CN114740245B - 一种激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置 - Google Patents

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CN114740245B CN202210654165.5A CN202210654165A CN114740245B CN 114740245 B CN114740245 B CN 114740245B CN 202210654165 A CN202210654165 A CN 202210654165A CN 114740245 B CN114740245 B CN 114740245B
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Abstract

本发明涉及一种激励‑磁化‑检测三级差动式微弱电流测量装置，包括：差动磁化单元、差动激励单元和差动检测单元；使交变方波电压源和电流测量装置分别处于正正、正负、负正和负负四种工作状态，根据四种工作状态下电流测量装置的四个电流测量值计算得到微弱电流测量装置的输出电流值；在传统单级差动结构基础上，引入了差动激励与差动检测结构，大幅削弱激励电源与检测回路的微不对称性对传感器的影响，进一步提高微弱电流检测的分辨率与准确性，为智能电网高级应用奠定基础，保障***安全稳定运行。

Description

一种激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置
技术领域
本发明涉及电气测量技术领域，尤其涉及一种激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置。
背景技术
电流最为电网电量检测的信息量之一，实现对其全面而精确的测量对整个智能电网***的搭建起着关键的作用。通过对电网的监控和测量一方面可以随时调配电能，另一方面可以及时的发现故障和安全隐患。
电流测量装置作为实时检测电流大小方向的重要电力设备在智能电网、新能源汽车和航空航天等领域都发挥着重要作用。近些年，随着智能电网概念提出，对于电流测量装置的精度和测量范围等提出了更高的要求。
电流测量装置主要包括霍尔电流传感器、磁阻式电流传感器和磁调制式电流传感器。其中霍尔传感器分辨率低、温度漂移大；磁阻式传感器灵敏度高、线性度好，但是易受噪声干扰；而磁调制式电流传感器具有低噪声和高稳定性的优点，在微弱电流检测领域中应用更广泛。
磁调制式电流传感器目前有两种结构，即开环型和闭环型。闭环型传感器反馈回路的测量误差会使它在微弱电流检测场景中失去高精度的优势。因此，开环传感器将更适合测量微弱电流，国内外学者们对开环磁调制器的优化设计和实际应用都进行一定研究。
传统开环磁调制式电流传感器通常采用单级差动式结构，它由两个结构尺寸相同，磁特性基本一致的主铁芯构成。两个铁芯上分别绕制有匝数严格一致的激励绕组，并反向串接两个激励绕组使待测电流产生的偏置磁通与其中一个铁芯的激励绕组产生的磁通方向一致，而与另一个铁芯激励绕组产生的磁通方向恰好相反。因此，单级差动磁调制式传感器检测灵敏度增强了2倍，抗干扰性能也大幅提高。
然而，磁调制式电流传感器在微弱电流测量时，其激励电源与检测回路的微不对称性会影响传感器的测量准确性，限制测量分辨率的进一步提升。因此，亟需一种新型微弱电流测量方法及装置，进一步提高电流检测的分辨率与准确性，为智能电网安全稳定运行奠定基础。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置，在传统单级差动结构基础上，引入了差动激励与差动检测结构，控制差动激励单元控制切换“正”激励与“负”激励工作状态，构成第一级差动；两个环形磁芯的激励绕组反向串联构成第二级差动；控制差动检测单元切换“正”检测与“负”检测工作状态，构成第三级差动；大幅削弱激励电源与检测回路的微不对称性对传感器的影响，进一步提高微弱电流检测的分辨率与准确性，为智能电网高级应用奠定基础，保障***安全稳定运行。
根据本发明的第一方面，提供了一种激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置，包括：差动磁化单元、差动激励单元和差动检测单元；
所述差动磁化单元包括环形磁芯C1和环形磁芯C2，所述环形磁芯C1上设置有激励绕组We1和检测绕组WD1，所述环形磁芯C2上设置有激励绕组We2和检测绕组WD2，所述激励绕组We1和激励绕组We2反向串联连接，所述检测绕组WD1和检测绕组WD2串联连接；
所述差动激励单元包括交变方波电压源，所述交变方波电压源的两端分别与所述激励绕组We1和激励绕组We2的一端连接；
所述差动检测单元包括电流测量装置，所述电流测量装置分别与所述检测绕组WD1和检测绕组WD2的一端连接；
