CN116184001B - 一种基于磁电效应的电流传感器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于磁电效应的电流传感器。电流传感器包括电磁感应回路、磁电转换器、放大电路和设置在电磁感应回路上的第一线圈；放大电路分别与磁电转换器和第一线圈连接；电磁感应回路，用于感应待测电流产生的第一磁场；磁电转换器，用于将电磁感应回路感应到的第一磁场转换为第一电压信号；放大电路，用于根据第一电压信号生成第一电流信号；第一线圈，用于根据第一电流信号生成第二磁场，且输出第二电流信号；第二磁场的方向与第一磁场的方向相反，第二电流信号用于确定待测电流的电流变化量。提高了检测到的待测电流的电流变化量的准确性。

Description

一种基于磁电效应的电流传感器

技术领域

本申请涉及电流传感器技术领域，特别是涉及一种基于磁电效应的电流传感器。

背景技术

随着科技的进步，各种电力***频繁出现。

电流作为电力***中最基本的物理量之一，在智能电网、电力行业、日常生活中扮演着重要角色，对于电流的变化量的检测具有重要意义。近年来，基于磁电效应的电流传感器具有灵敏度高、重量轻、功耗低、耐久度高等优点，通过基于磁电效应的电流传感器对电流的变化量进行检测，在科学研究以及工程中受到了广泛应用。

目前的基于磁电效应的电流传感器，通过获取待测电流产生的磁场，根据获取到的磁场对待测电流的电流变化量进行检测。例如，若待测电流过大，则待测电流产生的磁场也会变大，可以通过这种电流与磁场之间的关系测量电流变化量。

但是，现有的电流变化量的测量方式存在准确度较低的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高检测到的电流变化量的准确性的一种基于磁电效应的电流传感器。

第一方面，本申请提供了一种电流传感器。该电流传感器包括电磁感应回路、磁电转换器、放大电路和设置在该电磁感应回路上的第一线圈；该放大电路分别与该磁电转换器和该第一线圈连接；

该电磁感应回路，用于感应待测电流产生的第一磁场；

该磁电转换器，用于将该电磁感应回路感应到的该第一磁场转换为第一电压信号；

该放大电路，用于根据该第一电压信号生成第一电流信号；

该第一线圈，用于根据该第一电流信号生成第二磁场，且输出第二电流信号；该第二磁场的方向与该第一磁场的方向相反，该第二电流信号用于确定该待测电流的电流变化量。

在其中一个实施例中，该磁电转换器包括层叠设置的磁致伸缩材料和压电转换电路；

该磁致伸缩材料，用于在该第一磁场的作用下产生压力；

该压电转换电路，用于将该压力转化为该第一电流信号。

在其中一个实施例中，该压电转换电路包括压电材料、第一柔性电路板、第二柔性电路板；该压电材料位于该第一柔性电路板和该第二柔性电路板之间，该第二柔性电路板贴合于该磁致伸缩材料，该第一柔性电路板和该第二柔性电路板分别与该放大电路连接；

