CN103105593B - 一种穿心传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型穿心传感器，传感器的环形磁芯置于外壳内，磁芯上绕有两组反向线圈组成反向变压器，I、Ⅱ为第一组线圈，Ⅲ、Ⅳ为第二组线圈，反向变压器I、Ⅲ端接自激振荡电路产生方波，反向变压器的Ⅱ、Ⅳ端输出接差分电路，差分电路输出信号为传感器采集信号，反向变压器Ⅱ、Ⅳ各通过一个限流电阻接12VDC，限流电阻可调，可改变线圈中的电流，从而改变方波频率，传感器的采集频率主要是由线圈匝数n来决定的。此穿心传感器可以采集交流和直流的两种信号，并且采样的频率可以通过线圈匝数经行调节，频率范围0到几十KHZ。

Description

一种穿心传感器
技术领域
本发明涉及一种传感器，特别涉及一种穿心传感器。
背景技术
应用磁饱和穿心传感器测量通过圆环内的磁场的方法是一种很实用也很科学的方法。该传感器的基本原理是利用法拉利电磁感应原理和磁饱和现象。首先是利用法拉利电磁感应原理，通电导线的周围产生的磁场，把通电导线穿过传感器的圆环，导线产生的磁场会在变压器的线圈上感应到。其次在圆环上的变压器由于磁饱和现象产生了方波，而磁场进过变压器线圈后使输出的方波波形改变，能感应到信号，使方波波形发生畸变，这种畸变是有规律的，也就是说通过这个规律能测出通电导线上的电流大小。变压器两侧输出的的方波经过差分，得到一个十分精准稳定的信号。
但现在设计的传感器不能对交直流信号同时采集，而只能采集交流或者直流，另外采集的频率受到限止。
发明内容
本发明是针对传感器不能同时对交直流信号采集的问题，提出了一种穿心传感器，此传感器频率可调，应用范围广。
本发明的技术方案为：一种穿心传感器，传感器的环形磁芯置于外壳内，磁芯上绕有两组反向线圈组成反向变压器，I、Ⅱ分别为第一组线圈的输入端和输出端，Ⅲ、Ⅳ分别为第二组线圈的输入端和输出端，反向变压器I、Ⅲ端接自激振荡电路产生方波，反向变压器的Ⅱ、Ⅳ端输出接差分电路，差分电路输出信号为传感器采集信号，反向变压器Ⅱ、Ⅳ端各通过一个限流电阻接12VDC，限流电阻可调。
所述自激振荡电路由两个比较器组成。
所述外壳选用抗震耐高温的环氧树脂材料。
本发明的有益效果在于：本发明穿心传感器，可以采集交流和直流的两种信号，并且采样的频率可以通过线圈匝数经行调节，频率范围0到几十KHZ。
附图说明
图1为本发明穿心传感器结构示意图；
图2为本发明穿心传感器电路图；
图3为本发明穿心传感器在没有任何电流穿过环形芯内部时传感器的变压器两侧输出信号图；
图4为本发明穿心传感器在没有任何电流穿过环形芯内部时传感器输出信号经过差分后的波形图；
图5为本发明穿心传感器在有电流穿过环形芯内部时传感器的变压器两侧输出信号图；
图6为本发明穿心传感器在有电流穿过环形芯内部时传感器输出信号经过差分后得到的波形图。
具体实施方式
如图1所示传感器的环形磁芯2置于外壳5内，磁芯2上绕有两组反向线圈组成反向变压器3，如图2所示电路图，I、Ⅱ为第一组线圈，Ⅲ、Ⅳ为第二组线圈，反向变压器3 I、Ⅲ接自激振荡电路1，反向变压器的Ⅱ、Ⅳ端输出接差分电路4，自激振荡电路1连接线圈产生方波反向变压器Ⅱ、Ⅳ输出的。差分电路4输出的一个交流的信号就是传感器采集到的信号。外壳5用抗震耐高温的材料环氧树脂，所以其稳定性强，不易损坏。
传感器的圆环磁芯2上两组反向线圈组成的反向变压器3，必须和自激振荡电路1组合在一起才能使用，当变压器I或Ⅲ产生激励磁场，对一次侧进行周期性激励，使传感器的周期性的达到饱和状态，饱和时电压下降，另一端Ⅱ、Ⅳ必须翻转才能产生方波，所以要用到两个比较器组成的自激振荡电路。
反向变压器3由12VDC供电，Ⅱ、Ⅳ都接12VDC，中间接有一个限流电阻R45和R53，可以调节线圈中的电流，从而改变方波频率。传感器的采集频率主要是由线圈匝数n来决定的，比如说80匝时传感器产生的方波频率是300Hz，那么采集周期就在0-150Hz比较准确。
传感器的激励线圈的频率为f e 的周期激励电流I e ，使传感器的磁芯2周期性达到饱和状态，根据软磁材料自身特性，传感器的磁芯2的磁感应强度信号是受磁导率调制的关于时间的函数，激励信号被调成的磁感应强度信号                                                ，感应线圈感应出的脉冲信号，N2 是感应线圈的匝数且励磁线圈N1 =N2，S磁芯的横截面。传感器的变压器的线圈匝数比是1：1，它们输出的信号为一对互补的信号，如图3所示在没有任何电流穿过环形芯内部时传感器的变压器两侧输出信号图。这两个信号经过差分后输出的波形如图4。这样就非常明了传感器最终输出信号。
当传感器的圆环磁芯内存在一个磁场信号H x 时，同样对激励线圈的频率为f e 的周期激励电流I e ，使传感器磁芯周期性达到饱和状态，此时磁导率调制的磁感强度信号在处于磁饱和状态与，但感应脉冲信号为非互补对称信号，如图5所示在有电流穿过环形芯内部时传感器的变压器两侧输出信号图。这两个信号是传感器受到磁芯内的磁场影响后，产生的变化。此时，如果这个外加磁场的方向是向里，那么波形向上移，其有效值增大。如果这个外加磁场的方向是向外，那么波形向下移，其有效也是增大的，就是方向不同。所以这再次说明能采集交流或者直流信号，因为其有效值都在增大。这样就能达到测量磁场大小的目的，既而知道需要测量的电流大小的值。如图6为输出信号经过差分后输出的波形如图。

Claims (3)

1.一种穿心传感器，其特征在于，传感器的环形磁芯置于外壳内，磁芯上绕有两组反向线圈组成反向变压器，I、Ⅱ分别为第一组线圈的输入端和输出端，Ⅲ、Ⅳ分别为第二组线圈的输入端和输出端，反向变压器I、Ⅲ端接自激振荡电路产生方波，反向变压器的Ⅱ、Ⅳ端输出接差分电路，差分电路输出信号为传感器采集信号，反向变压器Ⅱ、Ⅳ端各通过一个限流电阻接12VDC，限流电阻可调。
2.根据权利要求1所述穿心传感器，其特征在于，所述自激振荡电路由两个比较器组成。
3.根据权利要求1所述穿心传感器，其特征在于，所述外壳选用抗震耐高温的环氧树脂材料。
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