CN117706438A - 可变磁电感器、磁场强度测量方法和电流检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开可变磁电感器、磁场强度测量方法和电流检测方法，本发明的可变磁电感器在于测量单元的构造，该测量单元包括一个或多个平面线圈或螺旋线圈作为电感元件，以及一个或多个软磁性质的磁材。根据本发明的测量单元，由于结构特点，等效于一个磁导率可变的电感元器件，其磁导率和电感值的变化与导体中的待测电流的大小相关。我们将本发明中可受电磁场影响的磁导率可变的电感元器件命名为可变磁电感器(Variable Magneto Inductor，V.M.I.)。

Description

可变磁电感器、磁场强度测量方法和电流检测方法

技术领域

本发明涉及一种磁场强度测量的方法和电流采样的方法，尤其涉及一种可变磁电感器、磁场强度测量方法和电流检测方法。

背景技术

电流传感器在电池、变换器、充电器、可再生能源、工业、机动车辆等各行各业都有应用。目前检测电流的电流传感器主要有分流器，电流互感器、霍尔效应传感器、磁电阻和磁通门技术的传感器。

而应用最为广泛地，就是基于霍尔效应的霍尔效应传感器，其主要原因在于其具有较好的可靠性和低功耗，且也属于非接触式测量。但是根据霍尔效应的原理可以知晓，基于霍尔效应的霍尔效应传感器需要使用磁芯来集中由待测电流产生的磁通量，且由磁芯形成的磁场需要与待测电流的方向垂直，因此，基于霍尔效应的霍尔效应传感器体积往往较大。而如果不带磁芯使用时，这种霍尔效应电流传感器就会受到EMC干扰，从而使得检测的精度较低。

如美国专利US2022260652A1或US2022357366A1。该专利采用磁通门测量设备测量电流，但这种测量设备依旧是围绕一个或多个磁芯构建。这种技术的主要缺点在于需要使用体积大、重量重的磁芯，以及激发磁通门次级所需的功耗较高。

世界知识产权局公开的公开号为WO2020023127A1、美国专利公开号为US2011227560A1或中国公开号为CN114994386A的专利中，分别记载了通过xMR型电流测量设备测量电流的方案，但是其测量设备都是围绕一个或多个磁阻元件周围构建。这些磁阻元件的组装复杂。此外，这些专利中都需要围绕惠斯通电桥建造而成，故而这类测量设备容易受到集肤效应的影响，在大电流的情况下会引起显著的测量误差。

发明内容

本发明的一个优势在于提供一种可变磁电感器、磁场强度测量方法和电流检测方法，其中通过所述电流检测方法测量待测导体中的电流，由于不需要围绕惠斯通电桥构件检测的结构，因此能够避免大电流等因素引起的误差，从而保证电流检测的精准度。

本发明的另一个优势在于提供一种可变磁电感器、磁场强度测量方法和电流检测方法，其中通过本发明所述电流检测方法测量待测导体中的电流时，由于无需用到体积较大的磁芯，因此，能够减少用于测量电流的所述可变磁电感器整体的重量。

本发明的另一个优势在于提供一种可变磁电感器、磁场强度测量方法和电流检测方法，相比于现有技术中的磁通门技术和分流器等测量电流的方法而言，其中通过本发明所述电流检测方法测量待测导体中的电流时，能够极大地减少功耗。

本发明的另一个优势在于提供一种可变磁电感器、磁场强度测量方法和电流检测方法，其中通过所述可变磁电感器测量电流时，由于所述可变磁电感器中没有设置较重的磁芯，因此，所述可变磁电感器整体质量相比于现有基于霍尔效应的传感器来说更轻。

本发明的另一个优势在于通过一种可变磁电感器、磁场强度测量方法和电流检测方法，其中所述可变磁电感器的结构简单、体积小。

为达到以上至少一个优势，本发明提供一种电流测量方法，所述电流测量方法包括：

至少一个电感元件；和

至少一个软磁性质的磁材。

根据本发明一实施例，其中所述电感元件被实施为平面线圈或螺旋线圈或电感。

根据本发明一实施例，所述可变磁电感器包括至少两个所述电感元件，其中两个电感元件被间隔地保持在距离所述磁材一预定距离处，其中两个所述电感元件被接入LC振荡电路，并且都给予两个所述电感元件一预定时长的激励脉冲电压，激励时间内，所述电感元件定义为激励电感，激励结束后，两个所述电感元件内产生振荡电流，振荡时间内，所述电感元件定义为接收电感，激励电感与接收电感为同一电感。