设定所述交变方波电压源正极与所述激励绕组We1连接、负极与所述激励绕组We2连接时，所述差动磁化单元处于正工作状态；所述电流测量装置的正极与所述检测绕组WD1连接、负极与所述检测绕组WD2连接时，所述差动检测单元处于正工作状态；
使所述交变方波电压源和所述电流测量装置分别处于正正、正负、负正和负负四种工作状态，根据四种工作状态下所述电流测量装置的四个电流测量值计算得到所述微弱电流测量装置的输出电流值。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。
可选的，所述微弱电流测量装置还包括差动控制模块；所述差动激励单元还包括分别差动开关S11、S21、S12和S22；所述差动检测单元还包括差动开关S33、S34、S43和S44；
所述差动开关S11、S21、S12和S22分别设置于所述交变方波电压源的正极和负极分别与所述激励绕组We1和所述激励绕组We2的连接支路上；
所述差动开关S33、S34、S43和S44分别设置于所述电流测量装置的正极和负极分别与所述检测绕组WD1和所述检测绕组WD2的的连接支路上；
所述差动控制模块通过控制各个差动开关S11、S21、S12、S22、S33、S34、S43和S44的通断，使所述交变方波电压源和所述电流测量装置处于正工作状态或负工作状态。
可选的，所述差动检测单元在完成正正的工作状态的电流测量后，发送切换信号给所述差动控制模块，所述差动控制模块收到切换信号后将所述交变方波电压源和所述电流测量装置的工作状态修改为正负的工作状态；
所述差动检测单元在完成正负的工作状态的电流测量后，发送切换信号给所述差动控制模块，所述差动控制模块收到切换信号后将所述交变方波电压源和所述电流测量装置的工作状态修改为负正的工作状态；
所述差动检测单元在完成负正的工作状态的电流测量后，发送切换信号给所述差动控制模块，所述差动控制模块收到切换信号后将所述交变方波电压源和所述电流测量装置的工作状态修改为负负的工作状态；
所述差动检测单元在完成负负的工作状态的电流测量后，发送切换信号给所述差动控制模块，所述差动控制模块收到切换信号后将所述交变方波电压源和所述电流测量装置的工作状态修改为正正的工作状态。
可选的，所述微弱电流测量装置还包括输出模块；
所述电流测量装置将测量得到的各种工作状态下的电流测量值输出至所述输出模块，所述将输出模块计算得到所述输出电流值进行输出。
可选的，所述电流测量装置包括AD芯片及其微处理器；所述AD芯片及其微处理器采集所述差动磁化单元的n秒输出电压信号OUT1，对所述输出电压信号OUT1进行模数转换和数据解调后得到各个工作状态下的电流测量值；n为设定的采样时间。
可选的，所述电流测量装置周期性的循环采集四种工作状态下的电流值；所述周期为4n秒；
每个周期计算得到所述输出电流值后进行输出。
可选的，采用傅里叶分析算法对所述输出电压信号OUT1进行数据解调，获取第i个工作状态下输出电压信号OUTi的二次谐波分量后，除以比例系数K得到第i个工作状态下所述电流测量值Imi。
可选的，所述输出电流值
Figure 244457DEST_PATH_IMAGE001
的计算公式为：
Figure 701852DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，
Figure 77470DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 547022DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 940963DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 992095DEST_PATH_IMAGE006
分别表示所述交变方波 电压源和所述电流测量装置分别处于正正、正负、负正和负负四种工作状态下的包含相位 信息的电流测量值。
可选的，所述环形磁芯C1和环形磁芯C2的尺寸材料相同；
所述激励绕组We1和激励绕组We2的匝数一致。
本发明实施例提供的一种激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置，在传统单级差动结构基础上，引入了差动激励与差动检测结构，差动激励单元由交变方波电压源与4个差动开关组成，所述交变方波电压源通常是交变电压源，使差动磁环单元处于饱和状态，4个差动开关控制切换“正”激励与“负”激励工作状态，构成第一级差动；两个环形磁芯的激励绕组反向串联构成第二级差动；差动检测单元由电流测量装置与4个差动开关组成，所述电流测量装置由AD芯片及其微处理器组成，将差动磁化单元输出电压进行模数转换与数据解调，而4个差动开关控制切换“正”检测与“负”检测工作状态，构成第三级差动；大幅削弱激励电源与检测回路的微不对称性对传感器的影响，进一步提高微弱电流检测的分辨率与准确性，为智能电网高级应用奠定基础，保障***安全稳定运行；采用了AD芯片及其微处理器构成电流测量装置，其采样精度高，检测回路额外引入误差少，工作稳定性好，为高准确性解调奠定基础。
