(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910638118.X
(22)申请日 2019.07.15
(71)申请人 国网江西省电力有限公司电力科学
研究院
地址 330096 江西省南昌市青山湖区民营
科技园内民强路88号检测试验中心科
研楼（第1-11层）
申请人 国家电网有限公司
深圳市星龙科技股份有限公司
(72)发明人 李敏 靳绍平 杨爱超 胡琛
吴宇 王毅 王浔 李东江
唐新宇 黄建钟 胡进才 魏翀
刘琛
(74)专利代理机构 北京众合诚成知识产权代理
奥运会对中国的影响有限公司 11246
代理人 袁红梅
(51)Int.Cl.G01R 15/20(2006.01)G01R 15/18(2006.01)G01R 19/25(2006.01)G01R 1/30(2006.01)G01R 35/02(2006.01)G01R 35/00(2006.01) (54)发明名称
配置及校准方法
(57)摘要
本发明公开了一种交直流零磁通磁通门电
流传感器，包括磁通门电流传感器本体和用于对苏-39攻击机
磁通门电流传感器本体进行配置及校准的配置
及校准电路，磁通门电流传感器本体包括第一铁
芯、第二铁芯、激励绕组、反馈绕组和测量绕组；
配置及校准电路包括处理器、晶振、RS232接口电
路、激励源放大驱动电路、可编程补偿信号跟踪
器、可编程滤波器、相敏解调电路、PI控制电路和
功率放大器；本发明公开了一种交直流零磁通磁
通门电流传感器的程控配置及校准方法。本发明
能够自动匹配对两个铁芯参数不一致所造成的
失调电流，能够大大减低对两个磁通门铁芯工艺
一致性的要求，能够实现磁通门传感器的最佳性
能，实用性强，
推广使用价值高。权利要求书3页 说明书9页 附图5页CN 111323632 A 2020.06.23
C N 111323632
A
1.一种交直流零磁通磁通门电流传感器，其特征在于：包括用于对磁通门电流传感器本体进行配置及校准的配置及校准电路，所述配置及校准电路包括处理器(1)以及均与处理器(1)相接且用于为磁通门电流传感器本体的激励绕组提供激励电压的激励源放大驱动电路(12)、用于补偿磁通门电流传感器本体中第二铁芯(10)与第一铁芯(9)的材料及制造工艺不一致造成的激磁磁场不一致的可编程补偿信号跟踪器(11)、以及用于输出补偿电流给磁通门电流传感器本体中反馈绕组的补偿电流输出电路，所述磁通门电流传感器本体中激励绕组与激励源放大驱动电路(12)的输出端连接，所述磁通门电流传感器本体中激励绕组与可编程补偿信号跟踪器(11)的输出端连接，所述补偿电流输出电路的输入端与测量绕组连接，所述反馈绕组与补所述偿电流输出电路的输出端连接。 2.按照权利要求1所述的交直流零磁通磁通门电流传感器，其特征在于：所述处理器(1)为DSP数字信号处理器，所述DSP数字信号处理器的时钟输入接口接有晶振(2)，所述激励源放大驱动电路(12)和可编程补偿信号跟踪器(11)均与DSP数字信号处理器的定时器Timerl连接，所述DSP数字信号处理器的定时器Timerl上还接有倍频电路(4)，所述DSP数字信号处理器的串口RS232上接有RS232接口电路(3)，
所述可编程补偿信号跟踪器(11)与DSP 数字信号处理器的第一SPI接口SPI1连接，所述补偿电流输出电路包括与DSP数字信号处理器的第二SPI接口SPI2连接的可编程滤波器(5)，以及依次接在可编程滤波器(5)输出端的相敏解调电路(6)、PI控制电路(7)和功率放大器(8)，所述相敏解调电路(6)与倍频电路(4)的输出端连接。
3.按照权利要求2所述的交直流零磁通磁通门电流传感器，其特征在于：所述倍频电路
(4)包括74HC74芯片，所述74HC74芯片的CP引脚与DSP数字信号处理器的定时器Timerl连接，所述74HC74芯片的D引脚与引脚连接，所述74HC74芯片的Q引脚为倍频电路(4)的输出端。 索尼s7000
4.按照权利要求2所述的交直流零磁通磁通门电流传感器，其特征在于：所述可编程滤波器(5)包括有源滤波器芯片UAF42，型号均为AD5545的DA转换芯片U1和DA转换芯片U2，型号均为AD8620的运放芯片U3和运放芯片U4，以及电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R7，所述DA转换芯片U1的SPI接口和DA转换芯片U2的SPI接口均与DSP数字信号处理器的第二SPI接口SPI2连接，所述DA转换芯片U1的VREF接口与有源滤波器芯片UAF42的第13引脚连接，且通过电阻R3与有源滤波器芯片UAF42的第5引脚连接，所述DA转换芯片U2的VREF接口与有源滤波器芯片UAF42的第7引脚连接，且通过电阻R6与有源滤波器芯片UAF42的第12引脚连接；所述运放芯片U3的反相信号输入端与DA转换芯片U1的输出端连接，所述运放芯片U3的同相信号输入端接地，所述运放芯片U3的
