[發明專利]一種TMR與Rogowski線圈復合的電流測試方法

有效

• 申請號: 202010042247.5
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111122949B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 陳昌鑫;郭文超;馬鐵華;李帆;冉召會;任一峰;武耀艷;王晨斌;高偉濤;李珂
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00;G01R15/18;G01R15/20;G01R1/04;G01R1/18;H04B10/25
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

1.一種TMR與Rogowski線圈復合的電流測試方法，其特征在于：測試脈沖功率電流是通過TMR傳感器和Rogowski線圈復合測試的方法，TMR傳感器依據對磁場信號的敏感反應來進行中低頻電流的測試，Rogowski線圈依據法拉第電磁感應定律和安培環路定律來進行中高頻電流的測試；電流測試裝置是將負載有脈沖功率電流的電纜沿軸線通過Rogowski線圈中心，電纜中流過的脈沖功率電流會在其周圍產生一個交變磁場，從而在線圈中感應出一個與電流變化率成比例的交流電壓信號，并通過配套的積分器將線圈輸出的電壓信號進行積分得到另一個電壓信號，這個電壓信號能夠還原被測電流信號的波形，還原的波形既可以通過調理電路完成數字存儲或通過光纖輸出通道接到外部的高速數據采集設備監測；

負載有脈沖功率電流的電纜與隧道磁阻傳感器距離固定，TMR傳感器的感磁面最大程度的感受流過電纜的電流產生的磁場的變化，TMR傳感器內部由隧道磁電阻形成電橋結構，在磁場變化時，隧道磁阻傳感器內部的其中一組隧道磁電阻阻值增大，另外一組隧道磁電阻阻值減少；隧道磁電阻阻值變化形成的電阻信號轉換成電壓輸出信號，電壓輸出信號經過調理電路模塊的差分放大、濾波、采集、數字存儲，得到被測電流信號；在不同的測試需求下，也可以不經過數字存儲，直接由右側光纖把測得的信號傳輸給外部高速數據采集設備監測；

取隧道磁阻傳感器測試中低頻信號，羅氏線圈測試中高頻信號，以兩個傳感器都能準確測試的中頻段信號進行統一標定到同一量級，實現對脈沖功率電流的全頻段測試；

所述的一種TMR與Rogowski線圈復合的電流測試方法，包括以下步驟：

（1）參數計算：針對被測電流的量程，選用相應規格的電纜，通過畢奧-薩伐爾定律以及TMR傳感器的線性范圍確定TMR傳感器與電纜軸心之間的距離r；

（2）部件安裝：橡膠卡扣包覆羅氏線圈后套在電纜上，羅氏線圈屏蔽殼體把羅氏線圈固定；使用小螺釘通過小螺釘安裝座連接羅氏線圈屏蔽殼體的上、下兩部分，與羅氏線圈間隔不小于50mm且不大于70mm安裝隧道磁阻傳感器，根據（1）中計算得出的距離r安裝隧道磁阻傳感器；在隧道磁阻右側安裝好調理電路，在金屬殼體下半部與羅氏線圈間隔不小于5mm且不大于20mm，安裝激光接收發射模塊、散熱鋁片以及光伏電池；使用大螺釘通過大螺釘安裝座連接金屬殼體的上半部與下半部，在金屬殼體、羅氏線圈屏蔽殼體的接縫處均使用電磁密封襯墊填充；

（3）系統標定：根據步驟（2）將各個部件安裝完成之后，在實驗室利用標準電流源進行標定；①未加載電流時，得到羅氏線圈空載漂移電壓U₁、隧道磁阻傳感器的空載漂移電壓U₂；②加載電流頻率為f的標準電流源I后，測得裝置內羅氏線圈輸出電壓為U₃、隧道磁阻傳感器輸出電壓為U₄；其中f₁＜f＜f_2；③得到羅氏線圈實際輸出電壓U₅=U₃-U₁、隧道磁阻傳感器實際輸出電壓U₆=U₄-U₂；④對實際輸出電壓U₅、U₆與標準源I的關系進行擬合，得到；

（4）數據處理：①將完成標定的裝置接入被測系統，羅氏線圈輸出信號U₇，隧道磁阻傳感器輸出信號U₈；②進而得到羅氏線圈測得的電流信號為I₁=k₁×（U₇-U₁）、隧道磁阻傳感器測得的電流信號為I₂=k₂×（U₈-U₂）；③對羅氏線圈測得的信號I₁進行FFT處理，將頻率成分小于f的幅值置為零，得到信號S₁；④對隧道磁阻傳感器測得的信號I₂進行FFT處理，將頻率成分大于f的幅值置為零，得到信號S₂；⑤將（S₁+S₂）進行IFFT處理，得到羅氏線圈和隧道磁阻傳感器復合的電流信號I₃。

2.根據權利要求1所述的一種TMR與Rogowski線圈復合的電流測試方法，其特征在于：f₁滿足10Hz＜f₁＜50Hz，f₂滿足50Hz＜f₂＜100kHz。