磁通门电流传感器采样电阻纹波电流补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种磁通门电流传感器采样电阻纹波电流补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：在当前采集周期，采集磁通门电流传感器电路中由自激振荡产生方波模块给出的激励信号引入的纹波噪声信号；利用模拟放大电路对纹波噪声信号进行放大处理；得到若干采集周期的放大后的纹波噪声信号，对采集到的若干采集周期的放大纹波噪声信号进行数字处理，转换为噪声抵消信号；将噪声抵消信号通过数模转换模块输入到磁通门电流传感器电路中，利用噪声抵消信号对磁通门电流传感器电路的纹波噪声进行抵消。根据对已有的样机进行测试得到的结果，本发明专利技术的纹波噪声抵消功能可以显著减小电流传感器中的纹波噪声，并表现出很好的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
磁通门电流传感器采样电阻纹波电流补偿方法
本专利技术涉及一种针对磁通门大电流传感器调制纹波的开环电补偿抑制方法。
技术介绍
电流传感器主要分为两大类：一种基于欧姆电阻定律，另一种基于法拉第电磁感应定律。电阻分流器是基于欧姆定律的一种电流传感器，由于上升速度快、振幅大被广泛应用于测量瞬时电流脉冲。由于常规电阻分流器测量噪声大，测量结果误差较大且不稳定。对于测量100kA的大脉冲电流，趋肤效应将成为测量带宽的主要限制因素。对于高集成度的电子器件，同轴电阻分流器体积大，价格昂贵，通常只适用于测量快速电流脉冲。在大多数环境下，常使用厚膜结构的表面贴装设备(SMDs)应用于高度集成电路。这些电阻分流器常用于测量100-200A的电流，对于比较大的电流，损耗也会变得很大。而更高的集成往往以更高的寄生电感为代价。所以通常考虑使用电路中的导电器件(通常为铜导线)作为电流传感器。这种方法测量成本低，没有额外的能量损失。但是由于电阻很小，电流限制低，通常电压降很小，很难保证测量精度。罗格夫斯基线圈是基于法拉第电磁感应定律的电流传感器，该传感器测量高频电流性能优异，但如果被测量电流不居于线圈中心，将导致很大的测量误差。由于罗格夫斯基线圈是基于检测磁通变化的，而磁通变化与电流变化成正比。如果不知道初始条件的电流是多少，就不能重建直流分量。而实际积分器并不理想，可能会出现较小但稳定的偏置电压，频率响应必然受到影响，从而降低了低频增益。因此罗格夫斯基线圈不适合测量低频电流。为了抑制初始电流产生的磁通，一种利用电流互感的传感器被提出来。电流互感传感器结构与罗格夫斯基线圈基本相同，其优点是不需要积分器，即避免了因为积分器的电流偏置、漂移或者输出饱和而降低精度。为了测量直流电流产生的静电场，磁场传感器也成为研究的重点。磁场传感器优越性在于其既可以测量静态场又可以测量动态场。基于磁场传感器装置的电流传感器通常有三种结构：开环结构，闭环结构以及将磁场传感器和电流互感器或罗格夫斯基线圈组合的结构。开环结构即用磁场传感器直接测量导体周围磁场，该方式受外部磁场影响显著，而外加磁屏蔽将使得传感器周围磁场变得更加复杂。在闭环结构中，其基本原理是将磁传感器的输出电压作为误差信号，通过外加电流来补偿磁芯内部的磁化。使磁芯达到零磁通状态，从而测量电流大小。闭环技术在实际运用中会有磁芯损耗，并且成本更高，体积更大，需要更高的电源电压来提高磁通补偿。现有一款电流传感器，结合了开环结构与磁场传感器。由于不需要补偿电流，功耗大大降低。磁通门电流传感器是结合了磁通门传感器与电流互感器的一款电流传感器。磁通门是很可靠的固体器件，可以在很宽的温度范围工作，温漂远低于0.1nT/℃，且其磁场最小的分辨率可达到100pT量级。常见的磁通门传感器磁芯有赛道型和环形等，其中赛道型传感器拥有较低的退磁系数即较高的灵敏度但对垂直场的灵敏度较低。而环形磁芯具有较高的退磁系数即较低的灵敏度，但环形的几何形状可有效降低噪声。在磁通门电流传感器中，磁饱和型电流传感器具有优良的直流以及大电流检测能力，且线性度相对于其他几类电流传感器是最高的。一种基于磁饱和的双环形磁芯型峰值检测电流传感器，两磁芯用一根导线以相同的方向绕制，其中一个磁芯用作低频或者直流电流测量，另一个磁芯用于高频电流测量。对两磁芯反馈线圈上的输出的信号进行积分可检测电流的大小。该传感器对小电流有较高灵敏度，但抗噪声性能比较差。基于磁饱和的三磁芯的峰值检测型磁通门传感器，该传感器由三个相同的磁芯构成，其中两个磁芯用于低频电流检测。此两个磁芯上导线绕向相反，这样做可以良好的避免由初级线圈引入的噪声。第三个磁芯用于高频电流检测。该传感器可以检测最大峰值为1kA的电流。一种改进的三磁芯电流传感器，该传感器将高频磁芯套在低频磁芯外，该方法可大幅减小传感器体积。同时利用二次谐波检测法，可有效消除由初始电流带来直流偏置。降低电流传感器噪声等级方案主要是从电路硬件和噪声信号处理方法两个方向入手。磁通门电流传感器中存在励磁电流频率和其倍频的噪声信号，并且因为磁通门传感器能测量较小的磁场，会被传感器外界的各种类型的噪声干扰，所以也需要对于环境中的噪声进行控制。针对这种问题，提出了一种对传感器中励磁噪声进行控制的电路方案，其电路系统中的锁相系统可以采集信号中的励磁信号噪声的2倍频分量，并将采集到的噪声信号进行反馈来降低测量系统中的励磁电流噪声。另一种包裹在磁通门磁芯线圈外部的三轴线框系统，能够通过外部的控制部分调节线框中电流，进而对磁芯所处的区域的磁场进行控制，以降低外部噪声对传感器测量精确度的影响。利用两个磁通门传感器构建了一个在无屏蔽环境下测量弱磁场的系统，其系统是利用两个磁通门做差分，将环境中的共模信号通过差分系统进行消除，保留需要测量的差模信号。对于消除励磁电流频率和其倍频的噪声信号，根据噪声波形计算需要补偿的数字信号，并将该信号转换成模拟信号。磁通门电流传感器产品中，主要运用了两种减小噪声的方法。第一种是在运用于低频信号测量的线圈正上方，平行放置一个与低频测量线圈参数完全相同的线圈，但产生磁场的方向相反，在两个线圈中通入励磁电流后，在空间中产生的磁场等大反向，两个线圈对外表现为没有磁场，进而不会在其他测量线圈中引入励磁电流频率的纹波噪声。第二种是利用磁补偿的方式进行纹波抵消，在传感器系统中加入噪声反馈抵消电路，并在磁芯结构上加入一个用来做噪声抵消的绕组，将噪声抵消信号通过反馈抵消电路输入到抵消绕组中，该绕组会在磁芯结构中产生用于抵消励磁电流噪声的磁场，进而实现利用磁场对纹波噪声进行抑制。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：目前利用非线性磁材料特性的磁通门电流传感器，其励磁方波会在实际测量结果中引入激励信号频率以及激励信号频率倍频的纹波噪声，对电流的高精度测量造成影响。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供了一种磁通门电流传感器采样电阻纹波电流补偿方法，其特征在于，将采样电阻上的纹波噪声信息采集，经过纹波抵消系统对纹波信号进行放大采样，得到纹波抵消信号，再输入到采样电路处进行纹波噪声抵消。优选地，所述纹波噪声抵消包括以下步骤：步骤1、在当前采集周期，采集磁通门电流传感器电路中由饱和磁化激励引入的纹波噪声信号；步骤2、利用模拟放大电路对步骤1采集的纹波噪声信号进行放大处理；步骤3、对采集到的纹波噪声信号进行数字处理，反相转换为噪声抵消信号；步骤4、将噪声抵消信号通过数模转换模块输入到磁通门电流传感器电路中，利用噪声抵消信号对磁通门电流传感器电路的纹波噪声进行抵消，从而达到降低噪声强度、提高磁通门电流传感器电路测量精度的效果。优选地，步骤1中，在磁通门电流传感器电路每一次上电时，都对当前磁通门电流传感器电路中的所述纹波噪声信号进行采集。优选地，在步骤2中，具体采用以下步骤对纹波噪声信号进行放大处理：步骤201、在测量电阻R上采集得到的所述纹波噪声信号N1，随后经过信号隔离单元输入到放大电路，利用信号隔离单元克服后端电路工作对前端信号带来的影响；步骤202、通过放大电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁通门电流传感器采样端口的噪声补偿方法，其特征在于，采集采样端口上的噪声，经过信号处理后得到抵消信号，再输入到采样端口进行抵消。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁通门电流传感器采样端口的噪声补偿方法，其特征在于，采集采样端口上的噪声，经过信号处理后得到抵消信号，再输入到采样端口进行抵消。


