一种基于微差解调的高分辨率宽量程磁调制式直流传感器制造技术

本发明专利技术提供一种基于微差解调的高分辨率宽量程磁调制式直流传感器，其由磁平衡型复合磁体结构、激励解调单元、负反馈单元和信号输出单元构成。本发明专利技术结合了传统磁调制器的闭环结构与开环结构，依据激励解调单元输出的开环测量结果来自适应切换闭环与开环测量模式，电流传感器的测量量程覆盖微安级至百毫安级；同时在闭环负反馈测量结果中，利用开环结构额外检测负反馈电流与一次电流的微差电流，从而对闭环负反馈测量结果进行修正与补偿，提高大直流泄漏电流的测量分辨率与准确性，为绝缘状态监测等智能电网高级应用奠定数据基础。监测等智能电网高级应用奠定数据基础。监测等智能电网高级应用奠定数据基础。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微差解调的高分辨率宽量程磁调制式直流传感器


[0001]本专利技术涉及电气测量领域，更具体地，涉及一种基于微差解调的高分辨率宽量程磁调制式直流传感器。

技术介绍

[0002]近些年来，随着电子工艺水平的进步，电力设备也随之得到了迅猛的发展。然而，电力设备想进行安全稳定的工作，需要对其电路中的电压，电流，功率等参数进行准确实时的测量。其中非接触式微弱直流电流传感器作为重要的传感设备之一，被广泛用于电力设备、仪器仪表等系统状态监测中。
[0003]微弱直流泄露电流是仪器仪表、套管阀门等电气设备的状态实时监测的关键指标之一。然而，直流泄露电流波动范围大，可从状态良好时的微安级增大至状态劣化时的百毫安级，这对非接触式直流传感器的分辨率提出了严苛的需求。此外，状态故障定位也依赖于直流电流传感器,传感器精度越高、量程越大，故障的检测范围就越大，反映的劣化趋势越精确。目前较为成熟的电流传感器依据原理不同可以分为：霍尔电流传感器，光学电流传感器，磁阻式电流传感器与磁调制式电流传感器。其中磁调制式电流传感器具有高分辨率、高灵敏度和高精确的特点，因此广泛应用于弱电流测量。
[0004]磁调制式电流传感器可分为闭环结构与开环结构，闭环结构适用于大电流测量，而开环结构更适用于微弱电流测量。但是，开环结构磁调制式电流传感器受制于磁芯的磁特性，其测量量程较窄。在实现微安级电流准确测量的情况下，测量量程仅能到数毫安级，无法到达百毫安级，无法满足直流泄漏电流的测量需求。因此，亟需一种新型高分辨率宽量程电流传感器，测量量程覆盖微安级至百毫安级，进一步提高直流泄露电流的测量准确性，为绝缘状态监测等智能电网高级应用奠定数据基础。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于微差解调的高分辨率宽量程直流传感器，旨在准确测量波动范围大的直流泄露电流，为电力系统仪器仪表状态评估方法奠定数据基础，保障电力系统正常稳定运行。
[0006]本专利技术提供一种基于微差解调的高分辨率宽量程直流传感器，包括磁平衡型复合磁体结构、激励解调单元、负反馈单元与信号输出单元；所述磁平衡型复合磁体结构包括聚磁磁体、负反馈绕组与磁调制式结构组成，所述磁平衡型复合磁体结构呈封闭圆环状，圆环内侧供一次待测直流电流通过；所述聚磁磁体由多只圆环形封闭磁芯构成，多只圆环形封闭磁芯形成内部中空结构，所述聚磁磁体上均匀绕有所述负反馈绕组，所述负反馈绕组在所述负反馈单元的作用下向所述磁调制式结构中施加负反馈直流电流用于平衡一次待测直流电流；所述磁调制式结构内嵌于高频交流平衡磁体中空结构中，用于检测一次待测直流电流；
所述激励解调单元用于给所述磁调制式结构提供方波激励信号，使所述磁调制式结构处于正常工作状态，并对所述磁调制式结构的输出电压信号进行模数转换与信号解调，最后将信号解调结果传输至负反馈单元与信号输出单元；所述负反馈单元接收到所述激励解调单元输出的信号解调结果后，首先进行负反馈控制判断，依据判断结果计算预期负反馈电压值，最后通过限流电阻向所述负反馈绕组中输出负反馈直流电流；所述信号输出单元用于采集所述负反馈单元中所述限流电阻的电压值，并结合所述激励解调单元的信号解调结果，最终计算获得信号电流测量值。
[0007]本专利技术提供的一种基于微差解调的高分辨率宽量程直流传感器，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：1、本专利技术提供的基于微差解调的高分辨率宽量程磁调制式直流传感器结合了传统磁调制器的闭环结构与开环结构，可依据直流待测电流幅值自适应调节测量模式，从而拓宽磁调制式电流传感器的测量量程，提高对直流泄露电流的检测能力。
[0008]2、本专利技术提供的基于微差解调的高分辨率宽量程磁调制式直流传感器在面向大电流测量的闭环反馈结构中，通过开环结构额外检测负反馈电流与一次电流的微差电流，从而对闭环反馈测量结果进行修正与补偿，从而提高大直流泄漏电流的测量分辨率与准确性，为绝缘状态监测等智能电网高级应用奠定数据基础。
附图说明
[0009]图1为本专利技术提供的一种基于微差解调的高分辨率宽量程直流传感器的结构示意图。
[0010]附图中，各标号所代表的元件或结构为：1、聚磁磁体，2、负反馈绕组，3、磁调制器磁芯，4、激励绕组，5、检测绕组，6、方波激励源，7、信号采集模块，8、信号解调模块，9、负反馈调控模块，10、PID控制模块，11、受控电压模块，12、限流电阻，13、电压采集模块，14、信号合成处理模块。
