一种基于道岔电流检测的开启式测量装置的制作方法

本发明涉及电流测量技术领域，具体涉及一种基于道岔电流检测的开启式测量装置。

背景技术：

目前，对轨道道岔电流的测量主要采用闭合式的互感器及霍尔传感器进行。闭合式由于安装维护不方便，不适用于大规模的产品推广。

随着铁路几次提速及国内对铁路安全稳定运行要求来看，由于开启式测量装置具有安装方便、交直流电流通用测试、高隔离、可靠性高等特点，其在铁路方面的发展前景将会越来越好。目前市面上已存在的开启式的测量装置，如，开启式互感器，但其检测精度低。

技术实现要素：

本发明为了解决上述技术问题提供一种基于道岔电流检测的开启式测量装置，其检测精度高。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于道岔电流检测的开启式测量装置，包括磁路及测量电路，所述磁路包括上磁芯、与上磁芯构成磁环结构的下磁芯及均绕制在磁环结构上的一级线圈和次级线圈，所述测量电路包括用于检测次级线圈电流产生磁场以抵消一级线圈电流产生磁场程度的霍尔元件、连接在霍尔元件输出端的比较电路及功率放大电路，所述次级线圈输入连接在功率放大电路的输出端、次级线圈输出连接在电流输出端。本开启式测量装置基于闭环霍尔传感器原理：一级线圈N1的电流Ip即被测电流所产生的磁场，通过次级线圈N2的电流Is即反馈电流所产生的磁场进行补偿，使霍尔元件始终处于检测零磁通工作状态。具体原理可用公式表示为：。本开启式测量装置进行工作模式后，首先，输入电流通过一级线圈转换为磁场，该磁场通过霍尔元件检测转换为霍尔电势；如果输出的霍尔电势不为零，则比较器动作，导致功率放大电路输出电流，该电流通过次级线圈反馈产生磁场，直接与一级线圈产生的磁场进行抵消；当多次比较循环后，如果此时霍尔器件检测的磁场为零，则输出的反馈电流信号为实际输出电流大小。由于采用反馈机制，霍尔元件的增益更加恒定，输出线性度更高；其次，导致输出漂移的相关参数更少，其精度及稳定性更高。

作为优选，所述信号放大电路包括NPN三极管及PNP三极管，所述NPN三极管及PNP三极管的基极均连接在比较电路的输出端上且集电极和发射极之间均连接在保护二极管。采用NPN三极管及PNP三极管构成放大电路进行扩流，放大倍数高，利用二极管对三极管进行保护，保证其可靠工作。

进一步的，所述NPN三极管及PNP三极管的发射极通过RC电路与比较电路的输入端相连。RC电路可有效消除毛刺影响，提高检测精度。

作为优选，所述次级线圈的输出端分别与正、负电源端之间连接有浪涌防护电路。次级线圈的输出端即开启式测量装置的电流输出端，利用浪涌对其进行保护，保证该产品可应用于复杂的电磁干扰测试环境。

进一步的，所述浪涌防护电路包括TVS二极管。

作为优选，所述霍尔元件为贴片霍尔元件，所述霍尔元件设置在柔性印制板上。采用贴片式霍尔元件和柔性印制板加工相结合的工艺，一方面可实现霍尔元件的可靠固定，另一方面可减少器件引脚间的耦合干扰，以此保证在同一输出规格条件下，霍尔元件失调所占影响比例最小，从而最终提高产品的检测精度。

作为优选，为了减小气隙处漏磁对检测精度的影响，所述上磁芯和下磁芯的之间的开口气隙不大于下磁芯截面积的5%。

作为优选，还包括对下磁芯进行固定骨架和对骨架和上磁芯进行固定的外壳，所述下磁芯的一端位于骨架内且另一端凸出于骨架。

进一步的，为了提高上磁芯和下磁芯的耦合精度，所述下磁芯凸出骨架的一端其凸出的高度为0.4mm至0.6mm。

本发明与现有技术相比，至少具有如下的优点和有益效果：

本发明采用次级线圈对输出电流进行反馈，霍尔元件的增益更加恒定，输出线性度更高，且其导致输出漂移的相关参数更少，其精度及稳定性更高。另外，采用冲片磁芯结构、外壳及骨架结合的固定方式，可有效减少产品位置误差、零点误差及温度漂移影响，从而最终提供产品检测精度、降低产品生产成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明测量电路的电路图。