该压电材料，用于根据该磁致伸缩材料产生的压力生成第一电压信号；

该第一柔性电路板和该第二柔性电路板，用于将第一电压信号发送给该放大电路。

在其中一个实施例中，该磁电转换器包括与该第一柔性电路板连接的压电驱动器；

该压电驱动器，用于调整该磁致伸缩材料和该压电转换电路的谐振频率。

在其中一个实施例中，该电流传感器还包括谐振频率检测电路；

该谐振频率检测电路，用于对该磁电转换器进行频率检测，得到该磁电转换器的谐振频率；该磁电转换器的谐振频率用于生成携带目标谐振频率的调节指令；

该压电驱动器，用于根据该调节指令将该磁致伸缩材料和该压电转换电路调整至该目标谐振频率。

在其中一个实施例中，该谐振频率检测电路包括信号发生器、第一功率放大器和设置在电磁感应回路上的第二线圈；该第一功率放大器分别与该信号发生器和该第二线圈连接；

该信号发生器，用于向该第一功率放大器输出检测电压信号；

第一功率放大器，用于根据该检测电压信号进行功率放大以生成检测电流信号；

该第二线圈，用于并根据该检测电流信号产生第三磁场；

该电磁感应回路，用于将该第三磁场传递至该磁电转换器，以驱动该磁电转换器产生谐振。

在其中一个实施例中，该磁电转换器包括第一永磁体和第二永磁体，该第一永磁***于该磁致伸缩材料的第一端，该第二永磁***于该磁致伸缩材料的第二端。

在其中一个实施例中，该放大电路包括运算放大电路和第二功率放大器；该运算放大器分别与该磁电转换器和该第二功率放大器连接；该第二功率放大器还与该第一线圈连接；

该运算放大电路，用于将第一电压信号按照预设比例进行放大，生成第二电压信号；

该第二功率放大器，用于对该第二电压信号进行功率放大以生成该第一电流信号。

第二方面，本申请还提供了一种电子设备，该电子设备包括如第一方面所述的电流传感器。

第三方面，本申请还提供了一种电流传感方法，应用于如第一方面所述的电流传感器，该方法包括：

感应待测电流产生的第一磁场；

将该第一磁场转换为第一电压信号；

根据该第一电压信号生成第一电流信号；

根据该第一电流信号生成第二磁场，且输出第二电流信号；该第二磁场的方向与该第一磁场的方向相反，该第二电流信号用于确定该待测电流的电流变化量。

上述基于磁电效应的电流传感器，电流传感器包括电磁感应回路、磁电转换器、放大电路和设置在电磁感应回路上的第一线圈；放大电路分别与磁电转换器和第一线圈连接；电磁感应回路感应到待测电流产生的第一磁场；磁电转换器将电磁感应回路感应到的该第一磁场转换为第一电压信号后传输给放大电路；放大电路根据第一电压信号生成第一电流信号，使得第一线圈根据第一电流信号生成第二磁场，且输出第二电流信号，可以根据第二电流信号确定待测电流的电流变化量。传统的基于磁电效应的电流传感器，通过获取待测电流产生的磁场，根据获取到的磁场对待测电流的电流变化量进行检测，但是，若待测电流过大，则待测电流产生的磁场也会变大，电流传感器内的磁电材料在磁场过大的情况下会产生磁饱和现象，此时，由于磁饱和现象的影响，磁电材料获取到的待测电流的磁场也会受到影响，进而会使电流传感器检测到的电流变化量的准确度降低。本申请中，通过在电流传感器中设置第一线圈，由于第一线圈可以生成与第一磁场方向相反的第二磁场，减小了电磁感应回路中的磁场强度，削弱了电磁感应回路出现的磁饱和现象，从而提高了检测到的待测电流的电流变化量的准确性。

附图说明

图1是本申请实施例提供的电流传感器的结构图之一；

图2是本申请实施例提供的电磁转换器的结构图之一；

图3是本申请实施例提供的一种压电转换电路的内部结构图；

图4是本申请实施例提供的磁电转换器的结构图之二；

图5是本申请实施例提供的电流传感器的结构图之二；

图6是本申请实施例提供的一种磁电转换器的谐振特性图；

图7是本申请实施例提供的一种谐振频率检测电路的结构图；

图8是本申请实施例提供的磁电转换器的结构图之三；

图9是本申请实施例提供的一种放大电路的结构图；

图10是本申请实施例提供的电流传感器的结构图之三；

图11是本申请实施例提供的一种电流传感方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

首先，在具体介绍本申请实施例的技术方案之前，先对本申请实施例基于的技术背景或者技术演进脉络进行介绍。随着科技的进步，各种电力***频繁出现。为了实现对电力***中的电流的检测，基于霍尔效应、巨磁阻效应和电流互感效应的传统的电流传感器被广泛应用于各种电力***中。但是上述传统的电流传感器在进行电流信号的测量时，存在测量精确度低、耗能较高等问题。近年来，基于磁电效应的电流传感器具有灵敏度高、重量轻、功耗低、耐久度高等优点，通过基于磁电效应的电流传感器对电流的变化量进行检测，在科学研究以及工程中受到越来越多的应用。基于磁电效应的电流传感器内部具有磁电材料和压电材料，磁电材料作为一种典型的多铁材料，它可以实现磁信号和电信号的相互转换，当磁电材料接收到电流产生的磁场扰动时，根据磁力电耦合效应，压电材料上会产生电压信号，通过对压电材料上产生的电压信号进行测量和计算，从而实现对待测电流的电流变化量的检测。但是，若待测电流过大，则待测电流产生的磁场也会变大，电流传感器内的磁电材料在磁场过大的情况下会产生磁饱和现象，此时，由于磁饱和现象的影响，磁电材料获取到的待测电流的磁场也会受到影响，进而会使电流传感器检测到的电流变化量的准确度降低。