2.如权利要求1所述的一种磁通门电流传感器采样电阻纹波电流补偿方法，其特征在于，所述纹波噪声抵消包括以下步骤：
步骤1、在当前采集周期，采集磁通门电流传感器电路中由自激振荡产生方波模块给出的激励信号引入的纹波噪声信号；
步骤2、利用模拟放大电路对步骤1采集的纹波噪声信号进行放大处理；
步骤3、重复步骤1及步骤2，直至得到若干采集周期的放大后的纹波噪声信号，对采集到的若干采集周期的放大纹波噪声信号进行数字处理，转换为噪声抵消信号；
步骤4、将噪声抵消信号通过数模转换模块输入到磁通门电流传感器电路中，利用噪声抵消信号对磁通门电流传感器电路的纹波噪声进行抵消，从而达到降低噪声强度、提高磁通门电流传感器电路测量精度的效果。


3.如权利要求2所述的一种磁通门电流传感器采样电阻纹波电流补偿方法，其特征在于，步骤1中，在磁通门电流传感器电路每一次上电时，都对当前磁通门电流传感器电路中的所述纹波噪声信号进行采集。


4.如权利要求2所述的一种磁通门电流传感器采样电阻纹波电流补偿方法，其特征在于，在步骤2中，具体采用以下步骤对纹波噪声信号进行放大处理：
步骤201、在测量电阻R上采集得到的所述纹波噪声信号N1，随后经过信号隔离单元输入到放大电路，利用信号隔离单元克服后端电路工作对前端信号带来的影响；
步骤202、通过放大电路放大微伏级别的所述纹波噪声信号N1，从而得到模拟信号N2；
步骤203、通过模数转换模块将模拟信号N2转换为数字信号N3。


5.如权利要求4所述的一种磁通门电流传感器采样电阻纹波电流补偿方法，其特征在于，步骤201中，所述信号隔离单元采用电压跟随电路实现；所述模数转换模块采用数模芯片实现；步骤4中，所述数模转换模块采用数模转换芯片实现。

<...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶朝锋，薛明雨，曹彬，魏雨童，李诚，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：上海;31