电流传感器高频特性校验电路及其校验方法与流程

本发明涉及传感器试验校验，具体而言，涉及一种电流传感器高频特性校验电路及其校验方法。

背景技术：

1、电流传感器的频率特性能够反映其性能的好坏，其中，传递阻抗和频带宽度是电流传感器的两个重要参数，传递阻抗越大，电流传感器的灵敏度越高，测量频带越宽，测量结果越精确。如何准确测量电流传感器在高频段的幅频特性成为传感器研制和使用过程中需要解决的问题。

2、传统电流传感器的频带特性校验方法大致可分为两类：其一是基于一个高性能参考测量系统，参考测量系统的测量频带足够宽，将被检验传感器的测量结果和参考测量系统的测量结果进行比较，获得被检验传感器的频率特性；其二是基于一个已知参数的电流源，对被检测传感器进行试验，将测量获得的电流参数和电流源的已知参数进行比较，获得被检验传感器的频率特性。这些方法均要么需要一个高性能的参考系统，而参考系统自身的频率特性校验也存在难题；要么需要一个高性能宽频带大功率电源，实施成本较高，操作不便。

技术实现思路

1、本发明的目的包括，例如，提供了一种电流传感器高频特性校验电路及其校验方法，其能够通过一次测量，即可得到被试电流传感器在整个频段上的传递阻抗，从而得到被试电流传感器连续的幅频特性。

2、本发明的实施例可以这样实现：

3、第一方面，本发明提供一种电流传感器高频特性校验电路，校验电路包括电源、电阻、电缆、电压传感器和开关；

4、电缆的首端通过电阻连接到电源上，电缆的末端连接电压传感器、开关以及被试电流传感器，其中，电压传感器用于测量电缆的电压，被试电流传感器用于测量电缆的电流；

5、其中，开关为放电间隙结构，放电间隙结构包括宽度可调的放电间隙。

6、在可选的实施方式中，电缆包括从内至外依次包覆设置的电缆芯、电缆绝缘层、电缆屏蔽层和外护套。

7、在可选的实施方式中，校验电路还包括铝合金屏蔽罩，电缆的末端、电压传感器和被试电流传感器均设置在铝合金屏蔽罩内。

8、在可选的实施方式中，电压传感器包括电压感应电极和电压信号电缆头，电压感应电极与铝合金屏蔽罩绝缘设置，电压感应电极、铝合金屏蔽罩和电缆芯构成分压电容，电压信号电缆头用于输出电缆末端处电缆芯上的电压。

9、在可选的实施方式中，放电间隙结构的一端与铝合金屏蔽罩连接，铝合金屏蔽罩与电缆屏蔽层连接件并接地，放电间隙结构的另一端与电缆芯的末端连接。

10、在可选的实施方式中，电缆芯从被试电流传感器中间的圆孔穿过，被试电流传感器的输出信号通过电流电缆头输出。

11、在可选的实施方式中，电压传感器为经过校验、且频带大于100mhz的传感器。

12、第二方面，本发明提供一种电流传感器高频特性校验方法，校验方法采用前述实施方式的校验电路，校验方法包括：

13、s1：利用电源对电缆充电，使放电间隙击穿，在电缆中产生阶跃电压波和阶跃电流波；

14、s2：利用电压传感器测量电缆末端的阶跃电压波u0(t)，计算得到电缆中的阶跃电流波i0(t)；

15、s3：获得被试电流传感器的测量信号u1(t)；

16、s4：对阶跃电流波i0(t)和测量信号u1(t)分别进行傅里叶变换，获得阶跃电流波i0(t)的频谱i(ω)和测量信号u1(t)的频谱u(ω)；

17、s5：计算得到被试电流传感器高频特性h(ω)=u(ω)/i(ω)。

18、在可选的实施方式中，在s4之前，校验方法还包括：

19、截取阶跃电流波i0(t)和测量信号u1(t)的第一个上升沿至第一个下降沿之间的部分或第一个下降沿至第一个上升沿之间的部分；

20、利用指数衰减信号对截取后的信号拓展至信号衰减为零。

21、本发明实施例提供的电流传感器高频特性校验电路及其校验方法的有益效果包括：

22、本发明实施例提出基于电压行波产生的阶跃电流信号校验电流传感器的频率特性的方法。阶跃信号包含大量高频分量的信号，将阶跃电流当作被试电流传感器的输入信号，测量获得被试电流传感器的输出信号，能够计算出被试电流传感器的频率特性；通过对一次测量，即可得到被试电流传感器在整个频段上的传递阻抗，从而得到被试电流传感器连续的幅频特性。

技术特征：

1.一种电流传感器高频特性校验电路，其特征在于，所述校验电路包括电源（1）、电阻（2）、电缆（3）、电压传感器（4）和开关；

2.根据权利要求1所述的电流传感器高频特性校验电路，其特征在于，所述电缆（3）包括从内至外依次包覆设置的电缆芯（31）、电缆绝缘层（32）、电缆屏蔽层（33）和外护套（34）。

3.根据权利要求2所述的电流传感器高频特性校验电路，其特征在于，所述校验电路还包括铝合金屏蔽罩（7），所述电缆（3）的末端、所述电压传感器（4）和所述被试电流传感器（8）均设置在所述铝合金屏蔽罩（7）内。

4.根据权利要求3所述的电流传感器高频特性校验电路，其特征在于，所述电压传感器（4）包括电压感应电极（41）和电压信号电缆头（5），所述电压感应电极（41）与所述铝合金屏蔽罩（7）绝缘设置，所述电压感应电极（41）、所述铝合金屏蔽罩（7）和所述电缆芯（31）构成分压电容，所述电压信号电缆头（5）用于输出所述电缆（3）末端处所述电缆芯（31）上的电压。

5.根据权利要求3所述的电流传感器高频特性校验电路，其特征在于，所述放电间隙结构（6）的一端与所述铝合金屏蔽罩（7）连接，所述铝合金屏蔽罩（7）与所述电缆屏蔽层（33）连接件并接地，所述放电间隙结构（6）的另一端与所述电缆芯（31）的末端连接。

6.根据权利要求2所述的电流传感器高频特性校验电路，其特征在于，所述电缆芯（31）从所述被试电流传感器（8）中间的圆孔穿过，所述被试电流传感器（8）的输出信号通过电流电缆头（9）输出。

7.根据权利要求1所述的电流传感器高频特性校验电路，其特征在于，所述电压传感器（4）为经过校验、且频带大于100mhz的传感器。

8.一种电流传感器（02）高频特性校验方法，其特征在于，所述校验方法采用权利要求1所述的校验电路，所述校验方法包括：

9.根据权利要求8所述的电流传感器（02）高频特性校验方法，其特征在于，在s4之前，所述校验方法还包括：

技术总结
本发明的实施例提供了一种电流传感器高频特性校验电路及其校验方法，涉及传感器试验校验技术领域。校验电路包括电源、电阻、电缆、电压传感器和开关；电缆的首端通过电阻连接到电源上，电缆的末端连接电压传感器、开关以及被试电流传感器，其中，电压传感器用于测量电缆的电压，被试电流传感器用于测量电缆的电流；其中，开关为放电间隙结构，放电间隙结构包括宽度可调的放电间隙。该校验电路及其校验方法通过对一次测量，即可得到被试电流传感器在整个频段上的传递阻抗，从而得到被试电流传感器连续的幅频特性。

技术研发人员：李星,丁登伟,汪鑫,李敬雄,王渊,任杰,刘玮
受保护的技术使用者：清华四川能源互联网研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16