根据本发明一实施例，至少一个所述磁材被设置在待测导体与所述电感元件之间，以增强所述待测导体中待测电流产生的磁场对所述可变磁电感器的影响。

根据本发明一实施例，至少一个所述磁材被设置在一磁性元件与所述电感元件之间，以增强所述磁性元件的待测磁场对所述可变磁电感器的影响。

根据本发明一实施例，所述可变磁电感器包括至少两组所述电感元件，其中一组所述电感元件相对地设置在距离所述磁材的同一距离处，以形成至少一激励电感，而另一组所述电感元件被间隔地设置在所述磁材的另一侧，以形成至少一接收电感，其中设置于所述接收电感和所述激励电感之间的所述磁材用以将所述激励电感产生的激励后的电流振荡波通过互感的方式传递给所述接收电感，以在所述接收电感中形成振荡电流。

根据本发明一实施例，所述可变磁电感器包括至少两组磁材，其中所述接收电感被间隔地设置在两组所述磁材之间，其中位于所述接收电感远离所述激励电感一侧的所述磁材被用以增强所述待测电流通过所述待测导体时产生的磁场对所述可变磁电感器的影响。

根据本发明一实施例，所述软磁性质的磁材被设置为片状磁材。

为达到以上至少一个优势，本发明提供一种磁场强度的测量方法，所述磁场强度的测量方法包括以下步骤：

给予一可变磁电感器中至少一电感元件一激励脉冲电压，并检测所述电感元件中产生的激励后的电流振荡波的幅值和频率中的至少一个，并确定所述电感元件的电感值，其中可变磁电感器被接入LC振荡电路；

将所述可变磁电感器放入待测磁场中，以在所述待测磁场影响下，使所述可变磁电感器的磁导率发生变化，从而使所述可变磁电感器的电感值发生变化，进而使所述电感元件中的电流的振荡波的幅值和频率发生变化；

根据所述电感元件中电流的振荡波的幅值或频率的变化与所述待测磁场的磁场强度之间的关系，确定与所述电感元件中电流的振荡波的幅值或频率相关联的所述待测磁场的磁场强度大小。

为达到以上至少一个优势，本发明提供一种电流检测方法，所述电流检测方法包括：

给予一可变磁电感器中至少一电感元件一脉冲电压，并检测所述电感元件中产生的激励后的电流振荡波的幅值和频率中的至少一个，以确定所述电感元件的电感值，其中可变磁电感器被接入LC振荡电路；

将可变磁电感器接近至少一待测导体，以使所述可变磁电感器受所述待测导体影响后，使得所述可变磁电感器的磁导率发生变化，进而使所述可变磁电感器的电感值发生变化，从而使所述电感元件中激励后的电流振荡波发生变化，并确定所述电感元件受所述待测导体影响后的电感值；

根据所述电感元件中电流的振荡波的幅值或频率的变化与所述导体中电流值之间的关系，确定与所述电感元件中电流的振荡波的幅值或频率相关联的所述待测导体的电流大小。

附图说明

图1示出了本发明一实施例中用于检测磁场强度的一可变磁电感器的部分结构示意图。

图2A示出了本发明图1所示实施例的变形实施例中用于检测磁场强度的一可变磁电感器的部分结构示意图。

图2B示出了本发明图2A所示实施例的变形实施例中用于检测磁场强度的一可变磁电感器的部分结构示意图。

图3A示出了本发明另一实施例中用于检测磁场强度的一可变磁电感器的部分结构立体图。

图3B示出了本发明图3A所示实施例中用于检测磁场的一可变磁电感器的结构立体图。

图4示出了本发明一实施例中用于检测电流的一可变磁电感器的部分结构示意图。

图5示出了本发明图4所示实施例的变形实施例中用于检测电流的一可变磁电感器的部分结构示意图。

图6示出了本发明另一实施例中用于检测电流的一可变磁电感器的部分结构立体图。

图7示出了本发明图6所示实施例中用于检测电流的一可变磁电感器的部分结构示意图。

图8示出了接收电感中电流波随时间变化的衰减振荡波形的示意图。

图9使出了本发明一处理器的结构示意图。

图10示出了本发明一处理器的部分电路图。

图11示出了本发明激励的励磁电压脉冲、激励后对应的LC振荡信号和周期频率以及待测电流变化的波形图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参考图1至图3B，依本发明一较佳实施例的一磁场强度测量方法将在以下被详细地阐述，其中所述磁场强度测量方法包括以下步骤：

S1001，给予一可变磁电感器中至少一电感元件一激励脉冲电压，并检测所述电感元件中产生的激励后的电流振荡波的幅值和频率中的至少一个，并确定所述电感元件的电感值以确定所述电感元件的电感值，其中可变磁电感器被接入LC振荡电路；

