徐艳霞;徐济成;汪海威
【摘 要】介绍了一种新的脉冲电流检测、传输的原理,通过自动分段检测技术实现脉冲电流的检测.介绍了分段电流检测的实现方法,设计了分段电流检测电路,解决了宽范围电流检测的难题.在此基础上,设计了脉冲电流光纤传感器的程序,给出了产品程序流程图.此外,通过限幅滤波法和算术平均滤波法解决了变频、大电流信号易受干扰的难题,满足了技术指标对精度和分辨率的要求.设计的脉冲电流光纤传感器具有检测范围宽(0.1A ～ 10A)、频率可变(DC ～ 100kHz)、精度高(≤0.5％)和分辨率高(5mA)等特点. 【期刊名称】《传感器世界》
【年(卷),期】2017(023)005
【总页数】5页(P16-20)
【关键词】脉冲电流;光纤传感器;自动分段;电流检测折叠耳机
【作 者】徐艳霞;徐济成;汪海威
【作者单位】安徽中澳科技职业学院,安徽合肥230041;安徽中澳科技职业学院,安徽合肥230041;安徽中澳科技职业学院,安徽合肥230041
【正文语种】中 文
【中图分类】TN29
带隙基准
一、引言批量抓鸡>年轻的MM2
检测电流最通用的方法有电流互感器、霍尔传感器、串联电阻检测法和光学电流传感器[1-3]。电流互感器由于体积大、检测频率低不适用于脉冲电流的检测，电流互感器多用于工频交流的测量，霍尔传感器和光学电流传感器由于其自身的特点，得到了广泛的应用[4]。
但利用霍尔传感器检测电流存在以下几个缺点：
① 霍尔传感器输出电压受限于传感器与被测信号之间的距离，不适用于空间受限领域的应用；
② 霍尔传感器和被检测电路之间是通过磁场耦合实现电流检测的,这种无隔离的直接电磁耦合一方面电磁辐射会影响周围器件的正常工作，另外也会将外界电磁干扰耦合到系统中，严重影响系统的抗电磁干扰能力和正常工作性能；
③ 霍尔传感器不能同时检测小电流信号和大电流信号，也不能同时检测直流和高频脉冲电流；
④ 霍尔传感器在检测小电流和大电流时不能同时满足电流检测的精度和分辨率指标要求。
光学电流传感器检测电流的原理是利用法拉第磁光效应，通过测量光波在通过磁光材料时偏振面受电流产生磁场的作用而发生偏转来确定电流的大小[5-6]。光学电流传感器一定程度上克服了霍尔传感器的不足，但同样存在一些不足，体现在以下几方面：
① 光学电流传感器检测电流的准确度和稳定性不易控制，易受温度和振动影响；
② 光学电流传感器检测电流的大小与磁光材料的偏转角大小有关，磁光材料偏转角的精确度取决于工艺加工，实际费用相当昂贵；
③ 光学电流传感器的体积很难做到很小，不适用于雷达发射机空间受限的应用领域。
脉冲电流光纤传感器研制的目的是用于雷达发射机行波管收集极脉冲电流信号的检测和传输。本文提供了一种既能检测小电流又能检测大电流，既能检测直流电流又能检测高频脉冲电流，具有体积小、重量轻、抗电磁干扰能力强、安装调试简单方便等优点的脉冲电流信号检测、传输方法。
二、工作原理
脉冲电流光纤传感器(以下简称传感器)设计的总体思路是将检测电阻串联到电流回路中，通过检测电阻两侧的电压达到检测电流的目的，通过分段检测技术实现宽范围变频电流的检测。脉冲电流光纤传感器的原理结构如图1所示。
如图1所示，传感器对脉冲电流(包括低频直流信号和高频脉冲信号)的检测首先是通过端子a、a1，将待测脉冲电流Isense送入发射端的电流检测单元，电流检测单元包括了检测电阻和电子开关等电路，检测电阻将脉冲电流信号转换为脉冲电压信号，电子开关的功能是实现自动分段检测。模数转换单元负责对电压信号进行采集，信号处理单元则负责将采集后的信号进行误差控制、编码和校验。而电光转换单元的作用之一是将处理后的电信号转换为光信号以便通过光纤实现传输，另外一个作用是对激光器进行温度补偿。
接收端主要包括光电转换单元、信号处理单元、数模转换单元和信号调理单元。光电转换单元负责将接收到的光信号转换为电信号，信号处理单元则负责对电信号进行解码、校验；数模转换单元的输出为电压信号，该电压信号送给信号调理单元进行放大处理，信号调理单元将放大后的电压信号通过端子c1送给客户端监控室供其进行监控。
在图1中，电流转换单元是实现电流检测的前提，如果用一个电阻检测电流，很难同时兼顾电阻功率和检测信号幅值过小的问题。如选用较小电阻如10mΩ进行电流检测，则对于0.1A电流折算成电压仅有1mV，如此小的电压信号很难检测到，即便检测到也很难保证其精度。如选用较大电阻如选用100mΩ电阻进行电流检测，则对于10A电流折算成功率为10W，这已远远超出检测电阻所允许的最大功率。
地址标准化因此，本设计采用了量程自适应分段电流检测技术，分段电流检测技术的总体思路是将0.1A～10A电流分成0.1A～1A小电流段和1A～10A大电流段，将2个不同电阻值的检测电阻串联到电路中，通过电子开关的切换实现分段检测电流的目的。对于0.1A～1A小电流段选用较大阻值的检测电阻，目的在于得到较大的检测信号以便后续处理；对于1A～10A大电流段，考虑电阻功率受限，选用较小阻值的检测电阻。通过自动分段电流检测既解决了小电流弱信号难以检测的难题，又兼顾了大电流检测电阻受功率限制的问题。
三、设计与实现
1、量程自适应分段电流检测电路设计
量程自适应分段电流检测设计如图2所示。
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在图2中，K0、K1、K2为电子开关，K1与K2为互补导通，K0是备用开关，作用是在K1、K2切换瞬间提供导通通路，防止在切换瞬间出现断路影响行波管正常工作。通过程序设计控制K0、K1、K2的开通和关断，默认情况下K2闭合、K1断开，检测1A～10A大电流，当检测到的电流小于1A(1A对应0.2V)时，则断开K2、闭合K1，切换到检测0.1A～1A小电流段。反之，在检测小电流段期间，若检测到的信号大于1A(1A对应2V)，则闭合K2、断开K1，切换到检测1A～10A大电流段。以此循环，通过识别检测信号的大小来自动切换电子开关，以此实现了分段检测电流的目的。
基于图2所示分段电流检测原理设计的电路如图3所示。
图3所示电路包括了电子开关及保护电路、驱动电路和电流检测电路。电子开关选用的是Vishay公司生产的高速Mosfet芯片Si7860。Si7860是SO-8封装，是大电流高速电子开关管，
其导通阈值电压为3V，漏极可承受18A电流，开关速度仅为10ns。单片机输出控制信号的驱动能力约为5mA，无法直接驱动Mosfet的开通和关断，为了保证Mosfet的可靠开通和关断，设计了Mosfet驱动电路。Mosfet驱动电路选用的芯片是MAX628，MAX628具有驱动速度快、驱动能力强、阈值电压低等优点，其上升时间、延时时间均只有25ns，驱动能力高达2A，高电平阈值为2.4V，单片机控制信号高电平是3.3V，可直接与MAX628连接控制Si7860的通断。电流检测电路的作用是检测流经电阻两侧的电压并进行信号处理和放大, 选用的是MAX9920电流检测专用芯片，通过调节MAX9920外接电位器阻值的大小实现了检测信号的放大。
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