[發(fā)明專利]一種電流傳感器、基于差分測量的電流測量裝置及方法

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• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113899943A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設計）人: 李蕩;焦飛;彭國政;王蘭若;張樹華
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25
• 代理公司: 北京中巡通大知識產權代理有限公司 11703
• 代理人: 李宏德

本發(fā)明公開了一種電流傳感器、基于差分測量的電流測量裝置及方法，通過差分測量的方式，使用兩個隧道磁阻敏感芯片，在開合式磁芯的兩個開口處進行測量，如果有外在環(huán)境磁場干擾，磁芯處的兩個敏感單元所測量到的信號為方向相同，大小相等的共模信號，磁芯內的電流通過導線所產生的磁場信號為方向相反，大小相等的差模信號，通過減法運算即可濾除共模干擾，放大差模信號，通過測量到的磁場大小推算出導線內通過的電流值，這種測量方式可有效濾除外界磁場干擾，提高測量精度，解決了隧道磁阻電流傳感器易受外界環(huán)境磁場干擾的問題。

技術領域

本發(fā)明屬于電子信息技術領域，涉及一種電流傳感器、基于差分測量的電流測量裝置及方法。

背景技術

智能電網是一個高效、清潔、經濟、智能的現代化電力網絡，先進的傳感和測量技術是實現智能電網實時監(jiān)測、系統(tǒng)調控、分析決策和故障預警的基礎，是電網智能化的核心技術。電流作為電網中最基本的狀態(tài)量，其測量技術對智能電網的發(fā)展至關重要。電力系統(tǒng)中的電流幅值和頻率分布范圍大，需要根據不同電流的特點選擇合適的傳感器進行測量，微弱電流監(jiān)測場景主要包括線路絕緣子、輸電導線絕緣層、變電站避雷器和變壓器鐵芯等接地裝置的泄漏電流監(jiān)測，此類電流的特性是幅值很小，不同狀態(tài)下其大小從幾十A到幾mA，且一直存在，對監(jiān)測傳感裝置提出了較高的要求。傳統(tǒng)的電流互感器、羅科夫斯基線圈、霍爾電流傳感器等電流傳感器無法保證該量程范圍內測量的精度和穩(wěn)定性，亟待性能更優(yōu)異的電流傳感器。

相比之下，基于隧道磁阻效應(TMR)的電流傳感器具有體積小、靈敏度高、精度高、可集成度高、功耗低、能夠測量直流和交流的寬測量范圍等優(yōu)勢。隧道磁組電流傳感器包括隧道磁阻芯片、聚磁體、信號調理電路、模數轉換電路、信號處理電路、數據傳輸電路、電源電路等部分。待測導線中的電流在周圍空間產生磁場，聚磁體對空間磁場進行聚磁作用，隧道磁阻芯片位于在聚磁體開口處，其內部電橋電阻發(fā)生變化并進一步轉換為電壓信號，該信號通過信號調理電路進行放大、濾波后，再通過模數轉換電路將模擬信號轉換為數字信號，信號處理電路通過微處理器對數字信號進行采集，并計算出流經待測導線電流的幅值、頻率等信息，數據傳輸電路通過傳輸芯片將測量結果發(fā)送出去，電源電路對各部分電路進行供電管理。

由于該類型電流傳感器的測量原理是通過對空間磁場的檢測來實現對電流測量，所以，當有外磁場干擾存在時，如地磁場、低頻脈沖干擾等，必定會對測量結果有影響，在實際應用中，通常采用屏蔽措施來濾除干擾，但是會導致電流傳感器體積變大，且濾除干擾不徹底，無法保證最終的測量精度的要求。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于解決現有TMR電流傳感器因地磁場、低頻脈沖干擾等環(huán)境磁場所帶來干擾的問題，提供一種電流傳感器、基于差分測量的電流測量裝置及方法。

為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現：

一種電流傳感器，包括：

聚磁體，所述聚磁體包括第一聚磁環(huán)和第二聚磁環(huán)，第一聚磁環(huán)和第二聚磁環(huán)對接形成開合式矩形結構，且對接處留有縫隙；待測導線穿過聚磁體的中心，聚磁體能夠聚集電流流過待測導線所產生的磁通量；

TMR芯片，所述TMR芯片包括第一TMR芯片和第二TMR芯片，第一TMR芯片和第二TMR芯片對稱設置于第一聚磁環(huán)和第二聚磁環(huán)的對接處，用于測量對接縫隙處的磁通量，第一TMR芯片和第二TMR芯片所感應的磁場信號大小相等、方向相反。

上述電流傳感器的進一步改進在于：

所述第一聚磁環(huán)和第二聚磁環(huán)均為U型結構，且開口相對設置。

所述TMR芯片的敏感方向垂直于磁場方向，將磁場信號轉換為電壓信號。

一種基于差分測量的電流測量裝置，包括：

信號調理模塊，所述信號調理模塊與TMR芯片相連，用于將由TMR芯片所感應到的電壓信號進行放大濾波處理，并發(fā)送給模數轉換模塊；