CN211905515U - 一种电场耦合型高频电流传感器非线性补偿电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电场耦合型高频电流传感器非线性补偿电路，包括前级信号调理电路、自动增益控制环路、模数转换电路和输出电路，高频电流传感器与前级信号调理电路的输入端电连接，前级信号调理电路的输出端与自动增益控制环路的输入端电连接，自动增益控制环路的输出端与模数转换电路的输入端电连接，模数转换电路的输出端通过输出电路对外输出检测信号，模数转换电路的输出端还与自动增益控制环路的反馈输入端电连接。本实用新型通过前级型号调理电路对采集的信号进行初步滤波处理，再由自动增益控制环路进行信号的增益幅度调整与控制，从而调整信号动态范围，保证模数转换电路输出恒定幅值的信号，以实现对高频电流传感器的非线性特征补偿。
Description
技术领域
本实用新型涉及高频传感器信号检测领域，尤其涉及一种电场耦合型高频电流传感器非线性补偿电路。
背景技术
随着电力系统的发展，电力系统中出现了很多新的典型负荷，如冲击负荷、动态负荷等，在新负荷情况下，电力系统信号的频率更加丰富，高频信号大量出现，这对针对现有国家标准设计的电力器件带来了挑战，电力器件在频带更宽的信号下的性能需要大力关注。现代电力器件多是针对工频设计，在非工频的信号下，其性能将直接受到影响。
电流传感器的非线性特性，也称之为电流传感器的误差特性，指的是在工作条件下的传变特性的非线性，在理想条件下，电流传感器按照其变比对电流信号进行变换，输入、输出信号满足变比关系式。但在实际中，由于存在涡流、励磁电流、铁芯饱和的情况，特别是当电流信号出现非周期、高频以及瞬时信号增大情况时，传感器的铁芯状态发生改变，使得传感器的传变特性呈现出非线性，因此高频电流传感器非线性特性及其对信号检测影响的研究就显得非常重要。
在实际应用中，由于高频传感器检测信号的频带很宽，在不同频率下输出变比不同，所以输出信号幅度呈非线性，这不仅导致各频率下无法精准定位输出幅度，严重的是，当输出信号的幅度远超过后级信号采集电路的门限，会导致不可逆转的损坏。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种电场耦合型高频电流传感器非线性补偿电路。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种电场耦合型高频电流传感器非线性补偿电路，包括前级信号调理电路、自动增益控制环路、模数转换电路和输出电路，高频电流传感器的输出端与所述前级信号调理电路的输入端电连接，所述前级信号调理电路的输出端与所述自动增益控制环路的输入端电连接，所述自动增益控制环路的输出端与所述模数转换电路的输入端电连接，所述模数转换电路的输出端与所述输出电路的输入端电连接，所述输出电路的输出端对外输出检测信号，所述模数转换电路的输出端还与所述自动增益控制环路的反馈输入端电连接。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的电场耦合型高频电流传感器非线性补偿电路，通过所述前级型号调理电路对高频电流传感器采集的信号进行初步滤波处理，再由所述自动增益控制环路进行信号的增益幅度调整与控制，从而调整信号动态范围，保证所述模数转换电路输出恒定幅值的信号，以实现对高频电流传感器的非线性特征补偿，避免输出信号的幅度导致后级信号采集电路出现不可逆转损坏。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：
进一步：所述自动增益控制环路包括数字增益放大器、数据存储器和补偿控制器，所述高频电流传感器的输出端与所述数字增益放大器的输入端电连接，所述数字增益放大器的输出端与所述模数转换电路的输入端电连接，所述补偿控制器的反馈输入端与所述模数转换电路的输出端电连接，所述补偿控制器的输出端与所述数据存储器的输入端电连接，所述数据存储器的输出端与所述数字增益放大器的反馈输入端电连接。
