符合第三关系式：

其中，K₂为第二增益；V₀为闭环交直流传感器的输出电压；I₁为待测导线的待测电流；W_c为线圈的总匝数；R₀为采样电阻的阻值。

需要说明的是，以上第一增益和第二增益可以通过多种方法去实现，比如同相放大、反相放大。

需要说明的是，该测量精度为测量误差与实际值的比值。

本实施例设计的交直流传感器共用一个磁路，不需要多组绕线线圈或者多组铁芯结构，同时对交流或直流信号的处理，共用一套闭环处理电路，不需要交直流分离单独处理，结构简单。

本实施例提出的闭环交直流传感器，包括磁阻传感单元、第一信号处理单元、反馈单元以及第二信号处理单元，可适用于交流电流和直流电流测量，可降低闭合回路中的第一增益的数值，减小采样电阻的阻值，实现减少传感器的功耗，以及在测量电流较大时降低线圈的线径要求的优点。

参照图5，图5为本发明实施例一种闭环交直流传感器的设计方法的流程示意图。

本实施例中，闭环交直流传感器的设计方法包括以下步骤：

步骤S10：获取闭环交直流传感器的目标参数，目标参数包括线圈的目标总匝数、采样电阻的目标阻值、磁阻传感单元的目标灵敏度、闭环交直流传感器的目标输出电压、闭环交直流传感器的目标精度和/或目标导线的目标电流中的多个参数。

需要说明的是，线圈的目标总匝数可以根据目标导线的目标电流、目标传感器所使用的器件的电流输出能力，和/或目标传感器电源的带负载能力来确定的；目标输出电压指的是目标传感器的输出电压。

步骤S20：依据目标参数，确定第一信号处理单元的目标第一增益以及第二信号处理单元的目标第二增益。

在一实施例中，依据目标参数，确定第一信号处理单元的目标第一增益以及第二信号处理单元的目标第二增益，包括：

依据目标总匝数W_c’、目标阻值R₀’、目标灵敏度S_H’、目标精度α’，以及第四关系式：

确定目标第一增益K₁’，其中，β’为大于1.5且小于3之间的数值；

依据目标输出电压V₀’、目标总匝数W_c’、目标阻值R₀’、目标电流I₁’以及第五关系式：

确定第二增益K₂’。

在一实施例中，依据目标参数，确定第一信号处理单元的目标第一增益以及第二信号处理单元的目标第二增益，包括：

获取闭合回路的第二目标输出电压V₁’；

依据第二目标输出电压V₁’、目标总匝数W_c’、目标电流I₁’以及第六关系式：

确定目标阻值R₀’；

依据目标总匝数W_c’、目标阻值R₀’、目标灵敏度S_H’、目标精度α’，以及第四关系式：

确定目标第一增益K₁’；

依据目标输出电压V₀’、第二目标输出电压V₁’，以及第七关系式

确定第二信号处理单元的目标第二增益K₂’。

需要说明的是，根据第六关系式可以确定第二目标输出电压与目标电流I₁’以及目标总匝数W_c’有关，在目标电流I₁’以及目标总匝数W_c’一定的情况下，第二目标输出电压越大，目标阻值越大；第二目标输出电压越小，目标阻值越小，为了降低闭环交直流传感器的功耗，可将第二目标输出电压设定得小一些，进而使得目标阻值也相对减小。

可以理解的是，在设定第二目标输出电压的大小时，需要确保目标传感器的实际功耗小于设定的功耗要求，即需要确保第二目标输出电压小于目标输出电压。

步骤S30：将目标参数、目标第一增值以及目标第二增益作为传感器设计参数，得到具有目标精度的闭环交直流传感器。

在一实施例中，设计方法还包括：

依据目标电流I₁’、目标总匝数W_c’、目标阻值R₀’以及第七关系式

确定闭环交直流传感器的目标功耗P；

获取闭环交直流传感器的功耗阈值；

依据目标功耗、功耗阈值，判断目标参数是否符合闭环交直流传感器的设计要求。

可以理解的是，在设定第二目标输出电压的大小时，需要确保目标传感器的目标功耗小于功耗阈值。

需要说明的是，可通过第二信号处理单元来调整目标阻值的大小，在确保目标传感器能正常使用的情况下尽可能降低目标传感器的目标功耗，使得目标传感器的目标功耗小于功耗阈值。