图2是骨架与下磁芯的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

一种基于道岔电流检测的开启式测量装置，可用于小孔径、交直流小电流、不断电情况下的快速测量，包括磁路及测量电路，磁路包括上磁芯、与上磁芯构成磁环结构的下磁芯及均绕制在磁环结构上的一级线圈和次级线圈；测量电路包括霍尔元件、连接在霍尔元件输出端的比较电路和功率放大电路；霍尔元件设置在上磁芯和下磁芯之间的间隙中，用于检测次级线圈电流产生磁场抵消一级线圈电流产生磁场的程度；功率放大电路的输出电流端连接次级线圈，次级线圈的另一端即电流输出端。输出电流通过次级线圈产生磁场与一级线圈产生磁场进行抵消，以构成反馈回路。

具体的，一级线圈作为被测输入电流穿心线圈，一般只有几匝，绕制在磁环结构上；次级线圈作为输出电流大小控制线圈，一般在几千匝，绕制在磁环结构的下磁环上，通过调节匝数，可实现不同规格电流输出。

实施例2

如图1所示，本实施例在实施例1的基础上对测量电路的电路结构做了细化。电阻R1、电阻R2、电阻R4和电阻R5构成霍尔元件的电流驱动电路，N即霍尔元件，电容C1用于电源滤波，电阻器RP1与电阻R8用于调节霍尔器件输出失调；比较器A1、比较器A2构成比较电路，用于提高比较能力；功率放大电路包括NPN三极管及PNP三极管，NPN三极管及PNP三极管的基极均连接在比较电路的输出端上且集电极和发射极之间均连接在保护二极管； NPN三极管及PNP三极管的发射极通过RC电路与比较电路的输入端相连，RC电路由相串联的电阻R9和电容C2构成；次级线圈即L1；TVS二极管D3和D4构成浪涌防护电路，分别连接在次级线圈的输出端与正、负电源之间；二极管D1和二极管D2起防止电源反接的作用，分别连接在正、负电源端；Io端即本开启式测量装置的电流输出端。一次线圈、磁环结构及霍尔器件安装位置在图1中未体现。

本开启式测量装置的霍尔元件采用低电流进行驱动，使其静态电流低至4mA，通过不同匝比的二次线圈可实现不同规格的电流输出，满足铁路产品对低功耗工作的要求。

上磁芯和下磁芯可采用坡莫合金冲片方式进行加工，以此提高产品检测精度、降低产品生产成本。

实施例3

本实施例在上述实施例的基础上做了优化，即霍尔元件采用高灵敏度贴片霍尔元件，采用柔性印制板安装方式对霍尔元件进行固定，实现了霍尔器件的低干扰、高可靠安装。相比于现有的霍尔器件引线方案，一方面解决了霍尔器件焊接和安装问题；另一方面减少了线间干扰，提高产品的可靠性。

实施例4

本实施例在上述实施例的基础上做了优化，即上磁芯和下磁芯采用坡莫合金冲片方式进行加工，以保证产品批量一致性。当磁环气隙加工精度不高时，实际上是气隙增加将导致气隙内磁感应强度降低，从而导致产品最终零点输出误差、位置误差及温度漂移变大。通过采用冲片磁芯及结合外壳、骨架固定的方案，可有效地实现磁芯固定，保证产品输出误差最小。上磁芯和下磁芯的之间的开口气隙不大于下磁芯截面积的5%。

实施例5

如图2所示，本实施例在上述实施例的基础上还设置有骨架、外壳，骨架对下磁芯进行固定且置于外壳内，下磁芯的一端位于骨架内且另一端凸出于骨架。

下磁芯凸出骨架的一端其凸出的高度为0.4mm至0.6mm。

采用骨架的结构，以便于装置在闭合工作情况下，磁芯开口缝隙最小，提高测试装置最终检测精度。

采用本实施例的方案，可实现小体积、高隔离、低功耗、高精度、宽温度、低价格、便于安装维护、可快速测量轨道道岔电流的测量装置，满足市场需求。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。