一种单绕组环形磁通门电流传感器的制作方法

本发明属于电流传感器技术领域，尤其涉及一种单绕组环形磁通门电流传感器。

背景技术：

现有磁通门电流传感器技术均为双绕组方案，如图1所示，通过激励电路13在初级绕组11产生磁通门信号，但磁通门信号的信噪比不够高，如果直接进行放大，则通过该磁通门信号测量出被测电流线中的电流信号精度不高，因此磁通门信号需要经滤波电路14滤波后由信号调理电路进行调理，然后经反馈补偿电路16在次级绕组12上产生补偿磁场形成闭环反馈，提高信噪比。此外，现有技术采用硅钢磁芯，使得产品体积较大，限制了产品的通用性；同时初级、次级双绕组会增加工艺复杂度，降低产品可靠度。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种单绕组环形磁通门电流传感器，本发明对磁芯材料、电路原理进行了重新设计，将磁芯尺寸减小，双绕组改为单绕组，在满足准确测量待测电流线中的电流信号性能要求的前提下，还减小了产品的体积，简化了生产工艺。

一种单绕组环形磁通门电流传感器，包括磁通门探头和信号处理电路，其中信号处理电路包括滤波电路31、激励电路32、电源电路33以及信号调理电路34；所述电源电路33给信号调理电路34提供稳定电压，激励电路32给磁通门探头提供激励信号，从而磁通门探头产生磁通门信号，滤波电路31对磁通门探头产生的磁通门信号进行滤波；

所述信号调理电路34对滤波后的磁通门信号的零点偏置、灵敏度误差进行校正，并将校正后的磁通门信号直接经过二级放大，并调理成模拟电压信号输出，其中模拟电压信号与被测电流线中电流信号的对应；

所述磁通门探头包括初级绕组21，且初级绕组21为外层缠绕有漆包线的环形磁芯，其中环形磁芯的材料为坡莫合金，且漆包线两端分别缠绕并焊接在激励电路32上；

被测电流线从所述环形磁芯中间穿过，在所述激励信号的作用下，磁通门探头感应所述被测电流线周围的磁场，从而产生磁通门信号。

进一步地，所述磁通门探头还包括骨架22；

所述骨架22形状与初级绕组21形状匹配，同时中间开有穿线孔26，且初级绕组21环绕穿线孔26放置在骨架22中，则被测电流线从穿线孔26中间穿过；

所述骨架22的边框上设有安装座，同时安装座上设有绕线焊针ⅰ23、绕线焊针ⅱ24、固定焊针ⅰ27以及固定焊针ⅱ28；

所述初级绕组21的漆包线两端分别缠绕并焊接在绕线焊针ⅰ23和绕线焊针ⅱ24上，绕线焊针ⅰ23和绕线焊针ⅱ24再分别连接在激励电路32上；

所述骨架22通过安装座、固定焊针ⅰ27以及固定焊针ⅱ28与电路板连接，其中所述信号处理电路焊接在电路板上。

进一步地，所述骨架22边框上设有4个安装座，其中绕线焊针ⅰ23和绕线焊针ⅱ24设于同一个安装座上，固定焊针ⅰ27和固定焊针ⅱ28分别设在一个安装座上，且安装座上设有高度低于4个焊针高度的凸台。

进一步地，设有绕线焊针ⅰ23和绕线焊针ⅱ24的安装座处还开有过线槽25。

进一步地，所述滤波电路31包括运算放大器n1b，电阻r10以及电容c1、c2、c5、c6；

所述电容c1、c2为滤波电容，两者均各取一端连接在运算放大器n1b的电源端，另一端接地；运算放大器n1b输入正端接地，电阻r10两端分别连接运算放大器n1b的输入负端和输出端，电容c5、c6串联后两端分别连接运算放大器n1b的输入负端和输出端，且电容c5、c6连接点处作为磁通门信号的输入端。

进一步地，所述激励电路32包括运算放大器n1a，稳压管v3、v4，电阻r1、r2、r5、r6以及电容c8；

所述运算放大器n1a的输入正端通过电阻r5接地，且输入正端通过电阻r6连接自身的输出端；运算放大器n1a的输出端连接稳压管v3正端，且稳压管v3负端连接稳压管v4负端，稳压管v4正端接地；磁通门探头和电容c8并联于运算放大器n1a的输入负端和输出端之间；同时，运算放大器n1a的输入负端通过电阻r2接地，且输入负端通过电阻r1向滤波电路31输出磁通门信号。

进一步地，所述电源电路33包括稳压二极管v1、v2以及限流电阻r3、r7；

所述限流电阻r3、稳压二极管v1、稳压二极管v2以及限流电阻r7依次串联，且限流电阻r3、r7的空脚分别连接正电源、负电源，稳压二极管v1、v2之间的串联连接点接地；电源电路33从稳压二极管v1负端和稳压二极管v2正端输出稳定后的电压，给信号调理电路34供电。

