专利名称：非接触式直流小电流传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量测试技术领域，具体来说，本案涉及ー种非接触式智能直流小电流传感器。
背景技术：
对于微小的直流电流的測量在很多领域都有需求，如电カ系统里面需要測量供电系统的漏电电流的大小。因为漏电流一般是ー种差流信号(即 两根导线上往返电流大小不一致)，而且供电系统都是强电，所以不易直接測量。利用霍尔原理可以进行直流电流的非接触式測量，但是霍尔元件的敏感度低，无法测量微小电流，所以对于微小电流的非接触式測量一直没有一个很好的方法。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供ー种敏感度好的非接触式直流小电流传感器，利用该装置可实现直流小电流的非接触式測量。本实用新型的技术原理为利用比较器、电阻、电感组成ー个自谐振电路，在无外加磁场的情况下，电感L的正、反向阻尼一祥，因此谐振的相位不会改变。当有外来的磁场如直流电流产生的磁场穿过电感L产生的磁场时，会和电感L产生的磁场相叠加，导致电感L的正、反阻尼产生改变，从而影响谐振的相位，通过测量这个相位的改变就可以得出和外加磁场成正比的这个量，这个量对应于产生这个外加磁场的电流的大小。解决上述技术问题所采取的技术方案为ー种非接触式直流小电流传感器，包括精密供电电路、微处理器、自谐振电路和DAC输出电路；所述的精密供电电路分别连接自谐振电路和微处理器，提供其所需工作电压；所述的自谐振电路输出方波震荡信号到微处理器；所述的微处理器通过比较计算出前、后两次输入的方波震荡信号的相位偏移量，并输出给DAC输出电路。作为对本实用新型的一种改进，本实用新型还包括自校准电路，所述自校准电路输入端连接微处理器，输出端输出ー高精度的自校准电流。作为本实用新型的具体实施例，所述的自谐振电路包括内置于微处理器的比较器单元、电阻1 7、1 9、1 8、1 10及电感し1 ;其中，电阻R7、R9和电感LI依次串联，电阻R8、RlO依次串联；电阻R7与电阻R8输入端并联后连接精密供电电路，电感LI与电阻RlO输出端并联后连接微处理器的P2. 2端ロ；电阻R7与电阻R9的串联端连接微处理器的P2. 0端ロ，电阻R8与电阻R10的串联端连接微处理器的P2. I端ロ ；所述的电感LI为ー缠绕在环形铁芯上的线圈。自校准电流或待测的直流小电流穿过环形铁芯，实现与本实用新型的直流小电流传感器的非接触式连接。自校准电流或待测的直流小电流产生的磁场与电感LI产生的磁场相叠加。通过比较上述两种情况下的波形(连接自校准电流或待测的直流小电流)，计算得出待测的直流小电流的值。[0009]所述的精密供电电路包括第一、第二稳压电源；所述的第一稳压电源包括稳压放大器U1、电阻Rl、R2，所述的稳压放大器Ul外接ー电压供电，其同向输入端通过电阻Rl连接输入电压Vsin，且通过电阻R2接地，其反向输入端与稳压放大器Ul输出端短接后形成第一稳压电源的输出端，所述的第一稳压电源的输出端分别连接第二稳压电源的输入端和微处理器的电压信号输入端VCC ；所述的第二稳压电源包括稳压放大器U2、电阻R3、R4，所述的稳压放大器U2也外接ー电压供电，其同向输入端通过电阻R3连接第一稳压电源的输出端，同时通过电阻R4接地，其反向输入端与稳压放大器U2输出端短接后连接电阻R7与R8并联的输入端。所述的DAC输出电路包括运算放大器U3、电阻R5、R6、R13、R14、电容Cl、C2，运算放大器U3外接ー电压供电，其同向输入端通过依次串联的电阻R6、R5连接微处理器的P2. 4端ロ ；电阻R5的输出端通过电容Cl接地，电阻R6的输出端通过电容C2接地；运算放大器U3的反向输入端通过电阻R13接地，所述反向输入端同时通过反馈电阻R14连接运算放大器U3的输出端并输出电压Vout。所述的自校准电路包括运算放大器U4、电阻R12、R11和三极管Q1，运算放大器U4外接ー电压供电，其同向输入端连接微处理器的P2. 3端ロ，其输出端通过限流电阻Rll连接三极管Ql的基极，其反向输入端通过电阻R12接地同时通过导线连通三极管Ql的发射极，三极管Ql集电极连接一外部正压源；所述的导线上串联ー 2PIN的接线端子，所述的导线上串联ー 2PIN的接线端子，所述接线端子两端通过另外一段导线连通，便于将自校准电流接入电感LI的环形铁芯中。相对现有技术，本实用新型具有如下有益效果I)本实用新型创造性的使用了微处理器内部的比较器单元结合外部电阻和电感来构成自谐振电路，并利用微处理器内部的高速计数单元来数字化由于直流小电流磁场引起的谐振相位偏移量，从而实现对直流小电流的非接触式測量；2)设置自校准电路，使本实用新型的直流小电流传感器本身就能产生ー个高精度的自校准电流，实现自校准功能，且精度高，性能稳定，实用性強。
