專利名稱：非接觸式直流小電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于測量測試技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，本案涉及ー種非接觸式智能直流小電流傳感器。
背景技術(shù)：
對于微小的直流電流的測量在很多領(lǐng)域都有需求，如電カ系統(tǒng)里面需要測量供電系統(tǒng)的漏電電流的大小。因?yàn)槁╇娏饕话闶签`種差流信號(即 兩根導(dǎo)線上往返電流大小不一致)，而且供電系統(tǒng)都是強(qiáng)電，所以不易直接測量。利用霍爾原理可以進(jìn)行直流電流的非接觸式測量，但是霍爾元件的敏感度低，無法測量微小電流，所以對于微小電流的非接觸式測量一直沒有一個很好的方法。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供ー種敏感度好的非接觸式直流小電流傳感器，利用該裝置可實(shí)現(xiàn)直流小電流的非接觸式測量。本實(shí)用新型的技術(shù)原理為利用比較器、電阻、電感組成ー個自諧振電路，在無外加磁場的情況下，電感L的正、反向阻尼一祥，因此諧振的相位不會改變。當(dāng)有外來的磁場如直流電流產(chǎn)生的磁場穿過電感L產(chǎn)生的磁場時(shí)，會和電感L產(chǎn)生的磁場相疊加，導(dǎo)致電感L的正、反阻尼產(chǎn)生改變，從而影響諧振的相位，通過測量這個相位的改變就可以得出和外加磁場成正比的這個量，這個量對應(yīng)于產(chǎn)生這個外加磁場的電流的大小。解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為ー種非接觸式直流小電流傳感器，包括精密供電電路、微處理器、自諧振電路和DAC輸出電路；所述的精密供電電路分別連接自諧振電路和微處理器，提供其所需工作電壓；所述的自諧振電路輸出方波震蕩信號到微處理器；所述的微處理器通過比較計(jì)算出前、后兩次輸入的方波震蕩信號的相位偏移量，并輸出給DAC輸出電路。作為對本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，本實(shí)用新型還包括自校準(zhǔn)電路，所述自校準(zhǔn)電路輸入端連接微處理器，輸出端輸出ー高精度的自校準(zhǔn)電流。作為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，所述的自諧振電路包括內(nèi)置于微處理器的比較器單元、電阻1 7、1 9、1 8、1 10及電感し1 ;其中，電阻R7、R9和電感LI依次串聯(lián)，電阻R8、RlO依次串聯(lián)；電阻R7與電阻R8輸入端并聯(lián)后連接精密供電電路，電感LI與電阻RlO輸出端并聯(lián)后連接微處理器的P2. 2端ロ；電阻R7與電阻R9的串聯(lián)端連接微處理器的P2. 0端ロ，電阻R8與電阻R10的串聯(lián)端連接微處理器的P2. I端ロ ；所述的電感LI為ー纏繞在環(huán)形鐵芯上的線圈。自校準(zhǔn)電流或待測的直流小電流穿過環(huán)形鐵芯，實(shí)現(xiàn)與本實(shí)用新型的直流小電流傳感器的非接觸式連接。自校準(zhǔn)電流或待測的直流小電流產(chǎn)生的磁場與電感LI產(chǎn)生的磁場相疊加。通過比較上述兩種情況下的波形(連接自校準(zhǔn)電流或待測的直流小電流)，計(jì)算得出待測的直流小電流的值。[0009]所述的精密供電電路包括第一、第二穩(wěn)壓電源；所述的第一穩(wěn)壓電源包括穩(wěn)壓放大器U1、電阻Rl、R2，所述的穩(wěn)壓放大器Ul外接ー電壓供電，其同向輸入端通過電阻Rl連接輸入電壓Vsin，且通過電阻R2接地，其反向輸入端與穩(wěn)壓放大器Ul輸出端短接后形成第一穩(wěn)壓電源的輸出端，所述的第一穩(wěn)壓電源的輸出端分別連接第二穩(wěn)壓電源的輸入端和微處理器的電壓信號輸入端VCC ；所述的第二穩(wěn)壓電源包括穩(wěn)壓放大器U2、電阻R3、R4，所述的穩(wěn)壓放大器U2也外接ー電壓供電，其同向輸入端通過電阻R3連接第一穩(wěn)壓電源的輸出端，同時(shí)通過電阻R4接地，其反向輸入端與穩(wěn)壓放大器U2輸出端短接后連接電阻R7與R8并聯(lián)的輸入端。