CN116430097A - 基于磁电复合材料的电流传感器和电流测量方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于磁电复合材料的电流传感器和电流测量方法。电流传感器包括：传感元件包括磁电复合材料，用于感应被测电流输出感应电信号；偏置磁体，用于为传感元件提供偏置磁场；磁性绕组，包括第一铁芯、第二铁芯、绕设于第一铁芯上的第一线圈以及绕设于第二铁芯上的第二线圈；第一线圈接入交流信号，以驱动第一线圈产生针对传感元件的交流激励磁场；连接传感元件的处理模块，获取感应电信号；处理模块还分别接入交流信号和第二线圈，基于感应电信号和交流信号，调节输出至第二线圈的反馈电流，以驱动第二线圈补偿偏置磁场；处理模块获取补偿偏置磁场的反馈电流，确定出被测电流的测量值。本申请电流传感器可以提高检测直流电流的精度。
Description
技术领域
本申请涉及电流检测技术领域，特别是涉及一种基于磁电复合材料的电流传感器和电流测量方法。
背景技术
随着电力电子技术的发展，出现了非接触式的电流检测技术，由于直流电流是无法产生互感电压的，非接触式电流互感器对于直流电流量的检测具有一定困难，而以霍尔传感器为基础的电流传感器件，其线性度和测量精度较低，难以适用一些高精度检测的场合；以罗氏线圈(Rogowski Coil)为磁场测量装置的电流传感器对线圈的完全对称性要求很高，从而难以保证测试精度。
目前的电流测量方式或者传统方法，存在对直流电流的检测精度低的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高检测直流电流的精度的基于磁电复合材料的电流传感器和电流测量方法。
第一方面，本申请提供了一种基于磁电复合材料的电流传感器，电流传感器包括：
传感元件，传感元件包括磁电复合材料；传感元件用于感应被测电流，输出感应电信号；
偏置磁体，偏置磁体用于为传感元件提供偏置磁场；
磁性绕组，磁性绕组包括第一铁芯、第二铁芯、绕设于第一铁芯上的第一线圈以及绕设于第二铁芯上的第二线圈；第一线圈接入交流信号，以驱动第一线圈产生针对传感元件的交流激励磁场；
处理模块，处理模块连接传感元件，获取传感元件传输的感应电信号；处理模块还分别接入交流信号和第二线圈，处理模块基于感应电信号和交流信号，调节输出至第二线圈的反馈电流，以驱动第二线圈对偏置磁场进行补偿；处理模块获取补偿偏置磁场的反馈电流，确定出被测电流的测量值。
在其中一个实施例中，处理模块包括：
信号处理单元，信号处理单元连接传感元件，获取感应电信号；信号处理单元还接入交流信号；信号处理单元基于感应电信号和交流信号，输出调节信号；
反馈电路，反馈电路连接信号处理单元和第二线圈，基于调节信号对第二线圈中的反馈电流进行调节；反馈电路还用将反馈电流的值传输至信号处理单元。
在其中一个实施例中，电流传感器还包括：
前置放大模块，前置放大模块分别连接传感元件和信号处理单元，将感应电信号放大后输出至信号处理单元。
在其中一个实施例中，电流传感器还包括：
信号发生模块，信号发生模块连接信号处理单元，用于提供交流信号；
功率放大模块，功率放大模块接入第一线圈，还连接信号发生模块，将交流信号放大后输出至第一线圈。
在其中一个实施例中，第一铁芯和第二铁芯均为C型铁芯，第一铁芯和第二铁芯的端面相对设置；偏置磁体和传感元件分别设置于两对相对设置的端面的中间。
在其中一个实施例中，传感元件为由磁致伸缩材料－压电材料－磁致伸缩材料复合而成的空间层状三明治结构。
在其中一个实施例中，传感元件还包括设置在磁致伸缩材料与压电材料之间的粘接层。
在其中一个实施例中，磁致伸缩材料包括Fe-Ga合金、Terfenol-D稀土超磁致伸缩材料、FeSiB铁基非晶软磁材料以及CoFeSiB钴基非晶软磁材料中的至少一种；压电材料包括PMN-PT弛豫铁电单晶、PMN-PIN-PT弛豫铁电单晶以及PZT压电陶瓷中的至少一种。
在其中一个实施例中，偏置磁体为永磁体；永磁体包括铁氧体材料和汝铁硼材料中的至少一种。
第二方面，本申请提供了一种电流测量方法，测量方法应用于如上述的处理模块；方法包括：
获取传感元件在感应被测电流之前的初始电信号；
调节反馈电流，获取在感应电信号的值等于初始电信号的情况下的反馈电流的目标值；
根据目标值，以及第一线圈和第二线圈的匝数比，确定出被测电流的测量值。
