本發(fā)明涉及電流測量技術領域，具體涉及一種基于道岔電流檢測的開啟式測量裝置。

背景技術：

目前，對軌道道岔電流的測量主要采用閉合式的互感器及霍爾傳感器進行。閉合式由于安裝維護不方便，不適用于大規(guī)模的產品推廣。

隨著鐵路幾次提速及國內對鐵路安全穩(wěn)定運行要求來看，由于開啟式測量裝置具有安裝方便、交直流電流通用測試、高隔離、可靠性高等特點，其在鐵路方面的發(fā)展前景將會越來越好。目前市面上已存在的開啟式的測量裝置，如，開啟式互感器，但其檢測精度低。

技術實現要素：

本發(fā)明為了解決上述技術問題提供一種基于道岔電流檢測的開啟式測量裝置，其檢測精度高。

本發(fā)明通過下述技術方案實現：

一種基于道岔電流檢測的開啟式測量裝置，包括磁路及測量電路，所述磁路包括上磁芯、與上磁芯構成磁環(huán)結構的下磁芯及均繞制在磁環(huán)結構上的一級線圈和次級線圈，所述測量電路包括用于檢測次級線圈電流產生磁場以抵消一級線圈電流產生磁場程度的霍爾元件、連接在霍爾元件輸出端的比較電路及功率放大電路，所述次級線圈輸入連接在功率放大電路的輸出端、次級線圈輸出連接在電流輸出端。本開啟式測量裝置基于閉環(huán)霍爾傳感器原理：一級線圈N1的電流Ip即被測電流所產生的磁場，通過次級線圈N2的電流Is即反饋電流所產生的磁場進行補償，使霍爾元件始終處于檢測零磁通工作狀態(tài)。具體原理可用公式表示為：。本開啟式測量裝置進行工作模式后，首先，輸入電流通過一級線圈轉換為磁場，該磁場通過霍爾元件檢測轉換為霍爾電勢；如果輸出的霍爾電勢不為零，則比較器動作，導致功率放大電路輸出電流，該電流通過次級線圈反饋產生磁場，直接與一級線圈產生的磁場進行抵消；當多次比較循環(huán)后，如果此時霍爾器件檢測的磁場為零，則輸出的反饋電流信號為實際輸出電流大小。由于采用反饋機制，霍爾元件的增益更加恒定，輸出線性度更高；其次，導致輸出漂移的相關參數更少，其精度及穩(wěn)定性更高。

作為優(yōu)選，所述信號放大電路包括NPN三極管及PNP三極管，所述NPN三極管及PNP三極管的基極均連接在比較電路的輸出端上且集電極和發(fā)射極之間均連接在保護二極管。采用NPN三極管及PNP三極管構成放大電路進行擴流，放大倍數高，利用二極管對三極管進行保護，保證其可靠工作。

進一步的，所述NPN三極管及PNP三極管的發(fā)射極通過RC電路與比較電路的輸入端相連。RC電路可有效消除毛刺影響，提高檢測精度。

作為優(yōu)選，所述次級線圈的輸出端分別與正、負電源端之間連接有浪涌防護電路。次級線圈的輸出端即開啟式測量裝置的電流輸出端，利用浪涌對其進行保護，保證該產品可應用于復雜的電磁干擾測試環(huán)境。

進一步的，所述浪涌防護電路包括TVS二極管。

作為優(yōu)選，所述霍爾元件為貼片霍爾元件，所述霍爾元件設置在柔性印制板上。采用貼片式霍爾元件和柔性印制板加工相結合的工藝，一方面可實現霍爾元件的可靠固定，另一方面可減少器件引腳間的耦合干擾，以此保證在同一輸出規(guī)格條件下，霍爾元件失調所占影響比例最小，從而最終提高產品的檢測精度。

作為優(yōu)選，為了減小氣隙處漏磁對檢測精度的影響，所述上磁芯和下磁芯的之間的開口氣隙不大于下磁芯截面積的5%。

作為優(yōu)選，還包括對下磁芯進行固定骨架和對骨架和上磁芯進行固定的外殼，所述下磁芯的一端位于骨架內且另一端凸出于骨架。

進一步的，為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為0.4mm至0.6mm。

本發(fā)明與現有技術相比，至少具有如下的優(yōu)點和有益效果：

本發(fā)明采用次級線圈對輸出電流進行反饋，霍爾元件的增益更加恒定，輸出線性度更高，且其導致輸出漂移的相關參數更少，其精度及穩(wěn)定性更高。另外，采用沖片磁芯結構、外殼及骨架結合的固定方式，可有效減少產品位置誤差、零點誤差及溫度漂移影響，從而最終提供產品檢測精度、降低產品生產成本。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發(fā)明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明測量電路的電路圖。