为了解决上述问题，本申请提供了一种基于磁电效应的电流传感器，通过在电流传感器中设置第一线圈，生成与第一磁场方向相反的第二磁场，减小了电磁感应回路中的磁场强度，避免电磁感应回路出现磁饱和现象，从而提高了检测到的待测电流的电流变化量的准确性。

在一个实施例中，图1是本申请实施例提供的电流传感器的结构图之一。如图1所示，电流传感器10包括电磁感应回路11、磁电转换器12、放大电路13和设置在电磁感应回路11上的第一线圈14；放大电路13分别与磁电转换器12和第一线圈14连接。

电磁感应回路11，用于感应待测电流产生的第一磁场。

磁电转换器12，用于将电磁感应回路11感应到的第一磁场转换为第一电压信号。

放大电路13，用于根据第一电压信号生成第一电流信号。

第一线圈14，用于根据第一电流信号生成第二磁场，且输出第二电流信号。第二磁场的方向与第一磁场的方向相反，第二电流信号用于确定待测电流的电流变化量。

其中，电磁感应回路11为传递磁场的回路，电磁感应回路11可以是一个软磁材料组成的软磁回路。

本实施例中，需要说明的是，电流传感器10可以包括一根外接导线，外接导线设置在电磁感应回路11的中间位置，在进行待测电流的电流变化量检测时，可以在外接导线中接入待测电流。例如，将频率为50HZ的交流电流作为待测电流，将待测电流接入电流传感器10的外接导线中，此时，根据电磁感应效应，外接导线周围会产生第一磁场，由于软磁材料的磁导率远高于空气的导磁率，电磁感应回路11则会感应到第一磁场，并将第一磁场传递至磁电转换器12。

结合上述举例进行介绍，磁电转换器12可以设置在电磁感应回路11的开口处，电磁感应回路11将第一磁场传递至磁电转换器12，磁电转换器12接收电磁感应回路11感应到的第一磁场，并将第一磁场转换为第一电压信号。具体地，磁电转换器12可以是霍尔效应传感器，霍尔效应传感器通过霍尔效应将第一磁场信号转换为第一电压信号。或者，磁电转换器12也可以是包括一些形变材料和信号转换器，例如，该形变材料在第一磁场的作用下产生形变压力，再用信号转换器将该形变压力转换为第一电压信号，等等。

本实施例中，放大电路13用于根据第一电压信号生成第一电流信号，放大电路13可以包括功率放大器，该功率放大器可以接收磁电转换器12中的第一电压信号，并将第一电压信号进行功率放大，进而将功率放大之后的第一电压信号对应的第一电流信号发送给第一线圈14。或者，放大电路13可以包括运算放大器，对第一电压信号进行放大，等等。或者，放大电路13中既可以包括运算放大器，也可以包括功率放大器，对第一电压信号进行电压放大和功率放大。

本实施例中，第一线圈14接收到第一电流信号后，由于电磁感应效应，第一线圈14的周围会产生第二磁场，并且，第二磁场的方向与第一磁场的方向相反，第二磁场会通过电磁感应回路11进行传递，以抵消部分第一磁场。若待测电流过大，产生的磁场强度较高，电磁感应回路11会达到磁饱和状态，在磁饱和状态下，电磁感应回路11的导磁率就会降低，即电磁感应回路11传递的磁场的能力就会减弱。进而影响检测到的待测电流的电流变化量的准确性。通过第二磁场会抵消部分第一磁场，使得通过电磁感应回路11中的磁场减小，由于通过电磁感应回路11中的磁场减小，从而减弱电磁感应回路11产生的磁饱和现象。此时，当待测电流发生变化时，待测电流产生的第一磁场也会发生变化，进一步的，磁电转换器12中生成的第一电压信号发生变化，进而会通过放大电路13在第一线圈14中传递第二电流信号，通过第一线圈14输出第二电流信号，根据第二电流信号的幅值可以确定待测电流的电流变化量。