上述基于磁电复合材料的电流传感器通过传感元件感应被测电流，输出感应电信号；偏置磁体为传感元件提供偏置磁场；磁性绕组中绕设于第一铁芯上的第一线圈接入交流信号，以驱动第一线圈产生针对传感元件的交流激励磁场；处理模块，处理模块连接传感元件，获取传感元件传输的感应电信号；处理模块还分别接入交流信号和磁性绕组中绕设于第二铁芯上的第二线圈，处理模块基于感应电信号和交流信号，调节输出至第二线圈的反馈电流，以驱动第二线圈对偏置磁场进行补偿；处理模块获取补偿偏置磁场的反馈电流，确定出被测电流的测量值。上述基于磁电复合材料的电流传感器具有较高的响应率和较小的体积，通过反馈电流的调节可以使电流传感器具有一定的抗振动干扰和温度变化的能力，通过第一线圈和第二线圈之间的关系，可以得到针对被测电流具有较高的精确度和线性度的测量结果，提高了电流传感器的检测精度。
附图说明
图1为一个实施例中电流传感器的结构示意图；
图2为另一个实施例中电流传感器的结构示意图；
图3为又一个实施例中电流传感器的结构示意图；
图4为再一个实施例中电流传感器的结构示意图；
图5为一个实施例中传感元件的结构示意图；
图6为一个实施例中电流测量方法的流程示意图；
图7为一个实施例中传感元件的工作点示意图；
图8为一个实施例中电流测量装置的结构框图；
图9为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
目前，非接触式的电流监测方案主要包括以下几类：(1)基于欧姆定律的分流器，具有较高的精度，但是需要断开测量回路，在实际的电网电流测量中具有较大的局限性；(2)基于光学原理的电流测量，例如，根据法拉第磁光效应，偏振光在与磁场相互作用而发生偏转，通过偏振角度的改变来表征磁场大小，这种方法容易受到空气中的水蒸气和杂质的干扰，从而影响精度；(3)基于磁场测量的开环电流传感器，可以使用Rogowski线圈和霍尔传感器等来实现磁场测量，通常具有结构简单紧凑、成本低等优点，但是同时存在较多问题，例如，与被测载流体几何形状强相关、易受外界磁干扰、灵敏度、线性度、温度系数易变化等；(4)基于闭环反馈原理的电流互感器，检测一次绕组和二次绕组中产生的电压差，通过电路调节二次绕组的电流，来产生与一次绕组中大小相等、相位相差180°的电流，使得铁芯内部始终处于零磁通状态，克服了开环式易受环境影响的因素，具有较大的应用范围。
然而，上述方案中具有以下几个问题：(1)以霍尔传感器为基础的电流传感器件，其线性度和测量精度较低，难以适用一些高精度检测的场合；(2)以Rogowski线圈为磁场测量装置的电流传感器对线圈的完全对称性要求很高，从而降低测试精度；(3)电流互感器测试准确度会受直流分量的干扰，且对大电流测试时需要很大的体积。基于此，本申请提出了一种基于磁电复合材料的电流传感器和电流测量方法，能够非接触式地对直流电流量进行检测，提高了电流检测的精度。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于磁电复合材料的电流传感器，电流传感器包括：
传感元件110，传感元件110包括磁电复合材料；所述传感元件110用于感应被测电流，输出感应电信号；
偏置磁体120，偏置磁体120用于为传感元件110提供偏置磁场；
磁性绕组，磁性绕组包括第一铁芯132、第二铁芯134、绕设于第一铁芯132上的第一线圈136以及绕设于第二铁芯134上的第二线圈138；第一线圈136接入交流信号，以驱动第一线圈136产生针对传感元件110的交流激励磁场；
处理模块140，处理模块140连接传感元件110，获取传感元件110传输的感应电信号；处理模块140还分别接入交流信号和第二线圈138，处理模块140基于感应电信号和交流信号，调节输出至第二线圈138的反馈电流，以驱动第二线圈138对偏置磁场进行补偿；处理模块140获取补偿偏置磁场的反馈电流，确定出被测电流的测量值。