S1002，将所述可变磁电感器放入待测磁场中，以在所述待测磁场影响下，使所述可变磁电感器的磁导率发生变化，从而使所述可变磁电感器的电感值发生变化，进而使所述电感元件中的电流的振荡波的幅值和频率发生变化；

S1003，根据所述电感元件中电流的振荡波的幅值或频率的变化与所述待测磁场的磁场强度之间的关系，确定与所述电感元件中电流的振荡波的幅值或频率相关联的所述待测磁场的磁场强度大小。

在如图1所示的第一个实施例中，构造了一个可变磁电感器，以检测所述磁性元件100A的待测磁场的磁场强度。

本领域技术人员能够理解的是，所述磁性元件100A是一种能够形成磁场的元件，其形成的磁场为待测磁场。在检测所述磁性元件100A的待测磁场的磁场强度时，所述可变磁电感器，尤其是所述可变磁电感器的所述电感元件210A被设置于所述磁性元件100A形成的磁场中。参考图10可知，所述可变磁电感器中至少一个所述电感元件210A被接入一LC振荡电路中。

本领域技术人员能够理解的是，在所述电感元件210A放置在磁场中时，所述可变磁电感器的磁导率将会发生变化，从而使得所述可变磁电感器的所述电感值发生变化，从而使得所述电感元件210A中产生的激励后电流信号对应的振荡波将会发生改变，进而形成所述变化后的激励后电流信号。而所述激励后电流信号和变化后的激励后电流信号各自对应的振荡波之间存在差异，即在所述磁性元件100A的影响下，激励后电流信号对应的振荡波将发生了变化。而通过检测变化后的激励后电流信号的振荡波相对于初始振荡电信号的振荡波变化，即可确定所述电感元件210A中所述变化后的激励后电流信号的振荡波相对于所述初始振荡电信号的振荡波的幅值和/或频率的变化值，进而能够确定所述磁性元件100A的所述磁性元件强度。

在一个实施例中，所述步骤S1003包括：

S10031，通过检测所述变化后的激励后电流信号的振荡波相对于所述初始振荡电信号的振荡波的频率差异，以确定所述磁性元件的磁场强度大小。

本领域技术人员能够理解的是，由于所述磁性元件的磁场会对所述可变磁电感器的磁导率产生影响。通过法拉第电磁感应定律、电动势和电感之间的线性关系等定律，最终可以确定：

L_v＝N×(ΔΦ_B/ΔI_excit)＝1/((2.π.f)².C)，

其中L_v是被所述待测导体互感后所述可变磁电感器的电感值；

N为所述电感元件210A的匝数；

ΔI_excit为所述对应时刻所述激励脉冲电压对应的激励电流值。

Φ_B为所述磁性元件100A的磁通。

值得一提的是，通过上述等式和测得的变化后的激励后电流信号的振荡波的频率以及各个参数的值，最终能够确定所述磁性元件100A的磁通和频率之间的关系，即：

其中C为与所述电感元件210A并联或串联的电容的电容值。

优选地，在另一个实施例中，所述步骤S1003包括：

S10032，通过检测所述变化后的激励后电流信号的振荡波相对于所述初始振荡电信号的振荡波的幅值差异，以确定所述磁性元件100A的磁场强度大小。

所述电感元件210A的电感值和变化后的激励后电流信号的振荡波幅值之间的关系，即u_c＝A.cos(ω₀.t)，其中

其中U_c为所述电感元件中电流振荡波t时刻的幅值；

其中A为电流信号的振荡波的每次振荡的峰值；

其中C为与所述电感元件210A并联或串联的电容的电容值。

根据所述电感元件210A中电流振荡随时间变化的衰减振荡波为：

X(t)＝X₀ exp(-βt)×sin2.π.f_d.t；如图8所示。

X₀：为周期振幅指数曲线在零时刻初始值；

f_d：振荡的波的频率；

β：阻尼常数。

用阻尼常数β和频率f_d对数衰减系数，由方程给出Λ＝β/f_d。

而衰减因子″tanδ″与对数衰减系数Λ的关系，由近似方程给出tanδ≈Λ/π。

当t时刻为某次振荡周期的峰值的时刻，X(t)即为所述电感元件210A中电流振荡波某次振荡周期的峰值A。通过采样获得当前t时刻的幅值Uc，进而推导出当前t时刻的所述可变磁电感器的电感值Lv。

由于所述磁性元件100A产生的磁场会对所述电感元件210A的磁导率产生影响。同上述实施例，最终根据下列公式可以得到所述磁性元件100A的磁通Φ_B。

L_v＝N×(ΔΦ_B/ΔI_excit)