进一步地，所述信号调理电路34包括运算放大器n2a、n2b，电阻r4、r8、r9、r11～r20，以及电容c3、c4、c7、c9、c10；

所述电阻r11、r12为调零电阻，串接于电源电路33的输出端的正负两端之间，同时电阻r11、r12之间的串联连接点处连接电阻r13的一端，电阻r13另一端通过电阻r14接地，并通过电阻r8连接运算放大器n2b的输入负端；运算放大器n2b的输入正端通过电阻r4连接至激励电路32的磁通门信号输出端；电阻r15、r16、r18为调试电阻，且电阻r16和电阻r18并联后再与电阻r15串联，然后两个串联端与电容c9并联，两个并联端再连接于运算放大器n2b的输入负端和输出端之间；

所述电容c3、c4为滤波电容，其中一端均分别连接在运算放大器n2b的电源端，另一端接地；同时，运算放大器n2b的输出端通过电阻r19连接至运算放大器n2a的输入正端；电容c7和电阻r20并联于运算放大器n2a的输入正端和地之间；运算放大器n2a的输入负端通过电阻r9接地，电阻r17和电容c10并联于运算放大器n2a的输入负端和输出端之间，运算放大器n2a的输出的模拟电压信号为电流传感器的最终输出。

优选地，所述磁芯外层缠绕1000～2000圈漆包线。

有益效果：

1、现有磁通门传感器采用双绕组模式，本发明采用坡莫合金作为磁通门探头的磁芯材料，产生的磁通门信号的信噪比足够高，无需通过二次绕组产生补偿磁场形成闭环反馈，能够直接进入信号调理电路中进行误差校正和信号放大；因此本发明将现有的双绕组线圈改为单绕组线圈，只使用一个初级绕组就能够实现电流信号到磁通门信号、磁通门信号到电压信号的转化，从而测量出被测电流线中的电流信号，本发明不但简化了产品工艺，还增加了产品可靠度，测量被测电流线的电流信号时，精度更高；

同时本发明配合单绕组线圈对电路方案进行了改进，包括取消了反馈补偿电路，无需产生补偿磁场，改为采用二级放大电路直接放大的开环方案，直接放大磁通门信号的输出；本发明简化了电源电路，针对新磁芯和线圈，对激励电路进行了重新设计，增强了激励信号的稳定性；同时还对滤波电路进行了调整，提高了滤波器阻带抑制度；最后对信号调理电路进行了改进，通过两级放大电路对输出信号进行调理，保证产品性能不降级；

本发明将磁芯尺寸减小，选择高导磁率的坡莫合金磁芯替换现有的硅钢磁芯，增强信号强度的同时减小了产品的体积和重量，使本来较大的产品可以应用到对体积和重量有限制要求的系统中，增加了产品通用性。

2、本发明将初级绕组置于骨架中，通过骨架将磁通门探头固定在电路板上，使磁通门电流传感器结构更为稳固；同时，在骨架的安装座上设置凸台，使得骨架倒置安装在电路板上时，初级绕组与绕线焊针的焊接点不被压迫损坏。

3、本发明绕线焊针ⅰ和绕线焊针ⅱ的安装座处还开有过线槽，有利于保护初级绕组的漆包线不被压损。

附图说明

图1为原有方案传感器电路原理图；

图2为本发明传感器探头结构示意图；

图3为本发明传感器电路原理图；

11-现有方案初级绕组，12-现有方案次级绕组，13-现有方案激励电路，14-现有方案滤波电路，15-现有方案信号调理电路，16-现有方案反馈补偿电路，17-现有方案信号电源电路，21-初级绕组，22-骨架，23-绕线焊针ⅰ，24-绕线焊针ⅱ，25-过线槽，26-穿线孔，27-固定焊针ⅰ，28-固定焊针ⅱ，31-滤波电路，32-激励电路，33-信号调理电路，34-信号电源电路，35-磁通门探头。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细叙述。

一种单绕组环形磁通门电流传感器，包括磁通门探头和信号处理电路；

如图3所示，为本发明传感器电路原理图，所述信号处理电路包括滤波电路31、激励电路32、电源电路33、信号调理电路34以及磁通门探头35，其中电源电路33给信号调理电路34提供稳定电压，激励电路32给磁通门探头35提供激励信号，从而磁通门探头35产生磁通门信号，滤波电路31对磁通门探头35产生的磁通门信号进行滤波，信号调理电路34对所述信号处理电路以及滤波后的磁通门信号的零点偏置、灵敏度误差进行校正，并将校正后的磁通门信号调理成模拟电压信号输出，其中模拟电压信号与被测电流线中电流信号的对应；