具体而言，传感元件110可以采用磁电复合材料制成，传感元件110可以用于感应被测电流Ip，例如，可以将被测电流Ip设置于穿过第一铁芯132和第二铁芯134所形成平面的位置，例如，垂直于第一铁芯132和第二铁芯134所形成平面的中心；偏置磁体120可以经过磁性绕组的第一铁芯132和第二铁芯134，偏置磁体120和磁性绕组可以汇聚磁场，为传感元件110提供相应的偏置磁场(例如，最优偏置磁场)，进而传感元件110可以工作在相应的工作点；第一线圈136绕制于第一铁芯132上，第一线圈136可以接入交流信号，例如，接入预设频率的交流信号，以驱动第一线圈136产生针对传感元件110的交流激励磁场，使得传感元件110处于交流工作模式；由于被测电流Ip会产生相应的磁场叠加在偏置磁场上，使得传感元件110偏离预设的工作点，处理模块140可以基于交流信号和传感元件110传输的感应电信号，以产生一个与被测电流Ip作用效果相反的直流电流(即反馈电流)，并将产生的反馈电流提供给第二线圈138，第二线圈138绕制于第二铁芯134上，使得第二线圈138产生一个用于补偿偏置磁场的磁场，以抵消被测电流Ip所产生的磁场，进而第一铁芯132和第二铁芯134的磁通量可以仍维持在同一偏置磁场(例如，传感元件110的预设工作点对应的偏置磁场)下。处理模块140可以基于补偿偏置磁场的反馈电流，确定出被测电流Ip的测量值，例如，获取在补偿了偏置磁场的条件下的反馈电流，进一步基于反馈电流与被测电流Ip之间的关系，获得被测电流Ip的测量结果。采用磁电复合材料制成的传感元件110具有较大的磁电响应，相比于霍尔传感器和Rogowski线圈等，本申请的基于磁电复合材料的电流传感器可以得到较高的响应率；进一步的，磁电复合材料可以采用不同的材料体系和工作模式相结合，实现电流传感器的敏感元器件的小型化。
在一些示例中，驱动第一线圈136产生针对传感元件110的交流激励磁场的交流信号可以是正弦信号、方波信号或者三角波信号。
本申请实施例通过传感元件110感应被测电流，输出感应电信号；偏置磁体120为传感元件110提供偏置磁场；磁性绕组中绕设于第一铁芯132上的第一线圈136接入交流信号，以驱动第一线圈136产生针对传感元件110的交流激励磁场；处理模块140，处理模块140连接传感元件110，获取传感元件110传输的感应电信号；处理模块140还分别接入交流信号和磁性绕组中绕设于第二铁芯134上的第二线圈138，处理模块140基于感应电信号和交流信号，调节输出至第二线圈138的反馈电流，以驱动第二线圈138对偏置磁场进行补偿；处理模块140获取补偿偏置磁场的反馈电流，确定出被测电流的测量值。上述基于磁电复合材料的电流传感器具有较高的响应率和较小的体积，通过反馈电流的调节可以使电流传感器具有一定的抗振动干扰和温度变化的能力，通过第一线圈136和第二线圈138之间的关系，可以得到针对被测电流Ip的具有较高的精确度和线性度的测量结果，提高了电流传感器的检测精度。
在其中一个实施例中，如图2所示，处理模块140包括：
信号处理单元142，信号处理单元142连接传感元件110，获取感应电信号；信号处理单元142还接入交流信号；信号处理单元142基于感应电信号和交流信号，输出调节信号；
反馈电路144，反馈电路144连接信号处理单元142和第二线圈138，基于调节信号对第二线圈138中的反馈电流进行调节；反馈电路144还用将反馈电流的值传输至信号处理单元142。
具体而言，信号处理单元142可以基于传感元件110传输的感应电信号和用于激励第一线圈136产生交流激励磁场的交流信号，输出相应的调节信号至反馈电路144，调节信号可以为电压信号；进一步的，反馈电路144可以接收信号处理单元142输出的调节信号，基于调节信号对第二线圈138中的反馈电流进行调节
在其中一个实施例中，如图3所示，电流传感器还包括：
前置放大模块310，前置放大模块310分别连接传感元件110和信号处理单元142，将感应电信号放大后输出至信号处理单元142。
具体而言，前置放大模块310可以用于放大传感元件110输出的感应电信号；进一步的，信号处理单元142可以将前置放大模块310放大后输出的感应电信号与交流信号进行参比，得到的参比结果可以反映被测电流Ip引起的磁场变化，并输出调节信号至反馈电路144，反馈电路144可以将调节信号进行电压-电流转换(V-I转换)，来驱动第二线圈138对偏置磁场进行补偿。
在其中一个实施例中，如图4所示，电流传感器还包括：
信号发生模块410，信号发生模块410连接信号处理单元142，用于提供交流信号；
功率放大模块420，功率放大模块420接入第一线圈136，还连接信号发生模块410，将交流信号放大后输出至第一线圈136。