附图说明
图1为本发明提供的一种激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置的实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置的测量方法的流程图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1为交变方波电压源，2为差动开关S11，3为差动开关S21，4为差动开关S12，5为差动开关S22，6为激励绕组We1，7为激励绕组We2，8为环形磁芯C1，9为环形磁芯C2，10为检测绕组WD1和检测绕组WD2，11为差动开关S33，12为差动开关S34，13为差动开关S43，14为差动开关S44，15为电流测量装置，16为输出模块，17为差动控制模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明提供的一种激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置，旨在进一步提高微弱电流检测的分辨率与准确性，为智能电网高级应用奠定基础，保障***安全稳定运行。图1为本发明提供的一种激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置的实施例的结构示意图，如图1所示，该微弱电流测量装置包括：差动磁化单元、差动激励单元和差动检测单元。
差动磁化单元包括环形磁芯C1和环形磁芯C2，环形磁芯C1上设置有激励绕组We1和检测绕组WD1，环形磁芯C2上设置有激励绕组We2和检测绕组WD2，激励绕组We1和激励绕组We2反向串联连接，检测绕组WD1和检测绕组WD2串联连接。
差动激励单元包括交变方波电压源，交变方波电压源的两端分别与激励绕组We1和激励绕组We2的一端连接。
差动检测单元包括电流测量装置，电流测量装置分别与检测绕组WD1和检测绕组WD2的一端连接。
设定交变方波电压源正极与激励绕组We1连接、负极与激励绕组We2连接时，差动磁化单元处于正工作状态；交变方波电压源正极与激励绕组We2连接、负极与激励绕组We1连接时，差动磁化单元处于负工作状态；电流测量装置的正极与检测绕组WD1连接、负极与检测绕组WD2连接时，差动检测单元处于正工作状态；电流测量装置的正极与检测绕组WD2连接、负极与检测绕组WD1连接时，差动检测单元处于负工作状态。
使交变方波电压源和电流测量装置分别处于正正、正负、负正和负负四种工作状态，根据四种工作状态下电流测量装置的四个电流测量值计算得到微弱电流测量装置的输出电流值。
本发明提供的一种激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置，在传统单级差动结构基础上，引入了差动激励与差动检测结构，控制差动激励单元控制切换“正”激励与“负”激励工作状态，构成第一级差动；两个环形磁芯的激励绕组反向串联构成第二级差动；控制差动检测单元切换“正”检测与“负”检测工作状态，构成第三级差动；大幅削弱激励电源与检测回路的微不对称性对传感器的影响，进一步提高微弱电流检测的分辨率与准确性，为智能电网高级应用奠定基础，保障***安全稳定运行。
实施例1
本发明提供的实施例1为本发明提供的一种激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置的实施例，如图2所示为本发明实施例提供的一种激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置的测量方法的流程图，结合图1和图2可知，该微弱电流测量装置的实施例包括：差动磁化单元、差动激励单元和差动检测单元、差动控制模块和输出模块。
差动磁化单元包括环形磁芯C1和环形磁芯C2，环形磁芯C1上设置有激励绕组We1和检测绕组WD1，环形磁芯C2上设置有激励绕组We2和检测绕组WD2，激励绕组We1和激励绕组We2反向串联连接，检测绕组WD1和检测绕组WD2串联连接。
差动激励单元包括交变方波电压源，交变方波电压源的两端分别与激励绕组We1和激励绕组We2的一端连接。
差动检测单元包括电流测量装置，电流测量装置分别与检测绕组WD1和检测绕组WD2的一端连接。
设定交变方波电压源正极与激励绕组We1连接、负极与激励绕组We2连接时，差动磁化单元处于正工作状态；交变方波电压源正极与激励绕组We2连接、负极与激励绕组We1连接时，差动磁化单元处于负工作状态；电流测量装置的正极与检测绕组WD1连接、负极与检测绕组WD2连接时，差动检测单元处于正工作状态；电流测量装置的正极与检测绕组WD2连接、负极与检测绕组WD1连接时，差动检测单元处于负工作状态。
使交变方波电压源和电流测量装置分别处于正正、正负、负正和负负四种工作状态，根据四种工作状态下电流测量装置的四个电流测量值计算得到微弱电流测量装置的输出电流值。