以下结合附图
对本实用新型做进ー步说明图I为本实用新型较佳实施例的的原理框图；图2为本实用新型较佳实施例的电路原理图。
具体实施方式
如图I所示，本实用新型较佳实施例包括精密供电电路、微处理器、自谐振电路、DAC输出电路、自校准电路；精密供电电路分别连接自谐振电路和微处理器，提供其所需エ作电压；自谐振电路输出方波震荡信号到微处理器；微处理器通过比较计算出前、后两次输入的方波震荡信号的相位偏移量，并输出给DAC输出电路；自校准电路输入端连接微处理器，输出端输出一高精度的自校准电流。如图2所示，本实用新型的自谐振电路包括内置于微处理器的比较器单元、电阻R7、R9、R8、RlO及电感LI ;其中，电阻R7、R9和电感LI依次串联，电阻R8、RlO依次串联；电阻R7与电阻R8输入端并联后连接精密供电电路，电感LI与电阻RlO输出端并联后连接微处理器的P2. 2端ロ；电阻R7与电阻R9的串联端连接微处理器的P2. 0端ロ，电阻R8与电阻RlO的串联端连接微处理器的P2. I端ロ ；所述的电感LI为ー缠绕在圆环形铁芯上的线圈，此处的铁芯也可采用方形环等。本实用新型的精密供电电路包括第一、第二稳压电源；所述的第一稳压电源包括稳压放大器Ul、电阻Rl、R2，所述的稳压放大器Ul外接一 +5v电压供电，其同向输入端通过电阻Rl连接输入电压Vsin，本实施例中为+5v，且通过电阻R2接地，其反向输入端与稳压放大器Ul输出端短接后形成第一稳压电源的输出端，所述的第一稳压电源的输出端分别连接第二稳压电源的输入端和微处理器的电压信号输入端VCC ；所述的第二稳压电源包括稳压放大器U2、电阻R3、R4，所述的稳压放大器U2也外接一 +5v电压供电，其同向输入端通过电阻R3连接第一稳压电源的输出端，同时通过电阻R4接地，其反向输入端与稳压放大器U2输出端短接后连接电阻R7与R8并联的输入端。利用高精度电阻Rl、R2对电源进行分压并经高精度稳压放大器Ul缓冲后提供一个稳定的电源供微处理器U5使用，微处理器U5为超低功耗处理器，其耗电不会导致供电的波动。Ul的输出再经过R3、R4分压并经过U2稳压缓冲后提供给自谐振电路作为方波震荡信号的中点电压。本实用新型的DAC输出电路包括运算放大器U3、电阻R5、R6、R13、R14、电容Cl、C2，运算放大器U3外接一+5v电压供电，其同向输入端通过依次串联的电阻R6、R5连接微处理器的P2. 4端ロ；电阻R5的输出端通过电容Cl接地，电阻R6的输出端通过电容C2接地；运算放大器U3的反向输入端通过电阻R13接地，所述反向输入端同时通过反馈电阻R14连接运算放大器U3的输出端并输出电压Vout。本实用新型的自校准电路包括运算放大器U4、电阻R12、Rll和三极管Q1，运算放大器U4外接一 +5v电压供电，其同向输入端连接微处理器的P2. 3端ロ，其输出端通过限流电阻Rll连接三极管Ql的基板，其反向输入端通过电阻R12接地同时通过导线连通三极管Ql的发射极，三极管Ql集电极连接一 +5v外部正压源；所述的导线上串联ー 2PIN的接线端子，所述接线端子两端通过另外一段导线连通，根据运放的虚断原则，三极管Ql的发射极电流与电阻R12上的电流相等，同为本实用新型的自校准电流，通过所述的另外一段导线可方便的将自校准电流接入圆环形铁芯。微处理器的输入电压已经经过稳压，所以其引脚输出电压恒定，利用微处理器U5的P2. 3端口和高精度运算放大器U4、高精度反馈电阻Rl2、限流电阻RlI，三极管Q1，组成输出自校准电流的自校准电路。因为微处理器的引脚输出电压恒定，R12电阻恒定，根据运放的虚短原则，运算放大器U4的正、负输入端电压相等，所以在电阻R12上的电压等于微处理器的输出电压，而高精度电阻R12的阻值精确且恒定，因此其上的电流I = U/R12恒定且精确。把这个高精度的自校准电流通过所述另外一段导线输入到电感LI的自校准线圈里面 ，再利用微处理器计算这个自校准电流引起的磁场偏置导致的谐振相位移动的量，就可以通过计算完成对传感器的自校准。当然，也可借助外加的标准直流电流，对本实用新型进行校准。对于待测的直流小电流的測量，操作如上，使其穿过环形铁芯，再与上述计算结果相比较，即可得出待测的直流小电流的大小。[0028] 本实用新型的直流小电流传感器，具有精度高，可以自校准，而且性能稳定，具有很高的实用价值。