具体实施方式
[0011]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。另外，本专利技术提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0012]本专利技术的目的在于提供一种基于微差解调的高分辨率宽量程磁调制式直流传感器，旨在准确测量波动范围大的直流泄露电流，为电力系统仪器仪表状态评估方法奠定数据基础，保障电力系统正常稳定运行。
[0013]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于微差解调的高分辨率宽量程直流传感器，
如图1所示，基于微差解调的高分辨率宽量程直流传感器包括磁平衡型复合磁体结构、激励解调单元、负反馈单元与信号输出单元。
[0014]其中，磁平衡型复合磁体结构包括聚磁磁体1、负反馈绕组2与磁调制式结构组成，所述磁平衡型复合磁体结构呈封闭圆环状，圆环内侧供一次待测直流电流通过。
[0015]所述聚磁磁体1由多只圆环形封闭磁芯构成，多只圆环形封闭磁芯形成内部中空结构，所述聚磁磁体1上均匀绕有所述负反馈绕组2，所述负反馈绕组2在所述负反馈单元的作用下向所述磁调制式结构中施加负反馈直流电流用于平衡一次待测直流电流。在本专利技术实施例中，聚磁磁体1由四只圆环形封闭磁芯构成，四只圆环形封闭磁芯形成内部中空结构，所述聚磁磁体1上均匀绕有所述负反馈绕组2，所述负反馈绕组2的匝数为N
s
匝。
[0016]所述磁调制式结构内嵌于高频交流平衡磁体中空结构中，用于检测一次待测直流电流。
[0017]所述激励解调单元用于给所述磁调制式结构提供方波激励信号，使所述磁调制式结构处于正常工作状态，并对所述磁调制式结构的输出电压信号进行模数转换与信号解调，最后将信号解调结果传输至负反馈单元与信号输出单元。
[0018]所述负反馈单元接收到所述激励解调单元输出的信号解调结果后，首先进行负反馈控制判断，依据判断结果计算预期负反馈电压值，最后通过限流电阻12向所述负反馈绕组2中输出负反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微差解调的高分辨率宽量程磁调制式直流传感器，其特征在于，包括磁平衡型复合磁体结构、激励解调单元、负反馈单元与信号输出单元；所述磁平衡型复合磁体结构包括聚磁磁体、负反馈绕组与磁调制式结构，所述磁平衡型复合磁体结构呈封闭圆环状，圆环内侧供一次待测直流电流通过；所述聚磁磁体由多只圆环形封闭磁芯构成，多只圆环形封闭磁芯形成内部中空结构，所述聚磁磁体上均匀绕有所述负反馈绕组，所述负反馈绕组在所述负反馈单元的作用下向所述磁调制式结构中施加负反馈直流电流用于平衡一次待测直流电流；所述磁调制式结构内嵌于高频交流平衡磁体中空结构中，用于检测一次待测直流电流；所述激励解调单元用于给所述磁调制式结构提供方波激励信号，使所述磁调制式结构处于正常工作状态，并对所述磁调制式结构的输出电压信号进行模数转换与信号解调，最后将信号解调结果传输至负反馈单元与信号输出单元；所述负反馈单元接收到所述激励解调单元输出的信号解调结果后，首先进行负反馈控制判断，依据判断结果计算预期负反馈电压值，最后通过限流电阻向所述负反馈绕组中输出负反馈直流电流；所述信号输出单元用于采集所述负反馈单元中所述限流电阻的电压值，并结合所述激励解调单元的信号解调结果，最终计算获得信号电流测量值。2.根据权利要求1所述的磁调制式直流传感器，其特征在于，所述聚磁磁体由高磁导率、低饱和强度的软磁材料构成，用于聚合磁力线，以提高直流测量的灵敏度。3.根据权利要求1所述的磁调制式直流传感器，其特征在于，所述磁调制式结构包括2只磁调制器磁芯、激励绕组与检测绕组，所述激励绕组与所述检测绕组均匀绕制在所述磁调制式结构的2只磁调制器磁芯上，且所述激励绕组与所述检测绕组反向串接。4.根据权利要求3所述的磁调制式直流传感器，其特征在于，所述激励解调单元包括方波激励源、信号采集模块和信号解调模块；所述方波激励源由高性能整流电路组成，其输出基波角频率为，为正负严格对称的方波电压源，通过所述激励绕组使所述磁调制式结构的2只磁调制器磁芯处于交替正负饱和状态，以使所述磁调制式结构处于正常工作状态；所述信号采集模块由高精度模数转换设备构成，用于将所述磁调制式结构中所述检测绕组的输出电压转换成数字信号U
D
，并将数字信号U
D
传输至所述信号解调模块；所述信号解调模块对所述信号采集模块输出的数字信号U
D
进行信号分析与解调，并将直流电流解调值分别传输至所述负反馈单元与所述信号输出单元。5.根据权利要求4所述的磁调制式直流传感器，其特征在于，所述信号解调模块对所述信号采集模块输出的数字信号U
D
进行信号分析与解调，包括：S1、对所述信号采集模块输...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红斌，周磊，陈庆，贺家慧，吴传奇，戴锋，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：