在一种可能的实施例方式中，差动激励单元还包括分别差动开关S11、S21、S12和S22；差动检测单元还包括差动开关S33、S34、S43和S44。
差动开关S11、S21、S12和S22分别设置于交变方波电压源的正极和负极分别与激励绕组We1和激励绕组We2的连接支路上。
差动开关S33、S34、S43和S44分别设置于电流测量装置的正极和负极分别与检测绕组WD1和检测绕组WD2的的连接支路上。
差动控制模块通过控制各个差动开关S11、S21、S12、S22、S33、S34、S43和S44的通断，使交变方波电压源和电流测量装置处于正工作状态或负工作状态。
在一种可能的实施例方式中，差动检测单元在完成正正的工作状态的电流测量后，发送切换信号给差动控制模块，差动控制模块收到切换信号后将交变方波电压源和电流测量装置的工作状态修改为正负的工作状态。
差动检测单元在完成正负的工作状态的电流测量后，发送切换信号给差动控制模块，差动控制模块收到切换信号后将交变方波电压源和电流测量装置的工作状态修改为负正的工作状态。
差动检测单元在完成负正的工作状态的电流测量后，发送切换信号给差动控制模块，差动控制模块收到切换信号后将交变方波电压源和电流测量装置的工作状态修改为负负的工作状态。
差动检测单元在完成负负的工作状态的电流测量后，发送切换信号给差动控制模块，差动控制模块收到切换信号后将交变方波电压源和电流测量装置的工作状态修改为正正的工作状态。
具体实施中，图1给出的实施例中，差动控制模块输出“正正”控制信号，使差动开关S11、S21、S33和S44闭合，此时差动激励单元与差动检测单元均处于正工作状态。
差动控制模块接收到切换信号后，输出“正负”控制信号，使差动开关关S11、S21、S34和S43闭合，差动激励单元切换至正工作状态，差动检测单元切换至负工作状态。
差动控制模块接收到切换信号后，输出“负正”控制信号，使差动开关S21、S12、S33和S44闭合，差动激励单元切换至负工作状态，差动检测单元切换至正工作状态。
差动控制模块接收到切换信号后，输出“负负”控制信号，使差动开关S21、S12、S34和S43闭合，差动激励单元与差动检测单元均切换至“负”工作状态。
差动控制模块每次接收差动检测单元的切换信号后，向8个差动开关输出控制信号，切换差动开关的闭合状态，且控制信号按“正正-正负-负正-负负”依次顺序循环。
在一种可能的实施例方式中，微弱电流测量装置还包括输出模块。
电流测量装置将测量得到的各种工作状态下的电流测量值输出至输出模块，将输出模块计算得到输出电流值进行输出。
在一种可能的实施例方式中，电流测量装置包括AD芯片及其微处理器；AD芯片及其微处理器采集差动磁化单元的n秒输出电压信号OUT1，对输出电压信号OUT1进行模数转换和数据解调后得到各个工作状态下的电流测量值；n为设定的采样时间。优选地，本实施例中，依据数据解调精度要求，采样时间n=1。
在一种可能的实施例方式中，电流测量装置周期性的循环采集四种工作状态下的电流值；周期为4n秒。
每个周期计算得到输出电流值后进行输出。
在一种可能的实施例方式中，采用傅里叶分析算法对输出电压信号OUT1进行数据解调，获取第i个工作状态下输出电压信号OUTi的二次谐波分量后，除以比例系数K得到第i个工作状态下电流测量值Imi。其表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
其中，i=1、2、3或4。优选的，该比例系数K具体值与激励源电压、磁芯材料有关。优先地，本实施例中，激励源电压为36V，磁芯材料为坡莫合金，因此比例系数K=3.16。
在一种可能的实施例方式中，输出电流值
Figure 573118DEST_PATH_IMAGE001
的计算公式为：
Figure 735109DEST_PATH_IMAGE002
。
其中，
Figure 780295DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 2329DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 598876DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 564558DEST_PATH_IMAGE006
分别表示交变方波 电压源和电流测量装置分别处于正正、正负、负正和负负四种工作状态下的包含相位信息 的电流测量值。
在一种可能的实施例方式中，环形磁芯C1和环形磁芯C2的尺寸材料相同。
激励绕组We1和激励绕组We2的匝数一致。
结合图2，在一种可能的实施例方式中，差动激励单元由交变方波电压源1与4个差动开关2-5组成，交变方波电压源是交变方波电压源，其电压幅值可为36V，激励频率为155Hz，使差动磁环单元处于饱和状态，4个差动开关2-5控制切换“正”激励与“负”激励工作状态，构成第一级差动，削弱方波电压源不对称性引入的测量误差。