如图2所示，为本发明传感器探头结构示意图，所述磁通门探头35包括初级绕组21，且初级绕组21作为信号处理电路中的磁通门探头35；

所述初级绕组21为外层缠绕有漆包线的环形磁芯，且漆包线两端分别缠绕并焊接在激励电路32上；

被测电流线从所述环形磁芯中间穿过，在所述激励信号的作用下，磁通门探头35感应所述被测电流线周围的磁场，从而产生磁通门信号。

进一步地，所述磁通门探头35还包括骨架22；

所述骨架22形状与初级绕组21形状匹配，同时中间开有穿线孔26，且初级绕组21放置在骨架22和穿线孔26之间，则被测电流线从穿线孔26中间穿过；

所述骨架22的边框上设有安装座，同时安装座上设有绕线焊针ⅰ23、绕线焊针ⅱ24、固定焊针ⅰ27以及固定焊针ⅱ28；

所述初级绕组21的漆包线两端分别缠绕并焊接在绕线焊针ⅰ23和绕线焊针ⅱ24上，绕线焊针ⅰ23和绕线焊针ⅱ24再分别连接在激励电路32上；

所述骨架22通过安装座、固定焊针ⅰ27以及固定焊针ⅱ28与电路板连接。

进一步地，所述滤波电路31包括运算放大器n1b，电阻r10以及电容c1、c2、c5、c6；

所述电容c1、c2为滤波电容，分别一端连接在运算放大器n1b的的电源端，另一端接地；运算放大器n1b输入正端接地，电阻r10两端分别连接运算放大器n1b的输入负端和输出端，电容c5、c6串联后两端分别连接运算放大器n1b的输入负端和输出端，且电容c5、c6连接点处连接磁通门探头35磁通门信号的输出端。

进一步地，所述激励电路32包括运算放大器n1a，稳压管v3、v4，电阻r1、r2、r5、r6以及电容c8；

所述运算放大器n1a的输入正端通过电阻r5接地，且输入正端通过电阻r6连接自身的输出端；运算放大器n1a的输出端连接稳压管v3正端，且稳压管v3负端连接稳压管v4负端，稳压管v4正端接地；磁通门探头35和电容c8并联于运算放大器n1a的输入负端和输出端之间；同时，运算放大器n1a的输入负端通过电阻r2接地，且输入负端通过电阻r1向滤波电路31输出磁通门信号。

进一步地，所述电源电路33包括稳压二极管v1、v2以及限流电阻r3、r7；

所述限流电阻r3、稳压二极管v1、稳压二极管v2以及限流电阻r7依次按顺序串联，且限流电阻r3、r7的空脚分别连接正电源、负电源，稳压二极管v1、v2之间的串联连接点接地；电源电路33从稳压二极管v1负端和稳压二极管v2正端输出稳定后的电压，给信号调理电路34供电。

进一步地，所述信号调理电路34包括运算放大器n2a、n2b，电阻r4、r8、r9、r11～r20，以及电容c3、c4、c7、c9、c10；

所述电阻r11、r12为调零电阻，串接于电源电路33的输出端的正负两端之间，同时电阻r11、r12之间的串联连接点处连接电阻r13；电阻r13另一端通过电阻r14接地，并通过电阻r8连接运算放大器n2b的输入负端；运算放大器n2b的输入正端通过电阻r4连接至激励电路32的磁通门信号输出端；电阻r15、r16、r18为调试电阻，且电阻r16和电阻r18并联后再与电阻r15串联，然后两个串联端与电容c9并联，两个并联端再连接于运算放大器n2b的输入负端和输出端之间；

所述电容c3、c4为滤波电容，其中一端均分别连接在运算放大器n2b的电源端，另一端接地；同时，运算放大器n2b的输出端通过电阻r19连接至运算放大器n2a的输入正端；电容c7和电阻r20并联于运算放大器n2a的输入正端和地之间；运算放大器n2a的输入负端通过电阻r9接地，电阻r17和电容c10并联于运算放大器n2a的输入负端和输出端之间，运算放大器n2a的输出的模拟电压信号为电流传感器的最终输出。

进一步地，所述环形磁芯的材料为坡莫合金。

进一步地，所述磁芯外层缠绕1000～2000圈漆包线。

进一步地，所述骨架22边框上设有4个安装座，其中绕线焊针ⅰ23和绕线焊针ⅱ24设于同一个安装座上，固定焊针ⅰ27和固定焊针ⅱ28分别设在一个安装座上，且安装座上设有高度低于4个焊针高度的凸台。

进一步地，设有绕线焊针ⅰ23和绕线焊针ⅱ24的安装座处还开有过线槽25。

本发明的单绕组环形磁通门电流传感器方案可使产品体积小于30mm×30mm×20mm，同时在10ma～400ma被测电流范围内测量精度达到1％。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。