输出端与DA转换芯片U1的RTB 引脚连接，且通过电阻R1与有源滤波器芯片UAF42的第8引脚连接；所述运放芯片U4的反相信号输入端与DA转换芯片U2的输出端连接，所述运放芯片U4的同相信号输入端接地，所述运放芯片U4的输出端与DA转换芯片U2的RTB引脚连接，且通过电阻R2与有源滤波器芯片UAF42的第14引脚连接；所述电阻R4接在有源滤波器芯片UAF42的第1引脚与第5引脚之间，所述电阻R5接在有源滤波器芯片UAF42的第5引脚与第6引脚之间，所述有源滤波器芯片UAF42的第12引脚通过电阻R7与测量绕组的正极输出端M+连接，所述测量绕组的负极输出端M-接地，所述有源滤波器芯片UAF42的第6引脚为可编程滤波器(5)的输出端。
5.按照权利要求2所述的交直流零磁通磁通门电流传感器，其特征在于：所述相敏解调电路(6)包括由型号为AD8620的运放芯片U5构成的电压跟踪仪和型号为AD8620的运放芯片U6构成的反向器，由二选一多路转换器芯片CD4051构成的二选一多路转换器，以及电阻R11、电阻R12、电阻R13和电容C1；所述运放芯片U5的反相输入端和电阻R11的一端连接且为相敏解调电路(6)的输入端，所述运放芯片U5的同相输入端与输出端连接；所述运放芯片U6的反相输入端与电阻R11的另一端连接，且通过电阻R2与运放芯片U6的输出端连接，所述运放芯片U6的同相输入端接地；所述二选一多路转换器芯片CD4051的第一路信号输入端引脚CH1与运放芯片U5的输出端连接，所述二选一多路转换器芯片CD4051的第二路信号输入端引脚CH0与运放芯片U6的输出端连接，所述二选一多路转换器芯片CD4051的地址选通引脚B 和地址选通引脚C均接地，所述二选一多路转换器芯片CD4051的地址选通
引脚A与倍频电路(4)的输出端连接，所述电阻R13的一端与二选一多路转换器芯片CD4051的信号输出端引脚连接，所述电阻R13的另一端为相敏解调电路(6)的输出端且通过电容C1接地。
6.按照权利要求2所述的交直流零磁通磁通门电流传感器，其特征在于：所述PI控制电路(7)包括运放芯片OP07D、电阻R15、电阻R16、电阻R17和电容C2，所述电阻R15的一端为PI 控制电路(7)的输入端，所述运放芯片OP07D的反相输入端与电阻R15的另一端连接，所述运放芯片OP07D的同相输入端接地，所述运放芯片OP07D的输出端与反相输入端之间接有电阻R16，以及并联的电阻R17和电容C2，所述运放芯片OP07D的输出端为PI控制电路(7)的输出端。
7.按照权利要求2所述的交直流零磁通磁通门电流传感器，其特征在于：所述功率放大器(8)包括功率放大器芯片OPA548、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24和电阻R25，所述电阻R21的一端为功率放大器(8)的输入端，所述功率放大器芯片OPA548的反相输入端与电阻R21的另一端连接，所述功率放大器芯片OPA548的同相输入端通过电阻R23接地，所述功率放大器芯片OPA548的反相输入端与输出端之间接有电阻R22，所述功率放大器芯片OPA548的同相输入端与输出端之间接有电阻R24，所述功率放大器芯片OPA548的输出端与电阻R25的一端连接，所述电阻R25的另一端为功率放大器(8)的输出端。
8.按照权利要求3所述的交直流零磁通磁通门电流传感器，其特征在于：所述可编程补偿信号跟踪器(1
1)包括型号为AD5545的DA转换芯片U7，型号均为AD8620的运放芯片U8和运放芯片U9，以及电阻R31、电阻R32和电阻R33，所述DA转换芯片U7的VREF引脚与DSP数字信号处理器的定时器Timerl连接，所述DA转换芯片U7的SPI引脚与DSP数字信号处理器的第一SPI接口SPI1连接，所述运放芯片U8的反相输入端与DA转换芯片U7的输出端引脚连接，所述运放芯片U8的同相输入端接地，所述运放芯片U8的输出端与DA转换芯片U7的RFB引脚连接，且通过电阻R31与运放芯片U9的反相输入端连接，所述运放芯片U9的反相输入端通过电阻R32与DA转换芯片U7的VREF引脚连接，所述运放芯片U9的反相输入端与输出端之间接有电阻R33，所述运放芯片U9的同相输入端接地且为可编程补偿信号跟踪器(11)的补偿电流负极输出端Vs-，所述运放芯片U9的输出端为可编程补偿信号跟踪器(11)的补偿电流正极输出端Vs+。
