[發明專利]用于電力設備磁場檢測的傳感器放大電路的研究

在審

• 申請號: 202010780523.8
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN111913138A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 劉勇;黃興旺;宗紅寶;李琪冉;董學家;王志會;王豪
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02;G01R31/58;G01R1/30;H03F1/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.用于電力設備磁場檢測的傳感器放大電路的研究，其特征在于，具體步驟為：

1)對磁通負反饋放大電路的原理進行了分析，磁反饋改善幅頻特性曲線的基本原理如下：感應線圈在交變磁場中產生感應電壓后先通過放大器放大，放大后的感應電壓經過反饋電阻轉換成電流信號，電流信號在反饋線圈中產生與被測磁場方向相反的磁場，從而形成磁通負反饋。當磁場處于諧振頻率附近，輸出較大的電壓幅值時，磁通負反饋對穿過感應線圈的磁場進行削弱，減小感應電壓，從而達到平緩幅頻特性曲線的目的。對磁通負反饋的放大電路的傳遞函數、幅頻特性和相頻特性的數學表達式進行了描述。

2)由于感應線圈輸出的電壓信號十分微小，所以需要通過足夠倍數的放大器將電壓信號進行放大，方便采集。在設定好了放大倍數后，為了提高放大電路的性能，在設計放大電路結構時要對電路的噪聲進行考慮，提高放大電路的信噪比和測量的精度。

為了篩選輸出信號，減小高低頻的噪聲干擾，需要設計一個高通濾波器和一個低通濾波器，從而使輸出信號的頻率在范圍10Hz～500Hz內。為了得到足夠大的放大倍數同時是電路擁有較高的信噪比，在電路的放大環節可以采用以下的方式實現：運用集成運放來實現多級放大，每一級的放大倍數應該較為均衡；多級放大的主要放大倍數應該設計在前置放大環節中，這是由于共模抑制比，輸入阻抗和噪聲都取決于前置放大。

2.用于電力設備磁場檢測的傳感器放大電路的研究，其主要特征為：

1)整個放大電路中一共使用了三個電壓跟隨器。第一個是在高通濾波器和二級放大之間的電壓跟隨器，第三個電壓跟隨器在低通濾波器之后，兩個電壓跟隨器的主要作用都是作為緩沖級，減小后級輸入阻抗較低時，信號在前一級輸出阻抗上的消耗，提高電路對信號的輸出能力。第二個電壓跟隨器在第一個電壓跟隨器輸出端的節點引出負反饋支路中，設置在反饋電壓傳輸到反饋電阻之前，目的是防止反饋線圈產生的噪聲進入二級放大，提高傳感器的分辨率。

2)從示波器中讀取得到的輸出電壓峰值為8.435V，放大倍數為32.44，基本滿足設計要求。改變電壓源的頻率，在10Hz和500Hz時得到的輸出電壓分別為8.681V和8.453V，放大倍數分別為33.39和32.51。通過上述的測試數據以及輸出電壓波形的平滑度可以驗證放大電路設計的可靠性。