DE4425163A1 - Current sensor based on changes in magnetic or opto-magnetic material - Google Patents

Current sensor based on changes in magnetic or opto-magnetic material

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DE4425163A1 DE19944425163 DE4425163A DE4425163A1 DE 4425163 A1 DE4425163 A1 DE 4425163A1 DE 19944425163 DE19944425163 DE 19944425163 DE 4425163 A DE4425163 A DE 4425163A DE 4425163 A1 DE4425163 A1 DE 4425163A1
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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Abstract

A current sensor is based on the changes which take place in the magnetisation of a local region of magnetic or opto-magnetic data storage material when subjected to the field of a current-carrying conductor. A magnetic card (3) is positioned alongside the conductor (1) to be monitored and a ferro-magnetic shield (2) is folded to enclose the card (3) within a V-shaped aperture. The variable geometry of the assembly enables the sensitivity of response/current range of the sensor to be suited to the application and an excess current in the conductor (1) is detected by the pick-up of a scanning electromagnetic card reader.

Description

Es ist bekannt, daß ein mit Speicherdaten belegter magnetisierbarer Datenträger zur Erfassung von Stoßströmen an Blitzableitern und Überspannungsableitern eingesetzt werden kann. Dazu werden entsprechend DE 38 23 398 auf einem magnetisierbaren Datenträger Daten abgelegt, der Datenträger im Bereich eines stoßstromdurchflossenen elektrischen Leiters angeordnet und aus der Menge und der Verteilung der auf dem Datenträger verbliebenen Daten das Faktum eines Ereignisfalles sowie die Intensität des stärksten Ereignisfalls ermittelt. Durch das Ablesen der noch auf dem Datenträger verbliebenen Daten kann ermittelt werden, ob überhaupt ein Überspannungsereignis stattgefunden hat und welche relative Größenordnung das stärkste Überspannungsereignis gehabt hat.It is known that a magnetizable data carrier occupied with storage data is used for Detection of surge currents at lightning arresters and surge arresters used can be. For this purpose, according to DE 38 23 398 on a magnetizable Data carrier stored, the data carrier in the area of a surge current electrical conductor arranged and from the amount and distribution of those on the Data remaining on the data carrier, the fact of an event and the intensity of the strongest event. By reading the still on the disk remaining data can be determined whether there is an overvoltage event at all has taken place and which relative magnitude is the strongest Has had surge event.

Der Meßbereich dieser Vorrichtung wird durch die Koerzitivfeldstärke des magnetischen Datenträgermaterials und den Abstandsbereich des magnetischen Datenträgermaterials vom elektrischen Leiter vorgegeben. Der Meßbereich solcher Anordnungen kann mit herkömmlichen Datenträgermaterialien von etwa 2 kA bis 100 kA oder von 10 kA bis 500 kA vorgegegeben werden.The measuring range of this device is determined by the coercive force of the magnetic Disk material and the distance range of the magnetic disk material specified by the electrical conductor. The measuring range of such arrangements can be with conventional data media from about 2 kA to 100 kA or from 10 kA to 500 not specified.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Meßbereich und die Auflösung solcher Spitzenstrommeßanordnungen in einem weiten Bereich variieren zu können, um somit den Anwendungsbereich zu erweitern. Es soll insbesondere die Auflösung erhöht werden, damit auch kleinere Ströme gemessen werden können. Eine weitere Aufgabe liegt in der geeigneten Schirmung von eigenen, zeitlich früher liegenden Meßinformationen durch Verschiebung des Informationsträgers in einen geeignet magnetisch geschirmten Bereich und die Schirmung gegenüber fremden Störungen. The invention has for its object the measurement range and the resolution of such Peak current measuring arrangements can vary in a wide range, thus to expand the scope. In particular, the resolution should be increased so that even smaller currents can be measured. Another job lies in the appropriate shielding of own, earlier ones Measurement information by moving the information carrier into a suitable magnetically shielded area and shielding against external interference.  