需要说明的是，该目标功耗所指的是闭环交直流传感器应用于电流测量过程中闭合回路在每秒时间内的理论功耗，不包括其他回路可能产生的功耗。同样的，该功耗阈值也是仅考虑闭合回路在每秒时间的最大可承受功耗。

可以理解的是，根据第七关系式可以确定在目标电流I₁’以及目标总匝数W_c’一定的情况下，目标传感器的功耗大小只与目标阻值有关，因此目标阻值越大，功耗越高。

在具体实现中，目标输出电压指的是目标传感器的输出电压，由于目标电流I₁’以及目标总匝数W_c’一定，所以第二目标输出电压越大目标阻值越大，第二目标输出电压越小目标阻值越小，为了降低目标传感器的功耗，可将第二目标输出电压设定得小一些，使得目标阻值也相对减小。

在具体实现中，闭环交直流传感器的误差方程式的推导过程如下：

(1)先确定闭合回路的输出电压V₁的表达式为V₁＝K₁×V₂，以及确定交直流传感器的输出电压V₀的表达式为V₀＝K₂×V₁，其中，K₁表示第一信号处理单元的第一增益、V₂表示磁阻传感单元的输出电压、K₂表示第二信号处理单元的第二增益、V₁表示闭合回路的输出电压、V₀表示交直流传感器的输出电压；

(2)由欧姆定理推导得到第一方程式，具体为：

式中，R₀表示采样电阻的阻值，I₂表示闭合回路的电流。

需要说明的是，理论上闭合回路的电流I₂即为待测导线的电流I₁与总匝数W_c的比值。

(3)根据磁阻传感单元所对应电压的转换关系得到第二方程式，具体为：

V₂＝S_H×(I₁-W_c×I₂)

式中，V₂为磁阻传感单元的输出电压；S_H表示磁阻传感单元的灵敏度，W_c表示绕线匝数，I₁为待测导线电流，I₂为闭合回路电流。

(4)根据第一方程式和第二方程式确定第三方程式，具体为：

(5)根据第三方程式确定待测导线电流与闭合回路电流的比较关系式，具体为：

从I₁与I₂的比较关系式中可以发现交直流闭环传感器的设计主要和第一增益K₁、采样电阻的阻值R₀、磁阻传感单元的灵敏度S_H、以及反馈线圈的一次电流以及二次电流有关。

(6)初始误差方程式与实际误差方程式存在以下关系：

其中，

为初始误差方程式，/>

为实际误差方程式。

(7)令交直流传感器的开环放大倍数A为：

(8)可将实际误差方程式化简为：

对化简后的实际方程式进行泰勒展开得到：

需要说明的是，当n趋于无限大时，交直流传感器的误差可以近似为：

可以理解的是，传感器的开环放大倍数A与传感器的误差ε(误差越大，精度越小)有着紧密的联系，开环放大倍数的倒数为传感器的最小误差，传感器误差越小精度等级就越高，交直流传感器的设计要从ε入手。

需要说明的是，实际误差方程式的推导是在理想条件下进行的推导，在实际过程中由于器件的不同以及设计电路的不同而使得计算出来的误差存在一定偏差，所以在方案的实施过程中会预留一定的裕量以满足传感器的精度要求；开环放大倍数越大传感器的误差越小，在满足设计要求的情况下，传感器的实际误差比理论误差更高，通过多次实验可以确定在其他参数保持不变的情况下，将初始第一增益调整为理论第一增益的1.5～3倍时，其实际误差相当于理论误差的值。