根据上述等式和采样测得的幅值Uc以及各个参数的值，最终能够确定所述磁性元件100A的磁场强度大小。

值得一提的是，在本发明任一实施例中，所述电感元件210A可以被实施被包括线圈在内的任何具有电感属性的元件。为是本领域技术人员能够理解本发明的技术构思，本发明至少一个实施例中，仅以所述电感元件210A被实施为线圈为例进行阐述，其中所述线圈的形状可以是平面状，如图1和图2A、图3所示，也可以被设置为螺旋状，如图2B所示。

为了增强变化前后的激励后电流振荡波之间的差异程度，构造的所述可变磁电感器还包括一磁材300A，优选为一软磁性质的磁材3000A。

如图1所示，其中所述磁材3000A保持距离所述电感元件210A一侧的一预定距离处。在检测所述磁性元件100A的磁场强度时，将所述磁材3000A和所述电感元件210A同时放置在所述磁性元件100A的磁场中，并将所述磁材3000A保持在所述磁性元件100A和所述电感元件210A之间。这样一来，在检测所述磁性元件100A的待测磁场的磁场强度时，处于所述磁材3000A形成的待测磁场中的电感元件210A中的所述变化后的激励后电流信号的振荡波将会被增强，从而使得所述变化后的激励后电流信号的振荡波与未变化前所述激励后电流信号的振荡波之间的频率和/或幅值差异被增大，以便于确定所述磁性元件的磁场强度。

更优选地，所述磁材300A被构造为片状的软磁性质的磁材3000A，如一磁箔。这样一来，就能够实现增强电流信号的振荡波的同时，减少构造的所述可变磁电感器的体积和重量。

作为优选地，在本实施例中，构造的所述可变磁电感器还包括一处理器400，其中所述电感元件被电连接于所述处理器400。所述处理器400被设置能够给予所述电感元件210A所述脉冲电压，并检测和接收所述电感元件210A在被所述磁性元件影响后的所述变化后的激励后电流信号。此外，所述处理器400还可以根据所述变化后的激励后电流信号的振荡波与未变化前所述激励后电流信号的振荡波之间的频率和/或幅值差异最终确定所述磁性元件的磁场强度。

参考图2A和图2B，在一个变形实施中，作为优选地，构造的所述可变磁电感器设置两个所述电感元件210B，即通过设置两个所述电感元件210B，也可以实现对所述磁性元件100B磁场强度的检测。在本实施例中，通过给予两个所述电感元件210B一脉冲电压，随后所述电感元件210B自感振荡。

在检测时，将所述可变磁电感器被放置在所述磁性元件100B的磁场中，并给予两个所述电感元件210B一脉冲电压，以在两个所述电感元件210B中分形成一激励后电流信号，而在所述磁性元件100B的所述磁性元件的感应下，所述电感元件210B中也会形成所述变化后的激励后电流信号，即与所述激励电流信号不同的电流信号。借由所述变化后的激励后电流信号的振荡波与未变化前所述激励后的电流信号的振荡波之间的频率和/或幅值差异，从而能够实现对所述磁性元件100B的所述磁性元件的磁场强度检测。

同样作为优选地，为了能够提高检测的精准度，构造的所述可变磁电感器也包括至少一软磁性质的磁材3000B，其中所述磁材3000B和所述电感元210B之间相互不接触。如此一来，通过所述磁材3000B，能够在检测所述磁性元件100B的所述磁性元件的磁场强度时，有效地扩大所述变化后的激励后电流信号的振荡波与未变化前所述激励后的电流信号的振荡波之间的频率和/或幅值差异，从而更便于检测。

优选地，所述电感元件210B都被电连接于一处理器400，如包括至少一MCU的电路器件，其中所述处理器400用以给予所述电感元件210B所述脉冲电压，并检测所述电感元件210B形成的变化电流。此外，所述处理器400还可以在后续计算出所述磁性元件100B的所述磁性元件的磁场强度。

作为可变形地，所述电感元件210B还可以被设置为如图2B所示的螺旋状。

可以理解的是，在如图1至图2B所示的实施例中，被构造的所述可变磁电感器包括的所述电感元件即作为激励电感，又作为接收电感。此外，在一开始给予两个所述电感元件210B一脉冲电压，而使得两个所述电感元件210B振荡预定时长后，停止给予激励脉冲电压，而两个所述电感元件210B自感而后续形成振荡的激励后电流信号。也就是说，两个所述电感元件210B各自通过分时振荡而同时被定义为一激励电感和一接收电感。