具体而言，信号发生模块410可以产生预设频率的交流信号，交流信号可以为交流电流或交流电压；功率放大模块420可以将信号发生模块410输出的交流电流进行放大后输出至第一线圈136，或者将信号发生模块410输出的交流电压转换为交流电流，并放大后输出至第一线圈136；放大得到的交流电流可以驱动第一线圈136产生针对传感元件110的交流激励磁场。
在一些示例中，信号发生模块410可以采用交流信号发生器予以实现。功率放大模块420可以采用功率放大器予以实现。
在其中一个实施例中，第一铁芯132和第二铁芯134均为C型铁芯，第一铁芯132和第二铁芯134的端面相对设置；偏置磁体120和传感元件110分别设置于两对相对设置的端面的中间。
具体而言，第一铁芯132和第二铁芯的端面一一相对设置，且中间留有间隙；通过在两个C型铁芯相对设置的两对端面的间隙中分别设置偏置磁体120和传感元件110，可以使得偏置磁体120经过C型铁芯对磁场的汇聚来为传感元件110提供最优的偏置磁场。
在一些示例中，第一铁芯132和第二铁芯134均可以为半圆型铁芯。第一铁芯132和第二铁芯134的可以采用相同的材质和外形。
在其中一个实施例中，如图5所示，传感元件110为由磁致伸缩材料－压电材料－磁致伸缩材料复合而成的空间层状三明治结构。
具体而言，传感元件110可以采用磁电复合材料，例如，由磁致伸缩材料－压电材料－磁致伸缩材料复合而成的空间层状三明治结构，其中，磁致伸缩材料和压电材料可以采用粘接的方式复合。
在其中一个实施例中，如图5所示，传感元件110还包括设置在磁致伸缩材料与压电材料之间的粘接层。
具体而言，粘接层可以采用环氧树脂类粘接剂制成，具备温度稳定性好，杨氏模量高、胶层厚度薄的特点，便于应力的耦合传递。
在其中一个实施例中，磁致伸缩材料包括Fe-Ga合金、Terfenol-D稀土超磁致伸缩材料、FeSiB铁基非晶软磁材料以及CoFeSiB钴基非晶软磁材料中的至少一种；压电材料包括PMN-PT弛豫铁电单晶、PMN-PIN-PT弛豫铁电单晶以及PZT压电陶瓷中的至少一种。
具体而言，磁致伸缩材料可以采用Fe-Ga合金、Terfenol-D稀土超磁致伸缩材料、FeSiB铁基非晶软磁材料以及CoFeSiB钴基非晶软磁材料中的至少一种，需要具有高磁导率、高压磁系数、低损耗的特点；压电材料可以采用PMN-PT弛豫铁电单晶、PMN-PIN-PT弛豫铁电单晶以及PZT压电陶瓷中的至少一种，具有高压电系数、低介电损耗、低静态电容、高直流电阻的特点，以满足电流传感器高响应率、低噪声的要求。
在其中一个实施例中，偏置磁体120为永磁体；永磁体包括铁氧体材料和汝铁硼材料中的至少一种。
具体而言，传感元件110需要偏置磁体120来提供偏置磁场，例如，最优偏置磁场，以获得相应的磁电响应输出。偏置磁体120可以为设置于两个铁芯的对应端面的间隙处的永磁体，永磁体利用铁芯将磁场汇聚给传感元件110，以提供偏置磁场。永磁体可以采用铁氧体材料和汝铁硼材料中的至少一种。
在一个实施例中，如图6所示，提供了一种电流测量方法，测量方法应用于如上述的处理模块140；方法包括：
步骤610，获取传感元件110在感应被测电流之前的初始电信号；
具体而言，在电流传感器对被测电流Ip进行测试之前，可以获取传感元件110的初始电信号；传感元件110的初始电信号可以用于表征传感元件110偏置磁体120和磁性绕组所产生的初始偏置磁场，例如，最优偏置磁场，在初始偏置磁场下，传感元件110工作于初始工作点。在电流传感器对被测电流Ip进行测试的过程中，被测电流Ip在铁芯内产生的磁通量为Φp，在铁芯中产生一个直流偏场△H叠加在初始偏置磁场上，使得传感元件110的工作点偏离初始工作点(例如，如图7所示的最优工作点Hoptimal)。第一线圈136可以为传感元件110的工作提供一个较小的交流激励磁场，第二线圈138可以根据处理模块140输出的反馈电流，产生一个相应的磁场对偏置磁场进行补偿，以使得传感元件110的工作点回到初始工作点。
步骤620，调节反馈电流，获取在感应电信号的值等于初始电信号的情况下的反馈电流的目标值；
具体而言，通过调节反馈电流获取感应电信号，可以判断传感元件110的工作点是否回到初始工作点。在感应电信号的值等于初始电信号的情况下，确定传感元件110的工作点回到初始工作点，则可以获取相应的反馈电流的目标值Is，目标值即完全补偿了偏置磁场受到被测电流Ip的影响的反馈电流的值。