差动磁化单元由基本一致的坡莫合金环形磁芯8与环形磁芯9组成，每一个磁芯上分别绕制100匝的激励绕组6与7，激励绕组6与激励绕组7反向串联构成第二级差动，增强电流测量装置的灵敏度，而检测绕组200匝绕组在两个磁芯上，其将输出电压传输到差动检测单元。
差动检测单元由电流测量装置15与4个差动开关11-14组成，电流测量装置15由AD芯片与微处理器组成，将差动磁化单元输出电压进行模数转换与数据解调，而4个差动开关11-14控制切换“正”检测与“负”检测工作状态，构成第三级差动，削弱检测回路引入的测量误差。
差动控制模块17每次接收差动检测单元的切换信号后，向8个差动开关（2-5,11-14）输出控制信号，切换差动开关的闭合状态，且控制信号按“正正-正负-负正-负负”依次顺序循环。
本发明的“激励-磁化-检测”三级差动式微弱电流测量方法与装置可大幅削弱激励电源与检测回路的微不对称性对传感器的影响，进一步提高微弱电流检测的分辨率与准确性。
实施例2
本发明提供的实施例2为本发明实施例提供的一种激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置的测量方法的实施例，结合图1和图2可知，本发明实施例提供的一种激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置的测量方法包括：
S1.差动控制模块输出“正正”控制信号，使差动开关S11、S21、S33和S44闭合，差动激励单元与差动检测单元均处于“正”工作状态。
S2.电流测量装置采集差动磁化单元的n秒输出电压信号OUT1，并对其进行数据解 调，获取“正正”状态下的电流测量值
Figure 933092DEST_PATH_IMAGE003
。
S3.差动检测单元将电流测量值传递至输出模块，并向差动控制模块输出切换信号。
S4.差动控制模块接收到切换信号后，输出“正负”控制信号，使差动开关S11、S21、 S34和S43闭合，差动激励单元切换至“正”工作状态，差动检测单元切换至“负”工作状态，重 复步骤S2与S3工作，获取“正负”状态下的电流测量值
Figure 529289DEST_PATH_IMAGE004
。
S5.差动控制模块接收到切换信号后，输出“负正”控制信号，使差动开关S21、S12、 S33和S44闭合，差动激励单元切换至“负”工作状态，差动检测单元切换至“正”工作状态，重 复步骤S2与S3工作，获取“负正”状态下的电流测量值
Figure 819325DEST_PATH_IMAGE005
。
S6.差动控制模块接收到切换信号后，输出“负负”控制信号，使差动开关S21、S12、 S34和S43闭合，差动激励单元与差动检测单元均切换至“负”工作状态，重复步骤S2与S3工 作，获取“负负”状态下的电流测量值
Figure 119856DEST_PATH_IMAGE006
。
S7.输出模块对4种状态的电流测量值分析处理，输出电流测量值
Figure 608475DEST_PATH_IMAGE001
。
S8.重复步骤S1-S7，差动控制模依次输出“正正-正负-负正-负负”控制信号，每4n 秒输出1个准确的电流测量值
Figure 641153DEST_PATH_IMAGE001
。
可以理解的是，本发明提供的一种激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量方法与前述各实施例提供的激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置相对应，激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量方法的相关技术特征可参考激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置的相关技术特征，在此不再赘述。
本发明实施例提供的一种激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置，在传统单级差动结构基础上，引入了差动激励与差动检测结构，差动激励单元由交变方波电压源与4个差动开关组成，交变方波电压源通常是交变电压源，使差动磁环单元处于饱和状态，4个差动开关控制切换“正”激励与“负”激励工作状态，构成第一级差动；两个环形磁芯的激励绕组反向串联构成第二级差动；差动检测单元由电流测量装置与4个差动开关组成，电流测量装置由AD芯片及其微处理器组成，将差动磁化单元输出电压进行模数转换与数据解调，而4个差动开关控制切换“正”检测与“负”检测工作状态，构成第三级差动；大幅削弱激励电源与检测回路的微不对称性对传感器的影响，进一步提高微弱电流检测的分辨率与准确性，为智能电网高级应用奠定基础，保障***安全稳定运行；采用了AD芯片及其微处理器构成电流测量装置，其采样精度高，检测回路额外引入误差少，工作稳定性好，为高准确性解调奠定基础。
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种激励-磁化-检测三级差动式微弱电流测量装置，其特征在于，所述微弱电流测量装置包括：差动磁化单元、差动激励单元和差动检测单元；