同样地，在本实施例中，所述可变磁电感器中至少一个所述电感元件210B被接入一LC振荡电路中。

参考图3A和图3B，在另一实施例中，构造的所述可变磁电感器包括三个电感元件，即一第一电感元件210C'、一第二电感元件210C”以及一第三电感元件210C”'，其中所述第一电感元件210C'和所述第三电感元件210C”'相对地设置在距离所述磁性元件100C的同一距离处，以使得所述磁性元件100C保持在所述第一电感元件210C'和所述第三电感元件210C”'的一侧。所述第二电感元件210C”被间隔地设置在所述第一电感元件210C’和所述第三电感元件210C”'的另一侧。

在检测时，将所述可变磁电感器被放置在所述磁性元件100C的所述磁性元件中，并给予所述第二电感元件210C”中一所述脉冲电压，以在所述第二电感元件210C”中形成一激励电流信号。而所述第一电感元件210C'和所述第三电感元件210C”在所述磁性元件100C的所述磁性元件的影响下，将会形成与所述激励后的电流信号不同的所述变化后的激励后电流信号。借由所述变化后的激励后电流信号的振荡波与未变化前所述激励后的电流信号的振荡波之间的频率和/或幅值差异，从而能够实现对所述磁性元件100B的所述磁性元件的磁场强度检测。

在本实施例中，构造的所述可变磁电感器中，所述第二电感元件210C”被定义为一激励电感。而相应地，所述第一电感元件210C'和所述第三电感元件210C”’都被定义为接收电感。即通过给予所述第二电感元件210C”以脉冲电压后，所述第一电感元件210C’和所述第三电感元件210C”’因被互感而产生变化后的所述变化后的激励后电流信号，借由所述变化后的激励后电流信号的振荡波与未变化前所述激励后的电流信号的振荡波之间的频率和/或幅值差异，从而能够实现对所述磁性元件100C的所述磁性元件的磁场强度检测。

同样作为优选地，在本实施中，在所述第一电感元件210C'和所述第三电感元件210C”'与所述磁性元件100C之间设置至少一个所述磁材3000C’。更优选地，所述第一电感元件210C'和所述第三电感元件210C”’与所述第二电感元件210C”之间也设置至少一个所述磁材3000C”。

优选地，所述第一电感元件210C'、所述第二电感元件210C”以及所述第三电感元件210C”’都被电连接于一处理器400C，如包括至少一MCU的电路器件，其中所述处理器400C用以给予所述第二电感元件210C所述脉冲电压，并检测所述第一电感元件210C’和所述第三电感元件210C”’形成的所述变化后的激励后电流信号。

本领域技术人员能够理解的是，通过上述实施例阐述的方式可以实现对所述磁性元件100A/100B/100C的所述磁性元件的磁场强度的检测。

同样地，在本实施例中，所述可变磁电感器中至少一个所述电感元件210C被接入一LC振荡电路中。

值得一提的是，构造的如图1至3B中任一可变磁电感器中由于没有如霍尔传感器一样大体积的磁芯，因此，使得构造的所述可变磁电感器的体积能够相对地减小，并且重量也可以相对地减小。

此外，在如图1、2A和图2B所示的实施例中，由于所述电感元件分时振荡而同时被定义为一激励电感和一接收电感，因此，在给予脉冲电压时，只需要一开始给予预定时长的脉冲电压即可，而无需持续地给予脉冲电压，这样一来，就能够减少构造形成的所述可变磁电感器工作时的功耗。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种电流检测方法，所述电流检测方法包括：

S2001，给予一可变磁电感器中至少一电感元件一脉冲电压，并检测所述电感元件中产生的激励后的电流振荡波的幅值和频率中的至少一个，以确定所述电感元件的电感值；

S2002，将可变磁电感器接近至少一待测导体，以使所述可变磁电感器受所述待测导体影响后，使得所述可变磁电感器的磁导率发生变化，进而使所述可变磁电感器的电感值发生变化，从而使所述电感元件中激励电流的振荡波发生变化，并确定所述电感元件受所述待测导体影响后的电感值；

S2003，根据所述电感元件中电流的振荡波的幅值或频率的变化与所述导体中电流值之间的关系，确定与所述电感元件中电流的振荡波的幅值或频率相关联的所述待测导体的电流大小。

参考图4至图7，通过上述电流检测方法可以知，本实施例也是通过构造一所述可变磁电感器，以检测所述待测导体510中的电流大小。

此外，由于通过所述可变磁电感器检测所述待测导体510的电流时，可以不设置磁芯，从而使得所述可变磁电感器的体积和重量。

进一步地，所述步骤S2003包括：

S20031，通过检测所述变化后的激励后电流信号的振荡波相对于所述初始振荡电信号的振荡波的频率差异，以确定所述待测导体中的电流大小。

本领域技术人员能够理解的是，由于所述待测导体510在通电后，产生的磁场会对所述可变磁电感器的磁导率产生影响。通过法拉第电磁感应定律、电动势和电感之间的线性关系等定律，最终可以确定：