在一些示例中，可以获得感应电信号相比于初始电信号的减小值，并基于减小值提供给第二线圈138相应大小的反馈电流，反馈电流所产生磁通的方向与被测电流Ip，产生磁通的方向相反，大小相等，以此抵消被测电流Ip，产生的磁场的影响，使得感应电信号与初始电信号保持一致。
步骤630，根据目标值，以及第一线圈136和第二线圈138的匝数比，确定出被测电流的测量值。
具体而言，第一线圈136的匝数为N1，N1通常为1；第二线圈138的匝数为N2，反馈电流的目标值Is在铁芯中产生的磁通量是Φs，反馈电流的目标值Is产生的磁场为-△H，来抵消被测电流Ip的影响，使得传感元件110回到初始工作点。被测电流Ip和反馈电流的目标值Is的关系如下：
N1·Ip＝N2·Is
在这种情况下，被测电流Ip和反馈电流的目标值Is之间具有精确的映射，进而可以基于第一线圈136和第二线圈138的匝数比N1/N2，确定出被测电流Ip的测量值，且具有比较高的精确度和线性度。
上述应用于电流传感器的方法相比于传统的霍尔式电流传感器和Rogowski线圈式电流传感器，具有较高的响应率。通过反馈电流的调节可以使电流传感器具有一定的抗振动干扰和温度变化的能力，且能够满足电流传感器体积小和易携带的需要，可满足野外输电线缆和变电站设备的安全检测等非接触式电流传感领域的应用需求。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的电流测量方法的电流测量装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个电流测量装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于电流测量方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，如图8所示，提供了一种电流测量方法装置，装置包括：
初始化模块810，用于获取传感元件110在感应被测电流之前的初始电信号；
调节模块820，用于调节反馈电流，获取在感应电信号的值等于初始电信号的情况下的反馈电流的目标值；
测量模块830，用于根据目标值，以及第一线圈136和第二线圈138的匝数比，确定出被测电流的测量值。
上述电流测量装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括处理器、存储器、输入/输出接口、通信接口、显示单元和输入装置。其中，处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接，通信接口、显示单元和输入装置通过输入/输出接口连接到系统总线。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种电流测量方法。该计算机设备的显示单元用于形成视觉可见的画面，可以是显示屏、投影装置或虚拟现实成像装置。显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤：
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于磁电复合材料的电流传感器，其特征在于，所述电流传感器包括：
传感元件，所述传感元件包括磁电复合材料；所述传感元件用于感应被测电流，输出感应电信号；
偏置磁体，所述偏置磁体用于为所述传感元件提供偏置磁场；
磁性绕组，所述磁性绕组包括第一铁芯、第二铁芯、绕设于所述第一铁芯上的第一线圈以及绕设于所述第二铁芯上的第二线圈；所述第一线圈接入交流信号，以驱动所述第一线圈产生针对所述传感元件的交流激励磁场；
处理模块，所述处理模块连接所述传感元件，获取所述传感元件传输的所述感应电信号；所述处理模块还分别接入所述交流信号和所述第二线圈，所述处理模块基于所述感应电信号和所述交流信号，调节输出至所述第二线圈的反馈电流，以驱动所述第二线圈对所述偏置磁场进行补偿；所述处理模块获取补偿所述偏置磁场的反馈电流，确定出所述被测电流的测量值。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述处理模块包括：
