一种电流信号检测装置的制作方法

本发明属于电流检测技术领域，尤其涉及一种电流信号检测装置。

背景技术：

电流信号检测器是一种检测装置，它能感受到被测电流的信息，按照一定的规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

现有的电流信号检测器不仅应用范围较小，并且对使用和维护人员的要求比较高，不利于日常维护和检修。由此可见，上述现有的电流信号检测器。在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而且，现有电流测试仪在测量电流时，必须将测试仪与带检测线进行连接，必然会破坏原有的线路，进而影响原有线路的安全性和使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电流信号检测装置，可以在不破坏原有现有的条件下进行电流检测，且不会降低检测精度。

本发明采用以下技术方案：一种电流信号检测装置，包括用于获取待测电路电流的交流互感器，交流互感器连接电流补偿电路，电流补偿电路用于对获取的低频信号进行补偿，以得到稳定可测电流；

电流补偿电路的信号输出端连接加偏置信号的运放电路，加偏置信号的运放电路用于将稳定可测电流进行偏置并放大，加偏置信号的运放电路的信号输出端连接有单片机，单片机的信号输出端连接有显示屏。

进一步的，电流补偿电路包括运算放大器u1；

运算放大器u1的第五引脚和第六引脚并联二极管d1、d2、电阻r9与交流互感器，且同时串联电阻r1；

运算放大器u1的第六引脚和第七引脚并联电容c3和电阻r3，且同时串联电容c2；

运算放大器u1的第八引脚接高电平vcc；

运算放大器u1的第四引脚接低电平-vcc；

运算放大器u1的第三引脚连接电阻r3和电容c3的并联接口、以及p5接口。

进一步的，运算放大器u1采用tl072芯片；

二极管d1、d2型号为1n4148；

电阻r1、r3、r9的阻值分别为340ω、1000ω、100ω；

交流互感器为电感l1，电感l1由漆包线磁环绕制而成，所述磁环为锰锌磁环，所述磁环外径为22mm、内径为14mm、高为8mm，所述漆包线直径为0.21mm，绕制匝数为300匝；

电容c2和c3分别为4.7uf、56pf。

进一步的，加偏置信号的运放电路包括放大器lm339a；

放大器lm339a的第二引脚和第四引脚并联电阻r6；

放大器lm339a的第二引脚还连接接口p4的第一端角和第二端角，接口p4用于与单片机连接；

放大器lm339a的第四引脚还串联电阻r5和电容c1后接在接口p3的第一端角上，接口p3用于与电流补偿电路连接；

放大器lm339a的第五引脚接电阻r4和电阻r2的并联接口，电阻r4接地，电阻r2接电阻r10和滑动变阻器r11的并联接口，电阻r10另一端接高电平vcc，滑动变阻器r11的另一端接地。

进一步的，放大器lm339a为lm339芯片的第一个运放单元；

电阻r2、r4、r5、r6、r10和r11的阻值分别为4kω、10kω、4kω、10kω、300ω、10kω；

电容c1为200uf。

进一步的，单片机的型号为stm32f429。

进一步的，还包括标准信号发生单元，标准信号发生单元用于提供标准电流信号，以实现对电流信号检测装置的精度校验。

进一步的，标准信号发生单元包括互相连接的信号发生器和功率放大器，信号发生器的型号为rigoldg4062，功率放大器选用ada4870芯片。

本发明的有益效果是：通过电流补偿运放电路的感应线圈获取待测电流小信号，经过加偏置信号的运放电路进行功率放大，再采集电压，保证了信号采集精度，通过a/d模块采样获得信号量，进而使用单片机实现对采集信号的处理，并将处理结果值在显示屏上显，显示波形并绘制频谱图。