其中L_v是被所述待测导体互感后所述可变磁电感器的电感值；

N为所述电感元件521的匝数；

ΔI_excit为对应时刻所述激励脉冲电压对应的激励电流值。

μ₀为真空磁导率常数；

l_p为所述待测导体的电流；

S为垂直于所述电感元件521形成磁场所在的平面的截面积；

d为所述待测导体510到所述电感元件521形成的磁场之间的距离。

L_v＝N×(ΔΦ_B/ΔI_excit)＝1/((2.π.f)².C)。

值得一提的是，通过上述等式和测得的变化后的激励后电流信号的振荡波的频率以及各个参数的值，最终能够确定所述待测导体510的电流I_p的值，即：

其中C为与所述电感元件521并联或串联的电容的电容值。

优选地，在另一个实施例中，所述步骤S2003包括：

S20032，通过检测所述变化后的激励后电流信号的振荡波相对于所述初始振荡电信号的振荡波的幅值差异，以确定所述待测导体中的电流大小。

所述电感元件521的电感值和变化后的激励后电流信号的振荡波幅值之间的关系，即u_c＝A.cos(ω₀.t)，其中

其中U_c为所述电感元件中电流振荡波t时刻的幅值；

其中A为电流信号的振荡波的每次振荡的峰值；

其中C为与所述电感元件521并联或串联的电容的电容值。

根据所述电感元件521中电流振荡随时间变化的衰减振荡波为：

X(t)＝X₀ exp(-βt)×sin2.π.f_d.t；如图8所示。

X₀：为周期振幅指数曲线在零时刻初始值；

f_d：振荡的波的频率；

β：阻尼常数。

用阻尼常数β和频率f_d对数衰减系数，由方程给出Λ＝β/f_d。

而衰减因子″tanδ″与对数衰减系数Λ的关系，由近似方程给出tanδ≈Λ/π。

当t时刻为某次振荡周期的峰值的时刻，X(t)即为所述电感元件中电流振荡波某次振荡周期的峰值A。通过采样获得当前t时刻的幅值Uc，进而推导出当前t时刻的所述可变磁电感器的电感值Lv。

由于所述待测导体510在通电后，产生的磁场会对所述电感元件的磁导率产生影响。同上述实施例，最终可以确定：

根据所述通过上述等式和采样测得的幅值Uc以及各个参数的值，最终能够确定所述待测导体的电流Ip的值。

值得一提的是，通过构造如图4至7中任一可变磁电感器检测所述待测导体510的所述待测导的电流。

参考图4，在一个实施例中，所述可变磁电感器包括至少一个所述电感元件521。

值得一提的是，在如图4所示的实施例中，通过给予所述电感元件521一脉冲电压，在所述待测导体510形成的磁场影响下，所述可变磁电感器的磁导率将会发生变化，相应地，所述可变磁电感器的电感值也会相应地发生变化，因此，所述电感元件521中所述激励后电流信号的振荡波将发生变化，而借助变化后的电流振荡波，即所述变化后的激励后电流信号的振荡波，从而可以根据所述变化后的激励后电流信号的振荡波相对于所述初始振荡电信号的振荡波变化，确定所述待测导体510中的电流值。可参考图11所示的波形图。

如图5所示，作为优选地，构造的所述可变磁电感器中一对所述电感元件521都将被给予所述脉冲电压。

在所述待测导体510的影响下，一对所述电感元件521中将都会产生变化后的所述变化后的激励后电流信号。

值得一提的是，在本实施中，每对所述电感元件521中的所述电感元件521优选地保持在距离所述待测导体510同一垂直距离的平面上。本领域技术人员能够理解的是，由于所述可变磁电感器中由于没有磁芯，因此，所述可变磁电感器的体积、重量都将减小。

更值得一提的是，在如图4和如图5所示的实施例中，所述电感元件521既作为了所述激励电感，又作为所述接收电感。

优选地，所述可变磁电感器还包括至少一软磁性质的磁材530，其中所述磁材530被设置在距离所述电感元件521一预定距离处。同样地，由于设置的所述磁材530形成的磁场能够使得所述电感元件521中的所述变化后的激励后电流信号的振荡波被增强，从而能够使得所述变化后的激励后电流信号的振荡波与未变化前所述激励后的电流信号的振荡波之间的频率和/或幅值差异被增大，这样一来，就便于确定所述待测导体510中的所述电流大小。