可理解的是，以ε为理论误差设计的闭环交直流传感器中，其第一信号处理单元的第一增益可以为

其中，β为大于1.5且小于3之间的数值；第二信号处理单元的第二增益可以为/>

进而该闭环交直流传感器的实际精度可以为/>

需要说明的是，通过为传感器的实际精度预留一定的裕量，使得最终计算出来的第一增益接近于目标传感器的理论增益的1.5～3倍，进而使得目标传感器的设计效果更接近于理想设计效果。

在具体实现中，以设计600A～5V的闭环交直流传感器为例，精度要求：0.2％，磁阻传感单元的灵敏度S_H为4.5×10^-4mV/V/Oe(即待测导线的目标电流I₁′为600A，传感器的目标输出电压V₀’为5V，目标精度α’为0.2％，目标灵敏度S_H’为4.5×10^-4mV/V/Oe)为例进行说明，具体说明如下：

首先根据

可以确定采样电阻在1秒时间内的功耗，可以看出确定采样电阻的目标阻值越大传感器的功耗也会越高，若目标传感器的第二目标输出电压为5V，采样电阻的的目标阻值为25Ω，此时目标传感器在待测导线的电流很大时可能具有很大的功耗。为了降低功耗因此设计闭环输出V₁’为1V。

依据第六关系式：

将采样电阻的目标阻值R₀’设为5Ω；

依据

将第二信号处理单元的第二增益K₂’确定为5；

依据

将β’设为1.5-3之间，依据实践经验，确定K₁’为4000。

需要说明的是，不考虑β’，根据公式：

可以计算出目标传感器所需要的目标第一增益K₁’为1852倍。此时，传感器的实际精度仅为0.5％。而通过引入采用系数β’，对目标第一增益的值扩大至1.5-3倍范围，之后其实际精度可接近于设计精度。示例性地，目标第一增益设为4000时，其对应的实际精度接近为0.2％。

在本实施例中，通过为传感器的实际精度要求预留一定的裕量，使得最终计算出来的第一增益更接近于目标传感器的实际第一增益，进而使得目标传感器的设计效果更接近于理想设计效果。

本实施例通过获取闭环交直流传感器的目标参数，目标参数包括线圈的目标总匝数、采样电阻的目标阻值、磁阻传感单元的目标灵敏度、闭环交直流传感器的目标输出电压、闭环交直流传感器的目标精度和/或目标导线的目标电流中的多个参数；依据目标参数，确定第一信号处理单元的目标第一增益以及第二信号处理单元的目标第二增益；将目标参数、目标第一增值以及目标第二增益作为传感器设计参数，得到具有目标精度的闭环交直流传感器。通过上述方式，只需知道交直流电流传感器的性能指标，就可以完成传感器的理论闭环系统设计，属于反向实现的设计过程，以闭环理论指导完成传感器电路结构设计，而不是正向设计电路结构验证闭环理论的设计过程，能够不限制交直流传感器各个功能单元的实现形式，从而能够同时满足交直流测量的需求。

需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。

另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的闭环交直流电流传感器的设计方法，此处不再赘述。

此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器(Read Only Memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种闭环交直流传感器，其特征在于，包括：