【附图说明】

图1为本发明的原理连接框图；

图2为本发明的功率放大电路原理图；

图3为本发明的电流补偿运放电路原理图；

图4为本发明的加偏置信号的运放电路原理图。

图中：1、信号发生器；2、功率放大电路；3、电流补偿运放电路；4、加偏置信号的运放电路；5、单片机；6、显示屏。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明公开了一种电流信号检测装置，如图1所示，包括用于获取待测电路电流的交流互感器，该交流互感器是用磁环和漆包线绕制制得线圈，获得感应电流，交流互感器连接电流补偿电路3，电流补偿电路3用于对获取的低频信号进行补偿，以得到稳定可测电流。

电流补偿电路3的信号输出端连接加偏置信号的运放电路4，加偏置信号的运放电路4用于将稳定可测电流进行偏置并放大，加偏置信号的运放电路4的信号输出端连接有单片机5，单片机5的信号输出端连接有显示屏6。

如图3所示，电流补偿电路3包括运算放大器u1，运算放大器u1采用tl072芯片。该电路选用内部有两个运算放大器的tl072芯片，将感应电流信号通过电阻r9从第五引脚和第六引脚输入，为防止输入端意外短路，接入d1和d2作为保护，r3、c2、c3构成反馈网络，对低频信号进行补偿，改善低频特性。

本发明通过交流互感器，获得感应电压，将感应电压给tl072组成流补偿运放电路3，从而得到一个相对稳定的可测电流，tl072芯片具有低功耗、宽共模和差模电压的范围、内部频率补偿、低输入偏置电流和失调电流的特性。

运算放大器u1的第五引脚和第六引脚并联二极管d1、d2、电阻r9与交流互感器，交流互感器为电感l1由漆包线磁环绕制而成，磁环为锰锌磁环，磁环外径为22mm、内径为14mm、高为8mm，漆包线直径为0.21mm，绕制匝数为300匝。

且运算放大器u1的第五引脚和第六引脚同时串联电阻r1；二极管d1、d2型号为1n4148，电阻r9为100ω，电阻r1为340ω。

运算放大器u1的第六引脚和第七引脚并联电容c3和电阻r3，且同时串联电容c2，c3为56pf，c2为4.7uf，r3为1000ω。

运算放大器u1的第八引脚接高电平vcc；

运算放大器u1的第四引脚接低电平-vcc；

运算放大器u1的第三引脚连接电阻r3和电容c3的并联接口、以及p5接口。

如图4所示，加偏置信号的运放电路4包括放大器lm339a；放大器lm339a为lm339芯片的第一个运放单元。

放大器lm339a的第二引脚和第四引脚并联电阻r6，r6为10kω。

放大器lm339a的第二引脚还连接接口p4(即排线p4)的第一端角和第二端角，接口p4用于与单片机5连接，单片机5的型号为stm32f429。

放大器lm339a的第四引脚还串联电阻r5和电容c1后接在接口p3的第一端角上，接口p3用于与电流补偿电路3连接，r5为4kω，电容c1为200uf。

放大器lm339a的第五引脚接电阻r4和电阻r2的并联接口，电阻r4接地，电阻r2接电阻r10和滑动变阻器r11的并联接口，电阻r10另一端接高电平vcc，滑动变阻器r11的另一端接地。r4为10kω，r2为4kω，电阻r10和r11的阻值分别为300ω、10kω。

在该加偏置信号的运放电路4中，为了便于检测，添加了放大电路，本实施例中电压放大倍数为具体可以根据应用情况进行设计方法的倍数，另外，由于后级stm32f429单片机只能检测0～3.3v电压，为便于检测，添加偏置电路，偏置量可调。

本发明还包括标准信号发生单元，标准信号发生单元用于提供标准电流信号，以实现对电流信号检测装置的精度校验。通过标准信号发生单元，产生标准信号，再通过信号检测装置进行测量，可以校验本发明的信号检测装置的精度。