圖2是骨架與下磁芯的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。

實施例1

一種基于道岔電流檢測的開啟式測量裝置，可用于小孔徑、交直流小電流、不斷電情況下的快速測量，包括磁路及測量電路，磁路包括上磁芯、與上磁芯構成磁環(huán)結構的下磁芯及均繞制在磁環(huán)結構上的一級線圈和次級線圈；測量電路包括霍爾元件、連接在霍爾元件輸出端的比較電路和功率放大電路；霍爾元件設置在上磁芯和下磁芯之間的間隙中，用于檢測次級線圈電流產生磁場抵消一級線圈電流產生磁場的程度；功率放大電路的輸出電流端連接次級線圈，次級線圈的另一端即電流輸出端。輸出電流通過次級線圈產生磁場與一級線圈產生磁場進行抵消，以構成反饋回路。

具體的，一級線圈作為被測輸入電流穿心線圈，一般只有幾匝，繞制在磁環(huán)結構上；次級線圈作為輸出電流大小控制線圈，一般在幾千匝，繞制在磁環(huán)結構的下磁環(huán)上，通過調節(jié)匝數，可實現不同規(guī)格電流輸出。

實施例2

如圖1所示，本實施例在實施例1的基礎上對測量電路的電路結構做了細化。電阻R1、電阻R2、電阻R4和電阻R5構成霍爾元件的電流驅動電路，N即霍爾元件，電容C1用于電源濾波，電阻器RP1與電阻R8用于調節(jié)霍爾器件輸出失調；比較器A1、比較器A2構成比較電路，用于提高比較能力；功率放大電路包括NPN三極管及PNP三極管，NPN三極管及PNP三極管的基極均連接在比較電路的輸出端上且集電極和發(fā)射極之間均連接在保護二極管； NPN三極管及PNP三極管的發(fā)射極通過RC電路與比較電路的輸入端相連，RC電路由相串聯的電阻R9和電容C2構成；次級線圈即L1；TVS二極管D3和D4構成浪涌防護電路，分別連接在次級線圈的輸出端與正、負電源之間；二極管D1和二極管D2起防止電源反接的作用，分別連接在正、負電源端；Io端即本開啟式測量裝置的電流輸出端。一次線圈、磁環(huán)結構及霍爾器件安裝位置在圖1中未體現。

本開啟式測量裝置的霍爾元件采用低電流進行驅動，使其靜態(tài)電流低至4mA，通過不同匝比的二次線圈可實現不同規(guī)格的電流輸出，滿足鐵路產品對低功耗工作的要求。

上磁芯和下磁芯可采用坡莫合金沖片方式進行加工，以此提高產品檢測精度、降低產品生產成本。

實施例3

本實施例在上述實施例的基礎上做了優(yōu)化，即霍爾元件采用高靈敏度貼片霍爾元件，采用柔性印制板安裝方式對霍爾元件進行固定，實現了霍爾器件的低干擾、高可靠安裝。相比于現有的霍爾器件引線方案，一方面解決了霍爾器件焊接和安裝問題；另一方面減少了線間干擾，提高產品的可靠性。

實施例4

本實施例在上述實施例的基礎上做了優(yōu)化，即上磁芯和下磁芯采用坡莫合金沖片方式進行加工，以保證產品批量一致性。當磁環(huán)氣隙加工精度不高時，實際上是氣隙增加將導致氣隙內磁感應強度降低，從而導致產品最終零點輸出誤差、位置誤差及溫度漂移變大。通過采用沖片磁芯及結合外殼、骨架固定的方案，可有效地實現磁芯固定，保證產品輸出誤差最小。上磁芯和下磁芯的之間的開口氣隙不大于下磁芯截面積的5%。

實施例5

如圖2所示，本實施例在上述實施例的基礎上還設置有骨架、外殼，骨架對下磁芯進行固定且置于外殼內，下磁芯的一端位于骨架內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為0.4mm至0.6mm。

采用骨架的結構，以便于裝置在閉合工作情況下，磁芯開口縫隙最小，提高測試裝置最終檢測精度。

采用本實施例的方案，可實現小體積、高隔離、低功耗、高精度、寬溫度、低價格、便于安裝維護、可快速測量軌道道岔電流的測量裝置，滿足市場需求。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。