权利要求1.一种非接触式直流小电流传感器，其特征在于包括精密供电电路、微处理器、自谐振电路、DAC输出电路；所述的精密供电电路分别连接自谐振电路和微处理器，提供其所需工作电压；所述的自谐振电路输出方波震荡信号到微处理器；所述的微处理器通过比较计算出前、后两次输入的方波震荡信号的相位偏移量，并输出给DAC输出电路。
2.根据权利要求I所述的非接触式直流小电流传感器，其特征在于还包括自校准电路，所述自校准电路输入端连接微处理器，输出端输出一高精度的自校准电流。
3.根据权利要求2所述的非接触式直流小电流传感器，其特征在于所述的自谐振电路包括内置于微处理器的比较器单元、电阻R7、R9、R8、RlO及电感LI ;其中，电阻R7、R9和电感LI依次串联，电阻R8、R10依次串联；电阻R7与电阻R8输入端并联后连接精密供电电路，电感LI与电阻RlO输出端并联后连接微处理器的P2. 2端口 ；电阻R7与电阻R9的串联端连接微处理器的P2. O端口，电阻R8与电阻RlO的串联端连接微处理器的P2. I端口 ；所述的电感LI为一缠绕在环形铁芯上的线圈。
4.根据权利要求2或3任一项所述的非接触式直流小电流传感器，其特征在于所述的精密供电电路包括第一、第二稳压电源；所述的第一稳压电源包括稳压放大器U1、电阻Rl、R2，所述的稳压放大器Ul外接一电压供电，其同向输入端通过电阻Rl连接输入电压Vsin，且通过电阻R2接地，其反向输入端与稳压放大器Ul输出端短接后形成第一稳压电源的输出端，所述的第一稳压电源的输出端分别连接第二稳压电源的输入端和微处理器的电压信号输入端VCC ； 所述的第二稳压电源包括稳压放大器U2、电阻R3、R4，所述的稳压放大器U2也外接一电压供电，其同向输入端通过电阻R3连接第一稳压电源的输出端，同时通过电阻R4接地，其反向输入端与稳压放大器U2输出端短接后连接电阻R7与R8并联的输入端。
5.根据权利要求4所述的非接触式直流小电流传感器，其特征在于所述的DAC输出电路包括运算放大器U3、电阻R5、R6、R13、R14、电容Cl、C2，运算放大器U3外接一电压供电，其同向输入端通过依次串联的电阻R6、R5连接微处理器的P2. 4端口；电阻R5的输出端通过电容Cl接地，电阻R6的输出端通过电容C2接地；运算放大器U3的反向输入端通过电阻R13接地，所述反向输入端同时通过反馈电阻R14连接运算放大器U3的输出端并输出电压 Vout。
6.根据权利要求5所述的非接触式直流小电流传感器，其特征在于所述的自校准电路包括运算放大器U4、电阻R12、R11和三极管Q1，运算放大器U4外接一电压供电，其同向输入端连接微处理器的P2. 3端口，其输出端通过限流电阻Rll连接三极管Ql的基极，其反向输入端通过电阻R12接地同时通过导线连通三极管Ql的发射极，三极管Ql集电极连接一外部正压源。
7.根据权利要求6所述的非接触式直流小电流传感器，其特征在于所述的导线上串联一 2PIN的接线端子，所述接线端子两端通过另外一段导线连通。
专利摘要本实用新型公开了一种非接触式直流小电流传感器，包括精密供电电路、微处理器、自谐振电路、DAC输出电路、自校准电路。本实用新型创造性的使用了微处理器内部的比较器单元结合外部电阻和电感来构成自谐振电路，并利用微处理器内部的高速计数单元来数字化由于直流小电流磁场引起的谐振相位偏移量，从而计算出被测电流的大小。利用本实用新型不但可实现对直流小电流的非接触式测量，还可实现自校准功能，且具有精度高，性能稳定，实用性强的优点。
文档编号G01R19/00GK202362348SQ20112035460
公开日2012年8月1日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者孙卫明, 赵伟, 陈锐民, 黄建钟, 黄清乐 申请人:广东电网公司电力科学研究院