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen 1 bis 16 aufgeführten Merkmale gelöst.This object is achieved in accordance with the invention in claims 1 to 16 listed features solved.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß der Meßbereich und der Skalierungsverlauf frei gewählt und entsprechend nahezu beliebig eingestellt werden kann. Über Differenzmessungen der Flußwechsel auf magnetisch geschirmten und ungeschirmten Spuren können Meßabweichungen erheblich reduziert werden. Zudem können durch die erfindungsgemäße magnetische Schirmung eines Teils des magnetisierbaren Datenträgermaterials auf einer vorzugsweise an einem äußeren Rand des Datenträgermaterials liegenden geschirmten Spur zusätzliche Informationen, vorzugsweise Zeitinformationen und weitere Meßinformationen wie z. B. Spannungen abgelegt werden.The advantages achieved with the invention are in particular that the measuring range and the scaling curve can be freely selected and set almost as required can be. Differential measurements of flux changes on magnetically shielded and unshielded traces, measurement errors can be significantly reduced. In addition, by means of the magnetic shielding according to the invention, part of the magnetizable data carrier material on a preferably on an outer edge additional information of the shielded track lying on the data carrier, preferably time information and other measurement information such. B. tensions be filed.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung skizziert, Fig. 2 zeigt ein Schnittbild. (1) symbolisiert den elektrischen Leiter, (2) das ferromagnetische Material. Die Magnetkarte (3) wird über ein Magnetkartenlesegerät mit vorzugsweise äquidistanten, periodischen magnetischen Flußwechseln beschrieben. Dabei werden im Gegensatz zur herkömmlichen Anwendung von Magnetkarten keine Informationen oder Daten auf die Magnetkarte geschrieben. Nach dem Beschreiben beinhaltet die Magnetkarte lediglich die Information, daß sie mit der bekannten, vorgegebenen Frequenz beschrieben wurde. Durch den zu detektierenden Strom werden die Flußwechsel in der räumlichen Nähe des Leiters teilweise gelöscht, die Größe des gelöschten Bereichs ist abhängig von der geflossenen Stromstärke. Der Meßbereich der Meßanordnung kann dabei über den Öffnungswinkel der beiden Schenkel des ferromagnetischen Materials vorgegeben werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Skalierung des Meßbereichs der Meßanordnung über einem über den Abstand zum Leiter nicht konstanten Öffnungswinkel des V-förmigen ferromagnetischen Materials vorgegeben werden.In Fig. 1 an embodiment of the invention is outlined, Fig. 2 shows a sectional view. ( 1 ) symbolizes the electrical conductor, ( 2 ) the ferromagnetic material. The magnetic card ( 3 ) is written using a magnetic card reader with preferably equidistant, periodic magnetic flux changes. In contrast to the conventional use of magnetic cards, no information or data is written on the magnetic card. After writing, the magnetic card only contains the information that it has been written with the known, predetermined frequency. Due to the current to be detected, the flux changes in the spatial proximity of the conductor are partially canceled, the size of the deleted area depends on the current flow. The measuring range of the measuring arrangement can be specified via the opening angle of the two legs of the ferromagnetic material. In a further exemplary embodiment, the scaling of the measuring range of the measuring arrangement can be predetermined via an opening angle of the V-shaped ferromagnetic material which is not constant over the distance from the conductor.