更优选地，所述磁材530被构造为片状的软磁性质的磁材，如一磁箔。这样一来，就能够实现增强电流信号的振荡波的同时，减少构造的所述可变磁电感器的体积和重量。本领域技术人员能够理解的是，所述可变磁电感器相比于传统基于霍尔效应的电流传感器来说，重量和体积都将会减小。

进一步地，所述可变磁电感器还包括一处理器540，如包括至少一MCU的电路器件，其中所述处理器540被电连接于所述电感元件521，用以给予所述电感元件521所述脉冲电压，并检测振荡时所述电感元件521的电流信号。

在如图4至图5所示的实施例中，被构造的所述可变磁电感器包括的所述电感元件即作为激励电感，又作为接收电感。

本领域技术人员能够理解的是，在如图4至图5所示的实施例中，由于所述电感元件分时振荡而同时被定义为一激励电感和一接收电感，因此，在给予脉冲电压时，只需要一开始给予预定时长的脉冲电压即可，而无需持续地给予脉冲电压，这样一来，就能够减少构造形成的所述可变磁电感器工作时的功耗。

在如图6和图7所示的另一变形实施例中，构造的所述可变磁电感器中包括三个所述电感元件521，即，即一第一电感元件521'、一第二电感元件521'’以及一第三电感元件521”'，其中所述第一电感元件521'和所述第三电感元件521”'相对地设置在距离所述待测导体510的同一距离处，以使得所述待测导体510保持在所述第一电感元件521’和所述第三电感元件521”'的一侧。所述第二电感元件521”被间隔地设置在所述第一电感元件521'和所述第三电感元件521”'的另一侧。

在检测所述待测导体510中的电流时，给予所述第二电感元件521”中一所述脉冲电压，从而使得所述第二电感元件521”被定义为一激励电感。而相应地，所述第一电感元件521'和所述第三电感元件521”'都被定义为接收电感。即通过给予所述第二电感元件521”以脉冲电压后，所述第一电感元件521'和所述第三电感元件521”’因被互感而产生变化后的所述变化后的激励后电流信号，通过检测所述变化后的激励后电流信号的振荡波与未变化前所述激励后的电流信号的振荡波之间的频率和/或幅值差异，进而能够实现对所述待测导体510的电流的检测。

同样作为优选地，在本实施中，在所述第一电感元件521'和所述第三电感元件521”’与所述待测导体510之间设置至少一个所述磁材530C’。更优选地，所述第一电感元件521'和所述第三电感元件521”’与所述第二电感元件521”之间也设置至少一个所述磁材530C”。

优选地，所述第一电感元件521'、所述第二电感元件521”以及所述第三电感元件521”’都被电连接于一处理器540，如包括至少一MCU的电路器件，其中所述处理器540用以给予所述第二电感元件521所述脉冲电压，并检测所述第一电感元件521'和所述第三电感元件521”’形成的电流信号。此外，所述处理器540还可以在后续计算出所述待测导体510的所述待测导体510的电流。

作为优选地，所述电感元件可以被设置为平面状或螺旋状。优选地，所述电感元件可以被设置为平面状。同样作为优选地，所述磁材也被设置为片状。这样一来，可以尽可能地减小所述可变磁电感器的体积和重量。

参考图9，值得一提的是，在上述任一实施例中，所述处理器(400；540)包括一处理单元610以及一信号接收提取单元630。所述处理单元610、所述信号接收提取单元630与所述电感元件相互电连接。

所述处理单元610通过给予所述电感元件一激励电压，也即脉冲电压，使得所述至少一电感元件中产生所述激励后的电流信号。

在所述可变磁电感器被用以检测所述磁性元件或所述待测导体中的电流时，通过所述信号接收提取单元630，提取所述变化后的激励后电流信号。

所述处理单元610通过对所述激励后电流信号和所述变化后的激励后电流信号进行分析，从而能够确定所述变化后的激励后电流信号的振荡波相对于所述初始振荡电信号的振荡波变化，进而确定所述磁性元件的所述磁性元件的磁场强度或所述待测导体中的电流大小。

参考图10，作为示例地，所述信号接收提取单元630包括一高通滤波电路631以及一过零比较电路632。所述处理单元610、所述高通滤波电路631以及所述过零比较电路632相互电连接。所述高通滤波电路631被电连接于所述接收电感，用以获取所述接收电感中的所述变化后的激励后电流信号。而所述变化后的激励后电流信号一开始为一交流信号。而所述过零比较电路632能够将所述交流信号转换为方波信号，便于后续所述处理单元610接收和处理。可参考图11所示的波形图。