9.按照权利要求3所述的交直流零磁通磁通门电流传感器，其特征在于：所述激励源放大驱动电路(12)包括型号均为OPA548的功率放大器芯片U10和功率放大器芯片U11，以及电阻R41和电阻R42；所述功率放大器芯片U10的反相输入端与电阻R41的一端连接且为激励源
2011年兵役法放大驱动电路(12)的输入端，且与DSP数字信号处理器的定时器Timerl连接，所述功率放大器芯片U10的同相输入端与输出端连接，所述功率放大器芯片U11的反相输入端与电阻R41的另一端连接，所述功率放大器芯片U11的同相输入端接地，所述功率放大器芯片U11的反相输入端与输出端之间接有电阻R42，所述功率放大器芯片U10的输出端为激励源放大驱动电路(12)的电压正极输出端，所述功率放大调解仲裁法
器芯片U11的输出端为激励源放大驱动电路(12)的电压负极输出端。
10.一种如权利要求1～9任一权利要求所述交直流零磁通磁通门电流传感器的程控配置及校准方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
李钟瑞
步骤一、激励源放大驱动电路(12)在处理器(1)的控制下输出电压方波信号，在第一铁芯(9)和第二铁芯(10)上通过激励绕组反方向串联连接；
步骤二、当第一铁芯和第二铁芯的激磁磁场不一致时，在处理器(1)的控制下通过可编程补偿信号跟踪器输出补偿激励信号给磁通门电流传感器本体的激励绕组；
步骤三、当一次电流I p不为零时，测量绕组的的信号输出含有二次谐波；
步骤四、通过所述补偿电流输出电路提取二次谐波分量，把二次谐波分量调整为直流输出，并输出一个补偿电流I s给磁通门电流传感器本体中激励绕组。
交直流零磁通磁通门电流传感器及其程控配置及校准方法
技术领域
[0001]本发明属于智能传感器技术领域，具体涉及一种交直流零磁通磁通门电流传感器及其程控配置及校准方法。
背景技术
[0002]磁通门电流传感器因其响应时间快、温度特性好，灵敏度高，可同时测量直流和交流电流，且测量范围宽，在高性能的电流测量领域有着重要的地位。但是磁通门电流传感器由于对铁芯的材料及制造工艺一致性要求很高，对磁通门的两个铁芯和绕组要求参数完全一致，造成造价成本高，工艺复杂，调试困难，并且有源电子元器件的失调电压和失调电流等也会造成磁通门二次电流有失调电流输出。
[0003]磁通门传感器激励信号对磁通门的整个系统都有很大的影响，一般从信号频率稳定度、信号幅值稳定度、相位稳定度、波形稳定度这几个方面来考虑激励信号的选择。特别是激励信号频率的高低很大程度影响着传感器的工作性能，频率太高，则会增大噪声；频率太低则会降低传感器的灵敏度，现有的基于磁通门原理的电流传感器的激励频率都是固定在几百到数几千赫兹之间，同时二次谐波的滤波器的带通频率也无法更改。
[0004]目前国外典型为莱姆电子(LEM)的IT系列交直流磁通门电流传感器、国内有深圳航智精密IIT系列交直流磁通门电流传感器，这些公司生产和研发基于磁通门原理的交直流传感器可实现ppm级别的
线性度，但是由于对磁通门的铁芯和绕组等参数要求高，铁芯工艺复杂，成本高，零位失调无法采用数字程控技术手段校准等缺陷，目前60A到2000A的磁通门电流传感器的售价在几千元到几万元之间大大限制了其应用范围，还存在以下缺陷：
[0005](1)对铁芯材料和工艺要求高，造价昂贵；
[0006](2)针对不同的应用场合，无法通过配置电流互感器的参数达到最佳的应用效果；
[0007](3)无法对固有的零位失调电流进行出厂校准。
发明内容
[0008]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种交直流零磁通磁通门电流传感器，其设计新颖合理，能够大大减低对两个磁通门铁芯工艺一致性的要求，能够实现磁通门传感器的最佳性能，实用性强，推广使用价值高。
[0009]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种交直流零磁通磁通门电流传感器，包括用于对磁通门电流传感器本体进行配置及校准的配置及校准电路，所述配置及校准电路包括处理器以及均与处理器相接且用于为磁通门电流传感器本体的激励绕组提供激励电压的激励源放大驱动电路、用于补偿磁通门电流传感器本体中第二铁芯与第一铁芯的材料及制造工艺不一致造成的激磁磁场不一
致的可编程补偿信号跟踪器、以及用于输出补偿电流给磁通门电流传感器本体中反馈绕组的补偿电流输出电路，所述磁通门电流传感器本体中激励绕组与激励源放大驱动电路的输出端连接，所述磁通门电流传感器本体中激励绕组与可编程补偿信号跟踪器的输出端连接，所述补偿电流输出电路的输入端与测
说 明 书1/9页CN 111323632 A
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