Die Auswertung des Stromsensors erfolgt über eine Bewertung der noch vorhandenen Flußwechsel. Dazu erfolgt eine analoge Erfassung des nach dem Induktionsgesetz in den Tonkopf des Magnetkartengerätes induzierten Meßsignals bei einer Bewegung des Tonkopfes mit vorzugsweise konstanter Relativgeschwindigkeit zur Karte. Bei der herkömmlichen Anwendung von Magnetkarten werden digitale Signale erfaßt und verarbeitet. Die analoge Signalverarbeitung erfolgt vorzugsweise zunächst über eine Vollweggleichrichtung oder eine Quadratur des analogen Meßsignals vom Tonkopf. Hierdurch wird die nachfolgende Signalverarbeitung erleichtert. Bei der Quadratur des Meßsignals werden zusätzlich die ,,starken" Signalkomponenten höher gewichtet als kleinere ggf. von Störungen herrührende Signalkomponenten. Geeignete - ggf. nach der Vollweggleichrichtung oder der Quadratur des Meßsignals - analoge Signalverarbeitungskonzepte sind:The current sensor is evaluated by evaluating the still existing ones River change. For this purpose, an analog recording is made in accordance with the induction law in the sound head of the magnetic card device induced measurement signal when the Tonkopfes with preferably constant relative speed to the card. In the Conventional application of magnetic cards, digital signals are recorded and  processed. The analog signal processing is preferably carried out first via a Full-wave rectification or a quadrature of the analog measurement signal from the tape head. This simplifies the subsequent signal processing. When squaring the Measurement signal, the "strong" signal components are weighted higher than smaller signal components, possibly due to interference. Suitable - if necessary after full-wave rectification or quadrature of the measurement signal - analog Signal processing concepts are:

  • - die Bestimmung des Abstands des Schwerpunktes der unter dem Meßsignal liegenden Fläche vom Kartenrand,- The determination of the distance of the center of gravity under the measurement signal lying area from the edge of the map,
  • - die Bestimmung des Schwerpunktes der unter der Einhüllenden des Meßsignals liegenden Fläche vom Kartenrand,- The determination of the center of gravity of the under the envelope of the measurement signal lying area from the edge of the map,
  • - die Auswertung der Einhüllenden des gemessenen (ggf. gleichgerichteten oder quadrierten) Tonkopfsignals über einen Komparator (Spannungsvergleicher), wobei festgestellt wird, in welchem Abstand vom Kartenrand ein vorgegebener Signalpegel über- oder unterschritten wird.- the evaluation of the envelope of the measured (possibly rectified or squared) head signal via a comparator (voltage comparator), where it is determined at what distance from the edge of the card a given signal level is exceeded or fallen below.

Bei all diesen Verfahren und konstanter Relativgeschwindigkeit des Tonkopfes ist der Abstand vom Kartenrand jeweils direkt proportional der Zeit des Meßsignals. Es wird also jeweils eine Zeit anstelle des Abstandes vom Kartenrand gemessen, die jeweils proportional zum geflossenen Spitzenstrom ist.With all these methods and constant relative speed of the sound head is the Distance from the edge of the card is directly proportional to the time of the measurement signal. It will So measured a time instead of the distance from the edge of the card, each is proportional to the peak current that has flowed.

Ein weiteres teilweise digital arbeitendes Auswerteverfahren ist das Zählen der durch die Flußwechsel erzeugten analogen Impulse. Die gesuchte Stromstärke wird aus der Differenz der Anzahl der ursprünglich auf die Magnetkarte(n) geschriebenen Flußwechsel und der noch vorhandenen über vorgegebenen Triggerpegeln liegenden Flußwechsel ermittelt.Another partially digital evaluation method is the counting by the flow changes generated analog impulses. The current strength sought is derived from the Difference in the number of those originally written on the magnetic card (s) Flow change and the still existing above predetermined trigger levels Flow change determined.

Claims (16)