上述进一步方案的有益效果是：通过所述补偿控制器根据预先存储在所述数据存储器中的特性补偿参数来调节所述数字增益放大器的放大倍数，从而控制信号增益幅度，以使得所述模数转换电路输出信号的幅度恒定，同时，所述模数转换电路输出的信号反馈至所述补偿控制器，并反馈控制所述数字增益放大器，实现高频电流传感器的非线性特征补偿。
进一步：所述数字增益放大器采用型号为HMC960的数字增益放大芯片。
进一步：所述补偿控制器采用型号为STM32F407VGT6的微处理器芯片。
进一步：所述前级信号调理电路采用型号为LF412CD的带通滤波芯片。
进一步：所述模数转换电路采用型号为AD7606BSTZ的16为精度的模数转换芯片。
附图说明
图1为本实用新型的电场耦合型高频电流传感器非线性补偿电路的结构示意图；
图2为本实用新型的高频电流传感器的结构示意图；
图3为本实用新型的自动增益控制环路电路示意图；
图4为本实用新型的电场耦合型高频电流传感器非线性补偿电路补偿前后输出信号幅频特性图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
如图1所示，一种电场耦合型高频电流传感器非线性补偿电路，包括前级信号调理电路、自动增益控制环路、模数转换电路和输出电路，高频电流传感器的输出端与所述前级信号调理电路的输入端电连接，所述前级信号调理电路的输出端与所述自动增益控制环路的输入端电连接，所述自动增益控制环路的输出端与所述模数转换电路的输入端电连接，所述模数转换电路的输出端与所述输出电路的输入端电连接，所述输出电路的输出端对外输出检测信号，所述模数转换电路的输出端还与所述自动增益控制环路的反馈输入端电连接。
本实用新型的电场耦合型高频电流传感器非线性补偿电路，通过所述前级型号调理电路对高频电流传感器采集的信号进行初步滤波处理，再由所述自动增益控制环路进行信号的增益幅度调整与控制，从而调整信号动态范围，保证所述模数转换电路输出恒定幅值的信号，以实现对高频电流传感器的非线性特征补偿，避免输出信号的幅度导致后级信号采集电路出现不可逆转损坏。
如图2所示，本实用新型中，所述高频电流传感器采用主要由镍锌铁氧体磁环、漆包线和采样电阻组成，漆包线(副边线圈)按照一定匝数和间距绕在磁环上。当穿过所述高频电流传感器的线缆中存在交变电流时，会在磁环周围方向产生交变的感应磁场，绕制在磁环上的感应线圈(副边线圈)中的磁通量发生交变，产生感应电流，从而在采样电阻R两端检测到电压信号，该输出电压信号呈非线性函数关系。所述高频电流传感器耦合的交流电压信号工作频率在200K-20MHZ范围内。
所述高频电流传感器输出的非线性电压信号先经过所述前级信号调理电路初步滤波处理，再经过所述自动增益控制环路进行特性补偿参数处理后实现线性输出。所述自动增益控制环路可以对前级信号调理电路输出的信号进行调整，当弱信号输入时，线性放大电路工作，保证输出信号的强度；当输入信号达到一定强度时，启动压缩放大电路，使输出幅度降低，即所述自动增益控制环路可以通过改变输入输出压缩比例自动控制增益的幅度。
具体地，在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述自动增益控制环路包括数字增益放大器、数据存储器和补偿控制器，所述高频电流传感器的输出端与所述数字增益放大器的输入端电连接，所述数字增益放大器的输出端与所述模数转换电路的输入端电连接，所述补偿控制器的反馈输入端与所述模数转换电路的输出端电连接，所述补偿控制器的输出端与所述数据存储器的输入端电连接，所述数据存储器的输出端与所述数字增益放大器的反馈输入端电连接。通过所述补偿控制器根据预先存储在所述数据存储器中的特性补偿参数来调节所述数字增益放大器的放大倍数，从而控制信号增益幅度，以使得所述模数转换电路输出信号的幅度恒定，同时，所述模数转换电路输出的信号反馈至所述补偿控制器，并反馈控制所述数字增益放大器，实现高频电流传感器的非线性特征补偿。
如图3所示，为本实用新型一实施例的自动增益控制环路示意图，主要由数字增益放大器及其外围电路和反馈部分组成，数字增益放大器使用ADI 公司的HMC960。HMC960是一款数字可编程双通道可变增益放大器，实际应用中采用两个通道级联模式，信号从IQP引脚输入、OIN引脚输出，输出后分为两路，一路由P1处给模数转换电路采样，另一路则由C6输入到三极管 Q1，用于AGC检波，再经三极管Q1集电极电容C7滤波后送出AGC控制电压 VAGC至输出电路，由输出电路反馈至主控制器，主控制器根据数据存储器里的特性补偿参数来调节主控制器与数字增益放大器之间的SPI总线通信，从而改变数字增益放大器的反馈系数，实现线性输出。