此外，所述处理单元610还被电连接于所述激励电感，并给予所述激励电感所述脉冲电压，以在所述激励电感中产生一激励后电流信号。所述处理单元610后续通过所述变化后的激励后电流信号的振荡波与未变化前所述激励后的电流信号的振荡波之间的频率和/或幅值差异，进而能够实现对所述磁性元件的所述磁性元件强度或所述待测导体510的电流的检测。

在上述任一实施例中，所述可变磁电感器可被构造为一个如芯片一样的电子元器件中，从而使得所述电子元器件能够实现上述任一实施例的技术方案。

此外，参考图10，在如图4至图7的任一实施例中，所述可变磁电感器中至少一个所述电感元件521被接入一LC振荡电路中。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的优势已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (10)

1.可变磁电感器，其特征在于，所述可变磁电感器包括：

至少一个电感元件；和

至少一个软磁性质的磁材。

2.根据权利要求1所述可变磁电感器，其特征在于，其中所述电感元件被实施为平面线圈或螺旋线圈或电感。

3.根据权利要求1或2所述可变磁电感器，其特征在于，所述可变磁电感器包括至少两个所述电感元件，其中两个电感元件被间隔地保持在距离所述磁材一预定距离处，其中两个所述电感元件被接入LC振荡电路，并且都给予两个所述电感元件一预定时长的激励脉冲电压，激励时间内，所述电感元件定义为激励电感，激励结束后，两个所述电感元件内产生振荡电流，振荡时间内，所述电感元件定义为接收电感，激励电感与接收电感为同一电感。

4.根据权利要求1或3所述可变磁电感器，其特征在于，至少一个所述磁材被设置在待测导体与所述电感元件之间，以增强所述待测导体中待测电流产生的磁场对所述可变磁电感器的影响。

5.根据权利要求4所述可变磁电感器，其特征在于，至少一个所述磁材被设置在一磁性元件与所述电感元件之间，以增强所述磁性元件的待测磁场对所述可变磁电感器的影响。

6.根据权利要求4所述可变磁电感器，其特征在于，所述可变磁电感器包括至少两组所述电感元件，其中一组所述电感元件相对地设置在距离所述磁材的同一距离处，以形成至少一激励电感，而另一组所述电感元件被间隔地设置在所述磁材的另一侧，以形成至少一接收电感，其中设置于所述接收电感和所述激励电感之间的所述磁材用以将所述激励电感产生的激励后的电流振荡波通过互感的方式传递给所述接收电感，以在所述接收电感中形成振荡电流。

7.根据权利要求6所述可变磁电感器，其特征在于，所述可变磁电感器包括至少两组磁材，其中所述接收电感被间隔地设置在两组所述磁材之间，其中位于所述接收电感远离所述激励电感一侧的所述磁材被用以增强所述待测电流通过所述待测导体时产生的磁场对所述可变磁电感器的影响。

8.根据权利要求1所述可变磁电感器，其特征在于，所述软磁性质的磁材被设置为片状磁材。

9.磁场强度的测量方法，其特征在于，所述磁场强度的测量方法包括以下步骤：

给予一可变磁电感器中至少一电感元件一激励脉冲电压，并检测所述电感元件中产生的激励后的电流振荡波的幅值和频率中的至少一个，并确定所述电感元件的电感值，其中可变磁电感器被接入LC振荡电路；

将所述可变磁电感器放入待测磁场中，以在所述待测磁场影响下，使所述可变磁电感器的磁导率发生变化，从而使所述可变磁电感器的电感值发生变化，进而使所述电感元件中的电流的振荡波的幅值和频率发生变化；

根据所述电感元件中电流的振荡波的幅值或频率的变化与所述待测磁场的磁场强度之间的关系，确定与所述电感元件中电流的振荡波的幅值或频率相关联的所述待测磁场的磁场强度大小。

10.电流检测方法，其特征在于，所述电流检测方法包括：

给予一可变磁电感器中至少一电感元件一脉冲电压，并检测所述电感元件中产生的激励后的电流振荡波的幅值和频率中的至少一个，以确定所述电感元件的电感值，其中至少一个所述电感元件被接入LC振荡电路；

将可变磁电感器接近至少一待测导体，以使所述可变磁电感器受所述待测导体影响后，使得所述可变磁电感器的磁导率发生变化，进而使所述可变磁电感器的电感值发生变化，从而使所述电感元件中产生的激励后的电流振荡波发生变化，并确定所述电感元件受所述待测导体影响后的电感值；

根据所述电感元件中电流的振荡波的幅值或频率的变化与所述导体中电流值之间的关系，确定与所述电感元件中电流的振荡波的幅值或频率相关联的所述待测导体的电流大小。