所述的DAC輸出電路包括運(yùn)算放大器U3、電阻R5、R6、R13、R14、電容Cl、C2，運(yùn)算放大器U3外接ー電壓供電，其同向輸入端通過依次串聯(lián)的電阻R6、R5連接微處理器的P2. 4端ロ ；電阻R5的輸出端通過電容Cl接地，電阻R6的輸出端通過電容C2接地；運(yùn)算放大器U3的反向輸入端通過電阻R13接地，所述反向輸入端同時(shí)通過反饋電阻R14連接運(yùn)算放大器U3的輸出端并輸出電壓Vout。所述的自校準(zhǔn)電路包括運(yùn)算放大器U4、電阻R12、R11和三極管Q1，運(yùn)算放大器U4外接ー電壓供電，其同向輸入端連接微處理器的P2. 3端ロ，其輸出端通過限流電阻Rll連接三極管Ql的基極，其反向輸入端通過電阻R12接地同時(shí)通過導(dǎo)線連通三極管Ql的發(fā)射極，三極管Ql集電極連接一外部正壓源；所述的導(dǎo)線上串聯(lián)ー 2PIN的接線端子，所述的導(dǎo)線上串聯(lián)ー 2PIN的接線端子，所述接線端子兩端通過另外一段導(dǎo)線連通，便于將自校準(zhǔn)電流接入電感LI的環(huán)形鐵芯中。相對現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有如下有益效果I)本實(shí)用新型創(chuàng)造性的使用了微處理器內(nèi)部的比較器單元結(jié)合外部電阻和電感來構(gòu)成自諧振電路，并利用微處理器內(nèi)部的高速計(jì)數(shù)單元來數(shù)字化由于直流小電流磁場引起的諧振相位偏移量，從而實(shí)現(xiàn)對直流小電流的非接觸式測量；2)設(shè)置自校準(zhǔn)電路，使本實(shí)用新型的直流小電流傳感器本身就能產(chǎn)生ー個高精度的自校準(zhǔn)電流，實(shí)現(xiàn)自校準(zhǔn)功能，且精度高，性能穩(wěn)定，實(shí)用性強(qiáng)。
以下結(jié)合附圖
對本實(shí)用新型做進(jìn)ー步說明圖I為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的的原理框圖；圖2為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本實(shí)用新型較佳實(shí)施例包括精密供電電路、微處理器、自諧振電路、DAC輸出電路、自校準(zhǔn)電路；精密供電電路分別連接自諧振電路和微處理器，提供其所需エ作電壓；自諧振電路輸出方波震蕩信號到微處理器；微處理器通過比較計(jì)算出前、后兩次輸入的方波震蕩信號的相位偏移量，并輸出給DAC輸出電路；自校準(zhǔn)電路輸入端連接微處理器，輸出端輸出一高精度的自校準(zhǔn)電流。如圖2所示，本實(shí)用新型的自諧振電路包括內(nèi)置于微處理器的比較器單元、電阻R7、R9、R8、RlO及電感LI ;其中，電阻R7、R9和電感LI依次串聯(lián)，電阻R8、RlO依次串聯(lián)；電阻R7與電阻R8輸入端并聯(lián)后連接精密供電電路，電感LI與電阻RlO輸出端并聯(lián)后連接微處理器的P2. 2端ロ；電阻R7與電阻R9的串聯(lián)端連接微處理器的P2. 0端ロ，電阻R8與電阻RlO的串聯(lián)端連接微處理器的P2. I端ロ ；所述的電感LI為ー纏繞在圓環(huán)形鐵芯上的線圈，此處的鐵芯也可采用方形環(huán)等。本實(shí)用新型的精密供電電路包括第一、第二穩(wěn)壓電源；所述的第一穩(wěn)壓電源包括穩(wěn)壓放大器Ul、電阻Rl、R2，所述的穩(wěn)壓放大器Ul外接一 +5v電壓供電，其同向輸入端通過電阻Rl連接輸入電壓Vsin，本實(shí)施例中為+5v，且通過電阻R2接地，其反向輸入端與穩(wěn)壓放大器Ul輸出端短接后形成第一穩(wěn)壓電源的輸出端，所述的第一穩(wěn)壓電源的輸出端分別連接第二穩(wěn)壓電源的輸入端和微處理器的電壓信號輸入端VCC ；所述的第二穩(wěn)壓電源包括穩(wěn)壓放大器U2、電阻R3、R4，所述的穩(wěn)壓放大器U2也外接一 +5v電壓供電，其同向輸入端通過電阻R3連接第一穩(wěn)壓電源的輸出端，同時(shí)通過電阻R4接地，其反向輸入端與穩(wěn)壓放大器U2輸出端短接后連接電阻R7與R8并聯(lián)的輸入端。