[發(fā)明專利]基于DSP的TMR陣列的測(cè)量大電流的開合式柔性探測(cè)器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010405401.0
• 申請(qǐng)日: 2020-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN111398649A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐偉專;劉國(guó)福;陳松波;甘偉;胡能鋼;范亞;熊艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南銀河電氣有限公司
• 主分類號(hào): G01R15/20
• 分類號(hào): G01R15/20;G01R19/25
• 代理公司: 廣州凱東知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44259
• 代理人: 梁靈周

本發(fā)明涉及探測(cè)器，具體說(shuō)是基于DSP的TMR陣列的測(cè)量大電流的開合式柔性探測(cè)器，包括控制處理模塊和由數(shù)個(gè)磁傳感器構(gòu)成的陣列模塊，所述控制處理模塊包括DSP處理電路和數(shù)個(gè)ADC模塊，每一個(gè)磁傳感器將測(cè)量到的待測(cè)導(dǎo)體的信號(hào)通過(guò)對(duì)應(yīng)的ADC模塊進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后傳輸至所述DSP處理電路，該DSP處理電路讀取并處理轉(zhuǎn)換信號(hào)后輸出。本發(fā)明的基于DSP控制的TMR陣列的測(cè)量大電流的開合式柔性探測(cè)器可具有8路獨(dú)立的TMR陣列傳感器信號(hào)，其先送到ADC模塊，經(jīng)ADC處理后被DSP讀取，再通過(guò)LCD顯示屏或ethernet通信傳輸數(shù)據(jù)，從而可獲得較高精度的大電流測(cè)量數(shù)據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及探測(cè)器，具體說(shuō)是一種基于DSP的TMR陣列的測(cè)量大電流的開合式柔性探測(cè)器。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的大電流測(cè)量方式主要是使用電磁式電流互感器測(cè)量電力系統(tǒng)電流，其體積大、高頻趨膚效應(yīng)顯著、頻率響應(yīng)不高，無(wú)法適應(yīng)信息化的要求。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，磁傳感器在測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)成為電子測(cè)量領(lǐng)域和高水平控制系統(tǒng)的關(guān)鍵器件之一。磁傳感器測(cè)量大致經(jīng)歷了3個(gè)階段：最初階段為單傳感器測(cè)量，但是單傳感器不能區(qū)分被測(cè)電流自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)和干擾磁場(chǎng)，精度達(dá)不到大型設(shè)備的要求；后來(lái)采用環(huán)形傳感器陣列，將磁傳感器環(huán)繞著母排周圍，可以極大地提高測(cè)量精度，但這種方法只適用于測(cè)量直流情形，不能滿足交流情形；第三種發(fā)展到現(xiàn)在利用合理傳感器陣列拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)對(duì)傳感器的輸出信息進(jìn)行合理分析處理，在排除干擾的同時(shí)建立磁場(chǎng)與電流的關(guān)系。

隧道磁電阻(TMR)器件是繼霍爾器件、各向異性磁電阻AMR和巨磁電阻GMR之后的新一代磁敏器件，具有低功耗、低溫飄及高靈敏度的特點(diǎn)。在電流傳感器中，采用TMR替代霍爾器件，可顯著改善電流傳感器的靈敏度和溫度特性。隧道磁電阻(TMR)器件是通過(guò)直接測(cè)量磁場(chǎng)，可得到被測(cè)電流中所有的物理量，其相比霍爾元件相比，具有溫度特性好、靈敏度高、成本較低的特點(diǎn)，在電流測(cè)量領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用潛力。不過(guò)由于TMR元件本身信號(hào)較小，需要用運(yùn)放將傳感器信號(hào)進(jìn)行放大，系統(tǒng)才能夠識(shí)別器件信號(hào)，此時(shí)放大電路的噪聲和非線性是會(huì)引起測(cè)量誤差。另外，對(duì)于小電流測(cè)量，由于TMR元件本身噪聲和電子回路噪聲的存在，使得在較小電流測(cè)量時(shí)，測(cè)量精度會(huì)下降，可能達(dá)不到實(shí)際的需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種配線密度高、重量輕、厚度薄的基于DSP的TMR陣列的測(cè)量大電流的開合式柔性探測(cè)器,該探測(cè)器內(nèi)部由8個(gè)TMR磁傳感器等間距排列的分布在一個(gè)圓環(huán)上，每個(gè)磁傳感器到圓環(huán)的中心距離相等且每一個(gè)磁傳感器靈敏方向沿待測(cè)導(dǎo)體截面切線方向放置，電路板結(jié)構(gòu)采用柔性材料PCB制作，采用開合式結(jié)構(gòu)，具有隨意開合等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：基于DSP的TMR陣列的測(cè)量大電流的開合式柔性探測(cè)器，包括信號(hào)處理模塊和由八個(gè)磁傳感器構(gòu)成的陣列模塊，其特征在于所述八個(gè)磁傳感器環(huán)形陣列在待測(cè)導(dǎo)體周圍，通過(guò)計(jì)算八個(gè)磁傳感器的磁感應(yīng)強(qiáng)度B_i，i＝1,2,...8并依據(jù)以下式(1)求出R、α₀、I₁、I₂、D、β₀的值：

其中，八個(gè)磁傳感器陣列中心的坐標(biāo)為(0，0)；待測(cè)導(dǎo)體極坐標(biāo)為(R,α₀)；干擾電流導(dǎo)體的極坐標(biāo)為(D,0)；設(shè)第1個(gè)磁傳感器的極坐標(biāo)為(r,β₀)，則第i個(gè)磁傳感器的極坐標(biāo)為I₁為待測(cè)電流；I₂為干擾電流；μ₀I為真空磁導(dǎo)率；D₀為待測(cè)導(dǎo)體到干擾電流導(dǎo)體之間的直線距離；πr_i為第i個(gè)磁傳感器到待測(cè)導(dǎo)體之間的直線距離；α_i為第i個(gè)磁傳感器到待測(cè)導(dǎo)體之間直線距離所在直線與(D₀所在直線的夾角。

作為優(yōu)選，磁感應(yīng)強(qiáng)度B通過(guò)以下式(2)計(jì)算：