磁阻传感单元，用于感应待测导线周围的磁场；

第一信号处理单元，分别与反馈单元以及所述磁阻传感单元电连接形成闭合回路，以对所述磁阻传感单元的第一输出信号进行第一次增益；

所述反馈单元，包括线圈和采样电阻；

第二信号处理单元，分别与所述反馈单元以及所述第一信号处理单元电连接，以对所述闭合回路的第二输出信号进行第二次增益，进而输出所述待测导线的待测电流。

2.如权利要求1所述的闭环交直流传感器，其特征在于，

所述闭环交直流传感器还包括聚磁铁芯；

所述磁阻传感单元位于所述聚磁铁芯的单开口气隙位置；

所述线圈绕设于所述聚磁铁芯外围；

所述采样电阻经所述线圈与所述第一信号处理单元电连接。

3.如权利要求2所述的闭环交直流传感器，其特征在于，

所述聚磁铁芯呈环形，由上下两个半圆通过圆孔叠片交替重叠组成。

4.如权利要求1所述的闭环交直流传感器，其特征在于，

所述磁阻传感单元为霍尔磁阻元件、AMR磁阻元件、GMR磁阻元件或TMR磁阻元件中的至少一种。

5.如权利要求1所述的闭环交直流传感器，其特征在于，

所述闭环交直流传感器的测量精度α符合第一关系式：

其中，β为大于1.5且小于3之间的数值；K₁为所述第一信号处理单元的第一增益；S_H为所述闭环交直流传感器的灵敏度；R₀为所述采样电阻的阻值；W_c为所述线圈的总匝数。

6.如权利要求1所述的闭环交直流传感器，其特征在于，

所述第一信号处理单元的第一增益K₁符合第二关系式：

所述第二信号处理单元的第二增益K₂符合第三关系式：

其中，V₀为所述闭环交直流传感器的输出电压；I₁为所述待测导线的待测电流；W_c为所述线圈的总匝数；β为大于1.5且小于3之间的数值；S_H为所述闭环交直流传感器的灵敏度；R₀为所述采样电阻的阻值。

7.一种闭环交直流传感器的设计方法，其特征在于，所述闭环交直流传感器为权利要求1-6中任一项所述的闭环交直流传感器，用于对目标导线进行电流测量；

所述设计方法包括：

获取所述闭环交直流传感器的目标参数，所述目标参数包括线圈的目标总匝数、采样电阻的目标阻值、磁阻传感单元的目标灵敏度、所述闭环交直流传感器的目标输出电压、所述闭环交直流传感器的目标精度和/或所述目标导线的目标电流中的多个参数；

依据所述目标参数，确定第一信号处理单元的目标第一增益以及第二信号处理单元的目标第二增益；

将所述目标参数、所述目标第一增值以及所述目标第二增益作为传感器设计参数，得到具有目标精度的闭环交直流传感器。

8.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，

所述依据所述目标参数，确定第一信号处理单元的目标第一增益以及第二信号处理单元的目标第二增益，包括：

依据所述目标总匝数W_c’、所述目标阻值R₀’、所述目标灵敏度S_H’、所述目标精度α’，以及第四关系式：

确定第一信号处理单元的目标第一增益K₁’，其中，所述β’为大于1.5且小于3之间的数值；

依据所述目标输出电压V₀’、所述目标总匝数W_c’、所述目标阻值R₀’、所述目标电流I₁’以及第五关系式：

确定第二信号处理单元的目标第二增益K₂’。

9.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，

所述依据所述目标参数，确定第一信号处理单元的目标第一增益以及第二信号处理单元的目标第二增益，包括：

获取所述闭合回路的第二目标输出电压V₁’；

依据所述第二目标输出电压V₁’、所述目标总匝数W_c’、所述目标电流I₁’以及所述第六关系式：

确定所述目标阻值R₀’；

依据所述目标总匝数W_c’、所述目标阻值R₀’、所述目标灵敏度S_H’、所述目标精度α’，以及所述第四关系式：

确定第一信号处理单元的目标第一增益K₁’；

依据所述目标输出电压V₀’、所述第二目标输出电压V₁’，以及第七关系式

确定第二信号处理单元的目标第二增益K₂’。

10.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括：

依据所述目标电流I₁’、所述目标总匝数W_c’、所述目标阻值R₀’以及第七关系式

确定所述闭环交直流传感器的目标功耗P；

获取所述闭环交直流传感器的功耗阈值；

依据所述目标功耗和所述功耗阈值，判断所述目标参数是否符合所述闭环交直流传感器的设计要求。

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