利用高精度電阻Rl、R2對電源進(jìn)行分壓并經(jīng)高精度穩(wěn)壓放大器Ul緩沖后提供一個穩(wěn)定的電源供微處理器U5使用，微處理器U5為超低功耗處理器，其耗電不會導(dǎo)致供電的波動。Ul的輸出再經(jīng)過R3、R4分壓并經(jīng)過U2穩(wěn)壓緩沖后提供給自諧振電路作為方波震蕩信號的中點(diǎn)電壓。本實(shí)用新型的DAC輸出電路包括運(yùn)算放大器U3、電阻R5、R6、R13、R14、電容Cl、C2，運(yùn)算放大器U3外接一+5v電壓供電，其同向輸入端通過依次串聯(lián)的電阻R6、R5連接微處理器的P2. 4端ロ；電阻R5的輸出端通過電容Cl接地，電阻R6的輸出端通過電容C2接地；運(yùn)算放大器U3的反向輸入端通過電阻R13接地，所述反向輸入端同時(shí)通過反饋電阻R14連接運(yùn)算放大器U3的輸出端并輸出電壓Vout。本實(shí)用新型的自校準(zhǔn)電路包括運(yùn)算放大器U4、電阻R12、Rll和三極管Q1，運(yùn)算放大器U4外接一 +5v電壓供電，其同向輸入端連接微處理器的P2. 3端ロ，其輸出端通過限流電阻Rll連接三極管Ql的基板，其反向輸入端通過電阻R12接地同時(shí)通過導(dǎo)線連通三極管Ql的發(fā)射極，三極管Ql集電極連接一 +5v外部正壓源；所述的導(dǎo)線上串聯(lián)ー 2PIN的接線端子，所述接線端子兩端通過另外一段導(dǎo)線連通，根據(jù)運(yùn)放的虛斷原則，三極管Ql的發(fā)射極電流與電阻R12上的電流相等，同為本實(shí)用新型的自校準(zhǔn)電流，通過所述的另外一段導(dǎo)線可方便的將自校準(zhǔn)電流接入圓環(huán)形鐵芯。微處理器的輸入電壓已經(jīng)經(jīng)過穩(wěn)壓，所以其引腳輸出電壓恒定，利用微處理器U5的P2. 3端口和高精度運(yùn)算放大器U4、高精度反饋電阻Rl2、限流電阻RlI，三極管Q1，組成輸出自校準(zhǔn)電流的自校準(zhǔn)電路。因?yàn)槲⑻幚砥鞯囊_輸出電壓恒定，R12電阻恒定，根據(jù)運(yùn)放的虛短原則，運(yùn)算放大器U4的正、負(fù)輸入端電壓相等，所以在電阻R12上的電壓等于微處理器的輸出電壓，而高精度電阻R12的阻值精確且恒定，因此其上的電流I = U/R12恒定且精確。把這個高精度的自校準(zhǔn)電流通過所述另外一段導(dǎo)線輸入到電感LI的自校準(zhǔn)線圈里面 ，再利用微處理器計(jì)算這個自校準(zhǔn)電流引起的磁場偏置導(dǎo)致的諧振相位移動的量，就可以通過計(jì)算完成對傳感器的自校準(zhǔn)。當(dāng)然，也可借助外加的標(biāo)準(zhǔn)直流電流，對本實(shí)用新型進(jìn)行校準(zhǔn)。對于待測的直流小電流的測量，操作如上，使其穿過環(huán)形鐵芯，再與上述計(jì)算結(jié)果相比較，即可得出待測的直流小電流的大小。[0028] 本實(shí)用新型的直流小電流傳感器，具有精度高，可以自校準(zhǔn)，而且性能穩(wěn)定，具有很高的實(shí)用價(jià)值。
權(quán)利要求1.一種非接觸式直流小電流傳感器，其特征在于包括精密供電電路、微處理器、自諧振電路、DAC輸出電路；所述的精密供電電路分別連接自諧振電路和微處理器，提供其所需工作電壓；所述的自諧振電路輸出方波震蕩信號到微處理器；所述的微處理器通過比較計(jì)算出前、后兩次輸入的方波震蕩信號的相位偏移量，并輸出給DAC輸出電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸式直流小電流傳感器，其特征在于還包括自校準(zhǔn)電路，所述自校準(zhǔn)電路輸入端連接微處理器，輸出端輸出一高精度的自校準(zhǔn)電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非接觸式直流小電流傳感器，其特征在于所述的自諧振電路包括內(nèi)置于微處理器的比較器單元、電阻R7、R9、R8、RlO及電感LI ;其中，電阻R7、R9和電感LI依次串聯(lián)，電阻R8、R10依次串聯(lián)；電阻R7與電阻R8輸入端并聯(lián)后連接精密供電電路，電感LI與電阻RlO輸出端并聯(lián)后連接微處理器的P2. 