补偿前、后高频电流传感器的幅频特性参见图4，函数y1是没有做过补偿处理的，在不同频率下输出信号幅度呈非线性，从图中可以看出，在某一频率区间内，信号幅度达到最大值，如果输出信号的幅度远超过后级信号采集电路的门限，会导致不可逆转的损坏。函数y2是经过补偿处理的，处理的方式是，所述补偿控制器根据预先存储在数据存储器里的特性补偿参数来调节数字增益放大器的反馈系数，从而实现线性输出。
在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述数字增益放大器采用型号为HMC960的数字增益放大芯片。
在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述补偿控制器采用型号为STM32F407VGT6的微处理器芯片。
在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述前级信号调理电路采用型号为LF412CD的带通滤波芯片。
在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述模数转换电路采用型号为AD7606BSTZ的16为精度的模数转换芯片。
在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述数据存储器采用 AT24C256N的存储芯片,预先存入了高频电流传感器在不同频率时的特性补偿运算模型参数，所述补偿控制器根据所述数据存储器里的特性补偿参数来调节所述数字增益放大器的反馈系数。
在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述输出电路采用现有的 SMA接口即可。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种电场耦合型高频电流传感器非线性补偿电路，其特征在于：包括前级信号调理电路、自动增益控制环路、模数转换电路和输出电路，高频电流传感器的输出端与所述前级信号调理电路的输入端电连接，所述前级信号调理电路的输出端与所述自动增益控制环路的输入端电连接，所述自动增益控制环路的输出端与所述模数转换电路的输入端电连接，所述模数转换电路的输出端与所述输出电路的输入端电连接，所述输出电路的输出端对外输出检测信号，所述模数转换电路的输出端还与所述自动增益控制环路的反馈输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的电场耦合型高频电流传感器非线性补偿电路，其特征在于：所述自动增益控制环路包括数字增益放大器、数据存储器和补偿控制器，所述高频电流传感器的输出端与所述数字增益放大器的输入端电连接，所述数字增益放大器的输出端与所述模数转换电路的输入端电连接，所述补偿控制器的反馈输入端与所述模数转换电路的输出端电连接，所述补偿控制器的输出端与所述数据存储器的输入端电连接，所述数据存储器的输出端与所述数字增益放大器的反馈输入端电连接。
3.根据权利要求2所述的电场耦合型高频电流传感器非线性补偿电路，其特征在于：所述数字增益放大器采用型号为HMC960的数字增益放大芯片。
4.根据权利要求2所述的电场耦合型高频电流传感器非线性补偿电路，其特征在于：所述补偿控制器采用型号为STM32F407VGT6的微处理器芯片。
5.根据权利要求1-4任一项所述的电场耦合型高频电流传感器非线性补偿电路，其特征在于：所述前级信号调理电路采用型号为LF412CD的带通滤波芯片。
6.根据权利要求1-4任一项所述的电场耦合型高频电流传感器非线性补偿电路，其特征在于：所述模数转换电路采用型号为AD7606BSTZ的16为精度的模数转换芯片。
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