[發(fā)明專利]一種新型穿心傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310042133.0
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN103105593A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設計）人: 程國苗;季雙雙;王敏華
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02;G01R19/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發(fā)明涉及一種傳感器，特別涉及一種新型穿心傳感器。

背景技術

應用磁飽和穿心傳感器測量通過圓環(huán)內的磁場的方法是一種很實用也很科學的方法。該傳感器的基本原理是利用法拉利電磁感應原理和磁飽和現象。首先是利用法拉利電磁感應原理，通電導線的周圍產生的磁場，把通電導線穿過傳感器的圓環(huán)，導線產生的磁場會在變壓器的線圈上感應到。其次在圓環(huán)上的變壓器由于磁飽和現象產生了方波，而磁場進過變壓器線圈后使輸出的方波波形改變，能感應到信號，使方波波形發(fā)生畸變，這種畸變是有規(guī)律的，也就是說通過這個規(guī)律能測出通電導線上的電流大小。變壓器兩側輸出的的方波經過差分，得到一個十分精準穩(wěn)定的信號。

但現在設計的傳感器不能對交直流信號同時采集，而只能采集交流或者直流，另外采集的頻率受到限止。

發(fā)明內容

本發(fā)明是針對傳感器不能同時對交直流信號采集的問題，提出了一種新型穿心傳感器，此傳感器頻率可調，應用范圍廣。

本發(fā)明的技術方案為：一種新型穿心傳感器，傳感器的環(huán)形磁芯置于外殼內，磁芯上繞有兩組反向線圈組成反向變壓器，?I、Ⅱ為第一組線圈，Ⅲ、Ⅳ為第二組線圈，反向變壓器的I、Ⅲ端接自激振蕩電路產生方波，反向變壓器的Ⅱ、Ⅳ端輸出接差分電路，差分電路輸出信號為傳感器采集信號，反向變壓器Ⅱ、Ⅳ各通過一個限流電阻接12VDC，限流電阻可調。

所述自激振蕩電路由兩個比較器組成。

所述外殼選用抗震耐高溫的環(huán)氧樹脂材料。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明新型穿心傳感器，可以采集交流和直流的兩種信號，并且采樣的頻率可以通過線圈匝數經行調節(jié)，頻率范圍0到幾十KHZ。

附圖說明

圖1為本發(fā)明新型穿心傳感器結構示意圖；

圖2為本發(fā)明新型穿心傳感器電路圖；

圖3為本發(fā)明新型穿心傳感器在沒有任何電流穿過環(huán)形芯內部時傳感器的變壓器兩側輸出信號圖；

圖4為本發(fā)明新型穿心傳感器在沒有任何電流穿過環(huán)形芯內部時傳感器輸出信號經過差分后的波形圖；

圖5為本發(fā)明新型穿心傳感器在有電流穿過環(huán)形芯內部時傳感器的變壓器兩側輸出信號圖；

圖6為本發(fā)明新型穿心傳感器在有電流穿過環(huán)形芯內部時傳感器輸出信號經過差分后得到的波形圖。

具體實施方式

如圖1所示傳感器的環(huán)形磁芯2置于外殼5內，磁芯2上繞有兩組反向線圈組成反向變壓器3，如圖2所示電路圖，?I、Ⅱ為第一組線圈，Ⅲ、Ⅳ為第二組線圈，反向變壓器3?I、Ⅲ接自激振蕩電路1，反向變壓器的Ⅱ、Ⅳ端輸出接差分電路4，自激振蕩電路1連接線圈產生方波反向變壓器Ⅱ、Ⅳ輸出的。差分電路4輸出的一個交流的信號就是傳感器采集到的信號。外殼5用抗震耐高溫的材料環(huán)氧樹脂，所以其穩(wěn)定性強，不易損壞。

傳感器的圓環(huán)磁芯2上兩組反向線圈組成的反向變壓器3，必須和自激振蕩電路1組合在一起才能使用，當變壓器I或Ⅲ產生激勵磁場，對一次側進行周期性激勵，使傳感器的周期性的達到飽和狀態(tài)，飽和時電壓下降，另一端Ⅱ、Ⅳ必須翻轉才能產生方波，所以要用到兩個比較器組成的自激振蕩電路。

反向變壓器3由12VDC供電，Ⅱ、Ⅳ都接12VDC，中間接有一個限流電阻R45和R53，可以調節(jié)線圈中的電流，從而改變方波頻率。傳感器的采集頻率主要是由線圈匝數n來決定的，比如說80匝時傳感器產生的方波頻率是300Hz，那么采集周期就在0-150Hz比較準確。

傳感器的激勵線圈的頻率為???????????????????????????????????????????????的周期激勵電流，使傳感器的磁芯2周期性達到飽和狀態(tài)，根據軟磁材料自身特性，傳感器的磁芯2的磁感應強度信號是受磁導率調制的關于時間的函數，激勵信號被調成的磁感應強度信號，感應線圈感應出的脈沖信號，N_2?是感應線圈的匝數且勵磁線圈N₁?=N₂，S磁芯的橫截面。傳感器的變壓器的線圈匝數比是1：1，它們輸出的信號為一對互補的信號，如圖3所示在沒有任何電流穿過環(huán)形芯內部時傳感器的變壓器兩側輸出信號圖。這兩個信號經過差分后輸出的波形如圖4。這樣就非常明了傳感器最終輸出信號。

當傳感器的圓環(huán)磁芯內存在一個磁場信號時，同樣對激勵線圈的頻率為的周期激勵電流，使傳感器磁芯周期性達到飽和狀態(tài)，此時磁導率調制的磁感強度信號在處于磁飽和狀態(tài)與，但感應脈沖信號為非互補對稱信號，如圖5所示在有電流穿過環(huán)形芯內部時傳感器的變壓器兩側輸出信號圖。這兩個信號是傳感器受到磁芯內的磁場影響后，產生的變化。此時，如果這個外加磁場的方向是向里，那么波形向上移，其有效值增大。如果這個外加磁場的方向是向外，那么波形向下移，其有效也是增大的，就是方向不同。所以這再次說明能采集交流或者直流信號，因為其有效值都在增大。這樣就能達到測量磁場大小的目的，既而知道需要測量的電流大小的值。如圖6為輸出信號經過差分后輸出的波形如圖。