信号处理单元，所述信号处理单元连接所述传感元件，获取所述感应电信号；所述信号处理单元还接入所述交流信号；所述信号处理单元基于所述感应电信号和所述交流信号，输出调节信号；
反馈电路，所述反馈电路连接所述信号处理单元和所述第二线圈，基于所述调节信号对所述第二线圈中的所述反馈电流进行调节；所述反馈电路还用将所述反馈电流的值传输至所述信号处理单元。
3.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，所述电流传感器还包括：
前置放大模块，所述前置放大模块分别连接所述传感元件和所述信号处理单元，将所述感应电信号放大后输出至所述信号处理单元。
4.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，所述电流传感器还包括：
信号发生模块，所述信号发生模块连接所述信号处理单元，用于提供所述交流信号；
功率放大模块，所述功率放大模块接入所述第一线圈，还连接所述信号发生模块，将所述交流信号放大后输出至所述第一线圈。
5.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述第一铁芯和所述第二铁芯均为C型铁芯，所述第一铁芯和所述第二铁芯的端面相对设置；所述偏置磁体和所述传感元件分别设置于两对相对设置的所述端面的中间。
6.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述传感元件为由磁致伸缩材料－压电材料－磁致伸缩材料复合而成的空间层状三明治结构。
7.根据权利要求6所述的电流传感器，其特征在于，所述传感元件还包括设置在所述磁致伸缩材料与所述压电材料之间的粘接层。
8.根据权利要求6所述的电流传感器，其特征在于，所述磁致伸缩材料包括Fe-Ga合金、Terfenol-D稀土超磁致伸缩材料、FeSiB铁基非晶软磁材料以及CoFeSiB钴基非晶软磁材料中的至少一种；所述压电材料包括PMN-PT弛豫铁电单晶、PMN-PIN-PT弛豫铁电单晶以及PZT压电陶瓷中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述偏置磁体为永磁体；所述永磁体包括铁氧体材料和汝铁硼材料中的至少一种。
10.一种电流测量方法，所述测量方法应用于如权利要求1至9任一项所述的处理模块；所述方法包括：
获取所述传感元件在感应所述被测电流之前的初始电信号；
调节所述反馈电流，获取在所述感应电信号的值等于所述初始电信号的情况下的所述反馈电流的目标值；
根据所述目标值，以及所述第一线圈和所述第二线圈的匝数比，确定出所述被测电流的测量值。
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| CN202310377574.XA CN116430097A (zh) | 2023-04-10 | 2023-04-10 | 基于磁电复合材料的电流传感器和电流测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202310377574.XA CN116430097A (zh) | 2023-04-10 | 2023-04-10 | 基于磁电复合材料的电流传感器和电流测量方法 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN116430097A true CN116430097A (zh) | 2023-07-14 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202310377574.XA Pending CN116430097A (zh) | 2023-04-10 | 2023-04-10 | 基于磁电复合材料的电流传感器和电流测量方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN116430097A (zh) |
-
2023
- 2023-04-10 CN CN202310377574.XA patent/CN116430097A/zh active Pending
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