标准信号发生单元包括互相连接的信号发生器1和功率放大器2，信号发生器1的型号为rigoldg4062，功率放大器选用ada4870芯片。

如图2所示，在功率放大器2中，芯片ada4870和气外围电路具体布置如下：

芯片ada4870的第一引脚接电阻r13和高电平vcc，其中电阻r3为3.9kω；

芯片ada4870的第三引脚串联电阻r12后接电阻r13和稳压二极管d3的并联接口，其中电阻r12为4kω，稳压二极管d3型号选为18tq045；

芯片ada4870的第四引脚串联电阻r14后接稳压二极管d3和低电平-vcc，电阻r14为2kω；

芯片ada4870的第六引脚串联电容c8后接p1接口，该p1接口用来与信号发生器1连接；

芯片ada4870的第八引脚一次串联电阻r8、r7后接地，电阻r8为5.1kω，电阻r7为130ω；

芯片ada4870的第十一引脚和第十二引脚分别并联电容c5和c6后接地，其中，电容c5为220uf，电容c6为100nf；

芯片ada4870的第十四引脚、第十五引脚、第十六引脚和第十七引脚均连接到p2接口；

芯片ada4870的第十八引脚串联c4后接地，再串联c7再分别连接高电平和第二十引脚，其中，电容c4为100nf，电容c7为220uf。

采用ada4870芯片，构成功率放大电路2，ada4870是一款单位增益稳定的高速电流反馈型放大器，采用powersoic封装，提供高导热性裸露散热块，可实现有效散热，性能稳定，非常适合驱动高压功率场效应晶体管。使用40v电源能够提供1a输出电流和2500v/μs压摆率，集成度高，外围电路设计简单，易于调试。另外，它还具有热保护和关断功能，安全可靠。

在该功率放大器2中，电路采用同向输入，反馈电阻rf＝r7+r8＝130+5100＝5230ω,可以通过调节阻值来更改放大电压的倍数，即功率放大的倍数。

实施例

如表1所示，为本实施例的测试数据及分析，即电流检测分析电路测试数据。

表1

上表中，输入频率和电流分别为待测信号的理论标准频率和电流，显示频率和显示电流分别为本发明电流信号检测装置的实测频率和实测电流，精度为实测数据与理论标准数据之间的误差。该实施例中用漆包线绕制线圈制作电流传感器以获取电流信号，设计电流信号检测分析电路，测量并显示电流信号的峰峰值及频率。根据上表可明显看出，被测正弦电流峰峰值范围为10ma～1a，电流测量精度优于5％，频率测量精度优于1％。

另外，关于为本实施例中的功率放大电路测试数据如表2所示。

表2

测试要求：使输入正弦信号频率范围为50hz～1khz，测量并记录得到10ω负载功率电阻两端的电压值，计算并记录其电流峰峰值。对数字信号源产生信号进行功率放大后，在输出端并联10ω电阻负载，调节输入正弦信号频率，范围为50hz～1khz，用示波器测试该电阻两端电压有效，记录并计算电流有效值，由表可知本实施例中的功率放大器可以有效的结合信号发生器产生频率范围为50hz～1khz的信号源。

本发明中前级采用ada4870芯片进行功率放大，后级通过电流补偿运放电路的感应线圈获取待测电流小信号，经过lm339加偏置并进行功率放大，cs5463模块采集电压，a/d采样获得信号量，进而使用stm32f429单片机实现对采集信号的处理，将处理结果值在显示器上显示波形并绘制频谱图。本发明具有改善大幅度低频特性，应用范围更广。

通过上述实施例可知，当输入正弦信号频率范围为50hz～1khz时,流过10ω负载电阻的电流峰峰值不小于1a，电流信号无明显失真。电流测量正弦电流峰峰值范围为10ma～1a，电流测量精度优于5％，频率测量精度优于1％。信号发生器输出任意波形，比如方波和三角波时，基波频率范围为50hz～200hz，测量电流信号基波频率，频率测量精度优于1％；测量基本及各次谐波分量的幅度(振幅值)，电流谐波测量频率超过1khz，测量精度优于5％。