所述差动磁化单元包括环形磁芯C1和环形磁芯C2，所述环形磁芯C1上设置有激励绕组We1和检测绕组WD1，所述环形磁芯C2上设置有激励绕组We2和检测绕组WD2，所述激励绕组We1和激励绕组We2反向串联连接，所述检测绕组WD1和检测绕组WD2串联连接；
所述差动激励单元包括交变方波电压源，所述交变方波电压源的两端分别与所述激励绕组We1和激励绕组We2的一端连接；
所述差动检测单元包括电流测量装置，所述电流测量装置分别与所述检测绕组WD1和检测绕组WD2的一端连接；
设定所述交变方波电压源正极与所述激励绕组We1连接、负极与所述激励绕组We2连接时，所述差动磁化单元处于正工作状态；所述电流测量装置的正极与所述检测绕组WD1连接、负极与所述检测绕组WD2连接时，所述差动检测单元处于正工作状态；
使所述交变方波电压源和所述电流测量装置分别处于正正、正负、负正和负负四种工作状态，根据四种工作状态下所述电流测量装置的四个电流测量值计算得到所述微弱电流测量装置的输出电流值；
所述电流测量装置包括AD芯片及其微处理器；所述AD芯片及其微处理器采集所述差动磁化单元的n秒输出电压信号OUT1，对所述输出电压信号OUT1进行模数转换和数据解调后得到各个工作状态下的电流测量值；n为设定的采样时间；
采用傅里叶分析算法对所述输出电压信号OUT1进行数据解调，获取第i个工作状态下输出电压信号OUTi的二次谐波分量后，除以比例系数K得到第i个工作状态下所述电流测量值Imi；
所述输出电流值
Figure 683956DEST_PATH_IMAGE001
的计算公式为：
Figure 436012DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，
Figure 258474DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 525508DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 724408DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 596549DEST_PATH_IMAGE006
分别表示所述交变方波电压源和所述电流测量装置分别处于正正、正负、负正和负负四种工作状态下的包含相位信息的电流测量值。
2.根据权利要求1所述的微弱电流测量装置，其特征在于，所述微弱电流测量装置还包括差动控制模块；所述差动激励单元还分别包括差动开关S11、S21、S12和S22；所述差动检测单元还包括差动开关S33、S34、S43和S44；
所述差动开关S11、S21、S12和S22分别设置于所述交变方波电压源的正极和负极分别与所述激励绕组We1和所述激励绕组We2的连接支路上；
所述差动开关S33、S34、S43和S44分别设置于所述电流测量装置的正极和负极分别与所述检测绕组WD1和所述检测绕组WD2的连接支路上；
所述差动控制模块通过控制各个差动开关S11、S21、S12、S22、S33、S34、S43和S44的通断，使所述交变方波电压源和所述电流测量装置处于正工作状态或负工作状态。
3.根据权利要求2所述的微弱电流测量装置，其特征在于，所述差动检测单元在完成正正的工作状态的电流测量后，发送切换信号给所述差动控制模块，所述差动控制模块收到切换信号后将所述交变方波电压源和所述电流测量装置的工作状态修改为正负的工作状态；
所述差动检测单元在完成正负的工作状态的电流测量后，发送切换信号给所述差动控制模块，所述差动控制模块收到切换信号后将所述交变方波电压源和所述电流测量装置的工作状态修改为负正的工作状态；
所述差动检测单元在完成负正的工作状态的电流测量后，发送切换信号给所述差动控制模块，所述差动控制模块收到切换信号后将所述交变方波电压源和所述电流测量装置的工作状态修改为负负的工作状态；
所述差动检测单元在完成负负的工作状态的电流测量后，发送切换信号给所述差动控制模块，所述差动控制模块收到切换信号后将所述交变方波电压源和所述电流测量装置的工作状态修改为正正的工作状态。
4.根据权利要求1所述的微弱电流测量装置，其特征在于，所述微弱电流测量装置还包括输出模块；
所述电流测量装置将测量得到的各种工作状态下的电流测量值输出至所述输出模块，所述输出模块将计算得到所述输出电流值进行输出。
5.根据权利要求1所述的微弱电流测量装置，其特征在于，所述电流测量装置周期性的循环采集四种工作状态下的电流值；所述周期为4n秒；
每个周期计算得到所述输出电流值后进行输出。
6.根据权利要求1所述的微弱电流测量装置，其特征在于，所述环形磁芯C1和环形磁芯C2的尺寸材料相同；
所述激励绕组We1和激励绕组We2的匝数一致。
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