2端口 ；電阻R7與電阻R9的串聯(lián)端連接微處理器的P2. O端口，電阻R8與電阻RlO的串聯(lián)端連接微處理器的P2. I端口 ；所述的電感LI為一纏繞在環(huán)形鐵芯上的線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3任一項(xiàng)所述的非接觸式直流小電流傳感器，其特征在于所述的精密供電電路包括第一、第二穩(wěn)壓電源；所述的第一穩(wěn)壓電源包括穩(wěn)壓放大器U1、電阻Rl、R2，所述的穩(wěn)壓放大器Ul外接一電壓供電，其同向輸入端通過電阻Rl連接輸入電壓Vsin，且通過電阻R2接地，其反向輸入端與穩(wěn)壓放大器Ul輸出端短接后形成第一穩(wěn)壓電源的輸出端，所述的第一穩(wěn)壓電源的輸出端分別連接第二穩(wěn)壓電源的輸入端和微處理器的電壓信號輸入端VCC ； 所述的第二穩(wěn)壓電源包括穩(wěn)壓放大器U2、電阻R3、R4，所述的穩(wěn)壓放大器U2也外接一電壓供電，其同向輸入端通過電阻R3連接第一穩(wěn)壓電源的輸出端，同時(shí)通過電阻R4接地，其反向輸入端與穩(wěn)壓放大器U2輸出端短接后連接電阻R7與R8并聯(lián)的輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非接觸式直流小電流傳感器，其特征在于所述的DAC輸出電路包括運(yùn)算放大器U3、電阻R5、R6、R13、R14、電容Cl、C2，運(yùn)算放大器U3外接一電壓供電，其同向輸入端通過依次串聯(lián)的電阻R6、R5連接微處理器的P2. 4端口；電阻R5的輸出端通過電容Cl接地，電阻R6的輸出端通過電容C2接地；運(yùn)算放大器U3的反向輸入端通過電阻R13接地，所述反向輸入端同時(shí)通過反饋電阻R14連接運(yùn)算放大器U3的輸出端并輸出電壓 Vout。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非接觸式直流小電流傳感器，其特征在于所述的自校準(zhǔn)電路包括運(yùn)算放大器U4、電阻R12、R11和三極管Q1，運(yùn)算放大器U4外接一電壓供電，其同向輸入端連接微處理器的P2. 3端口，其輸出端通過限流電阻Rll連接三極管Ql的基極，其反向輸入端通過電阻R12接地同時(shí)通過導(dǎo)線連通三極管Ql的發(fā)射極，三極管Ql集電極連接一外部正壓源。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非接觸式直流小電流傳感器，其特征在于所述的導(dǎo)線上串聯(lián)一 2PIN的接線端子，所述接線端子兩端通過另外一段導(dǎo)線連通。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種非接觸式直流小電流傳感器，包括精密供電電路、微處理器、自諧振電路、DAC輸出電路、自校準(zhǔn)電路。本實(shí)用新型創(chuàng)造性的使用了微處理器內(nèi)部的比較器單元結(jié)合外部電阻和電感來構(gòu)成自諧振電路，并利用微處理器內(nèi)部的高速計(jì)數(shù)單元來數(shù)字化由于直流小電流磁場引起的諧振相位偏移量，從而計(jì)算出被測電流的大小。利用本實(shí)用新型不但可實(shí)現(xiàn)對直流小電流的非接觸式測量，還可實(shí)現(xiàn)自校準(zhǔn)功能，且具有精度高，性能穩(wěn)定，實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01R19/00GK202362348SQ20112035460
公開日2012年8月1日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者孫衛(wèi)明, 趙偉, 陳銳民, 黃建鐘, 黃清樂 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院