1. Stromsensor beruhend auf dem physikalischen Prinzip einer Ummagnetisierung von lokalen Bereichen auf magnetischen oder magnetooptischen Speichermaterialien durch deren Anordnung an einem stromdurchflossenen elektrischen Leiter dadurch gekennzeichnet, daß ferromagnetisches Material zumindest in einem mittleren Abschnitt der Meßanordnung, vorzugsweise V-förmig, teilweise um den elektrischen Leiter und das Speichermaterial angeordnet ist und die Einstellung des Strommeßbereichs über die geometrische Ausrichtung und die Drehung der Karte zum elektrischen Leiter und/oder dem ferromagnetischen Material, die geometrische Form des Leiters und/oder die geometrische Anordnung und den Öffnungswinkel des ferromagnetischen Materials vorgegeben wird.1. Current sensor based on the physical principle of magnetic reversal of local areas on magnetic or magneto-optical storage materials by their arrangement on a current-carrying electrical conductor, characterized in that ferromagnetic material at least in a central portion of the measuring arrangement, preferably V-shaped, partially around the electrical conductor and the storage material is arranged and the setting of the current measuring range is predetermined via the geometric orientation and the rotation of the card relative to the electrical conductor and / or the ferromagnetic material, the geometric shape of the conductor and / or the geometric arrangement and the opening angle of the ferromagnetic material. 2. Stromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den äußeren Abschnitten der Meßanordnung ferromagnetisches Material lediglich um das magnetische Speichermaterial und nicht um den stromführenden elektrischen Leiter angeordnet ist.2. Current sensor according to claim 1, characterized in that only ferromagnetic material in the outer sections of the measuring arrangement the magnetic storage material and not the current-carrying electrical one Head is arranged. 3. Stromsensor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Material durch einen elektromechanischen Antrieb, der vorzugsweise durch ein Überstromereignis angeregt wird, im Falle eines Überstromereignisses um ein definiertes Wegelement in Richtung eines äußeren Abschnitts der Meßanordnung verschoben wird.3. Current sensor according to claim 1 and 2, characterized in that the magnetic material by an electromechanical drive that is preferably excited by an overcurrent event, in the case of a  Overcurrent event around a defined path element in the direction of an external one Section of the measuring arrangement is moved. 4. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Speichermaterial vorzugsweise auf mehreren nebeneinander liegenden Spuren, die sich jeweils in radialer Richtung des elektrischen Leiters erstrecken, mit vorzugsweise äquidistanten, periodischen magnetischen Flußwechseln beschrieben wird.4. The method and arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the magnetic storage material preferably on several side by side lying traces, each in the radial direction of the electrical conductor extend, with preferably equidistant, periodic magnetic River changes are described. 5. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung des als Stromsensorelement dienenden magnetischen Speichermaterials über eine Vergleichsmessung der bei den jeweiligen Stromereignissen im mittleren Abschnitt der Anordnung aus ferromagnetischen Material (nach Anspruch 1) und einer in einem äußeren Abschnitt des ferromagnetischen Materials auf einer äußeren Spur des magnetischen Speichermaterials liegendenden Spur (nach Anspruch 2) ermittelt wird.5. The method and arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that the evaluation of the magnetic serving as a current sensor element Storage material via a comparison measurement of the respective Current events in the middle section of the ferromagnetic array Material (according to claim 1) and one in an outer portion of the ferromagnetic material on an outer track of the magnetic Storage material lying track (according to claim 2) is determined. 6. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die meßtechnische Auswertung der einzelnen Spuren des magnetischen Speichermaterials über eine vorzugsweise analoge Erfassung der noch vorhandenen Flußwechsel erfolgt, wobei das von einem Lesegerät erfaßte Signal vorzugsweise zunächst über eine Vollweggleichrichtung oder eine Quadratur des analogen Meßsignals vom Lesekopf erfolgt. 6. The method and arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that the metrological evaluation of the individual traces of the magnetic Storage material via a preferably analog acquisition of the still existing Flow change takes place, the signal detected by a reader preferably initially via full-wave rectification or quadrature of the analog Measurement signal from the read head.   7. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das gemäß Anspruch 6 ermittelte Signal über eine Bestimmung des Abstandes des Schwerpunktes der unter dem Meßsignal liegenden Fläche über dem Abstand vom Kartenrand ermittelt wird.7. The method and arrangement according to claim 1 to 6, characterized in that the signal determined according to claim 6 via a determination of the distance of the Center of gravity of the area under the measurement signal over the distance from Card edge is determined. 8. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gemäß Anspruch 6 ermittelte Signal über eine Bestimmung des Abstandes des Schwerpunktes der unter der Einhüllenden des Meßsignals liegenden Fläche vom Kartenrand ermittelt wird.8. The method and arrangement according to claim 1 to 7, characterized in that the signal determined according to claim 6 via a determination of the distance of the Center of gravity of the area lying under the envelope of the measurement signal Card edge is determined. 9. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung des nach dem Anspruch 6 vorverarbeiteten Lesekopfsignals oder der Einhüllenden des Lesekopfsignals auf einen Komparator (Spannungsvergleicher) geschaltet und gemessen wird, in welchem Abstand vom Kartenrand vorgegebene Signalpegel über- oder unterschritten werden.9. The method and arrangement according to claim 1 to 8, characterized in that the evaluation of the read head signal preprocessed according to claim 6 or the Envelope of the read head signal on a comparator (voltage comparator) is switched and measured, at which distance from the card edge specified Signal levels are exceeded or fallen below. 10. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Abstandes und damit auch die Bestimmung der Stromstärke über das Zählen der auf dem Speichermaterial verbliebenen, über vorgegebenen Pegeln liegenden Flußwechsel ermittelt wird. 10. The method and arrangement according to claim 1 to 9, characterized in that the determination of the distance and thus also the determination of the current strength by counting the number of those remaining on the storage material above the predetermined ones Level change is determined.   11. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die meßtechnische Auswertung des Stromsensors über eine Differenzmessung der Anzahl der Fußwechsel einer Spur im mittleren Abschnitt der Anordnung und einer in einem äußeren Abschnitt liegendenden Spur ermittelt wird.11. The method and arrangement according to claim 10, characterized in that the metrological evaluation of the current sensor via a differential measurement of the Number of foot changes in a lane in the middle section of the array and one in a trace lying in an outer section is determined. 12. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die meßtechnische Auswertung des Stromsensors über eine Ermittlung der Kreuzkorrelationsfunktion der Signale auf einer Spur im mittleren Abschnitt der Anordnung (nach Anspruch 1) und auf einer im äußeren Abschnitt liegenden Spur (nach Anspruch 2) erfolgt.12. The method and arrangement according to claim 1 to 11, characterized in that the metrological evaluation of the current sensor by determining the Cross-correlation function of the signals on a track in the middle section of the Arrangement (according to claim 1) and on a track lying in the outer section (according to claim 2). 13. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Stromwertes über die Bestimmung der führenden Flanke (leading edge) der Kreuzkorrelationsfunktion oder die Auswertung des Integrals über die Kreuzkorrelationsfunktion erfolgt.13. The method and arrangement according to claim 12, characterized in that the determination of the current value by determining the leading edge (leading edge) of the cross correlation function or the evaluation of the integral via the Cross correlation function takes place. 14. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer im äußeren Abschnitt liegenden Spur (nach Anspruch 2) oder auf dem vom stromdurchflossenen Leiter entfernten Ende des Speichermediums zusätzliche Informationen, wie z. B. Zeitinformationen, vorzugsweise auch Zeitangaben über Stromereignisse, zusätzliche Meßinformationen wie z. B. Spannungen, Prüfinformationen, Sicherungsinformationen und/oder Herstellerinformationen gespeichert werden. 14. The method and arrangement according to claim 1 to 13, characterized in that on a track lying in the outer section (according to claim 2) or on that of current-carrying conductors distal end of the storage medium additional Information such as B. time information, preferably also time information about Current events, additional measurement information such. B. tensions, Test information, fuse information and / or manufacturer information get saved.   15. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in räumlicher Nähe zur Meßanordnung liegende andere stromführende elektrische Leiter in der Umgebung der Meßanordnung von einem ferromagnetischen Material umhüllt oder zumindest teilweise abgedeckt werden.15. The method and arrangement according to claim 1 to 14, characterized in that other current-carrying electrical devices located in close proximity to the measuring arrangement Conductor in the vicinity of the measuring arrangement of a ferromagnetic material covered or at least partially covered. 16. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsensor an elektrischen Überstromsicherungen angeordnet oder in elektrische Sicherungen integriert wird.16. The method and arrangement according to claim 1 to 15, characterized in that the current sensor is arranged on electrical overcurrent fuses or in electrical fuses is integrated.
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