可选地，第一线圈14的输出端，可以连接反馈电阻，通过测量反馈电阻上的电压信号和反馈电阻的阻值，进而确定第一线圈14的第二电流信号。

上述电流传感器，包括电磁感应回路、磁电转换器、放大电路和设置在电磁感应回路上的第一线圈；放大电路分别与磁电转换器和第一线圈连接；电磁感应回路感应到待测电流产生的第一磁场；磁电转换器将电磁感应回路感应到的该第一磁场转换为第一电压信号后传输给放大电路；放大电路根据第一电压信号生成第一电流信号，使得第一线圈根据第一电流信号生成第二磁场，且输出第二电流信号，可以根据第二电流信号确定待测电流的电流变化量。传统的基于磁电效应的电流传感器，通过获取待测电流产生的磁场，根据获取到的磁场对待测电流的电流变化量进行检测，但是，若待测电流过大，则待测电流产生的磁场也会变大，电流传感器内的磁电材料在磁场过大的情况下会产生磁饱和现象，此时，由于磁饱和现象的影响，磁电材料获取到的待测电流的磁场也会受到影响，进而会使电流传感器检测到的电流变化量的准确度降低。本申请中，通过在电流传感器中设置第一线圈，由于第一线圈可以生成与第一磁场方向相反的第二磁场，减小了电磁感应回路中的磁场强度，削弱了电磁感应回路出现的磁饱和现象，从而提高了检测到的待测电流的电流变化量的准确性。

图2是本申请实施例提供的电磁转换器的结构图之一，如图2所示，上述磁电转换器12包括层叠设置的磁致伸缩材料121和压电转换电路122。

磁致伸缩材料121，用于在第一磁场的作用下产生压力。

压电转换电路122，用于将压力转化为第一电流信号。

其中，磁致伸缩材料是一类具有电磁能和机械能相互转换功能的材料。

磁致伸缩材料121可以是传统的磁致伸缩材料，例如镍（Ni）基合金、铁基合金、铁氧体材料，磁致伸缩材料121也可以为伸缩系数更高的压电陶瓷材料和稀土超磁致伸缩材料。压电转换电路122可以为一块具有压电转换功能的电路板。本实施例中，电磁感应回路11将第一磁场传递至磁致伸缩材料121，磁致伸缩材料121在第一磁场的作用下会产生振荡，进而产生压力。压电转换电路122与磁致伸缩材料121贴合，压电转换电路122在磁致伸缩材料121产生的压力的作用下，将压力转换为第一电压信号，并将第一电压信号发送给放大电路13。

本申请实施例中，磁电转换器包括层叠设置的磁致伸缩材和压电转换电路；磁致伸缩材料在第一磁场的作用下产生压力，压电转换电路将压力转化为第一电压信号。通过设置磁致伸缩材料和压电转换电路，实现了将磁场转化为电压信号的功能，为确定待测电流的电流变化量提供了前提条件。并且，采用磁致伸缩材料和压电转换电路实现电压信号的转换，结构简单，易于实现。

在一个实施例中，图3是本申请实施例提供的一种压电转换电路的内部结构图，如图3所示，上述压电转换电路122包括压电材料P1、第一柔性电路板（Flexible PrintedCircuit，FPC）1、第二柔性电路板FPC2，压电材料P1位于第一柔性电路板FPC1和第二柔性电路板FPC2之间，第二柔性电路板FPC2贴合于磁致伸缩材料121，第一柔性电路板FPC1和第二柔性电路板FPC2分别与放大电路13连接。

压电材料P1，用于根据磁致伸缩材料121产生的压力生成第一电压信号。

第一柔性电路板FPC1和第二柔性电路板FPC2，用于将第一电压信号发送给放大电路13。

其中，压电材料P1可以为受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。

本实施例中，可以将无机压电材料作为压电材料P1，例如铌镁酸铅－钛酸铅压电（PMN-PT）晶体。可选地，也可以将有机压电材料作为压电材料P1，例如聚偏氟乙烯。压电材料P1位于第一柔性电路板FPC1和第二柔性电路板FPC2之间，压电材料P1、第一柔性电路板FPC1、第二柔性电路板FPC2和磁致伸缩材料121之间可以用高杨氏模量的环氧树脂进行粘接，并且各材料之间粘接的胶层厚度需要小于预设厚度，以此减少压力传递的损耗。第一柔性电路板FPC1和第二柔性电路板FPC2分别与放大电路13通过导线进行连接。压电材料P1根据磁致伸缩材料121产生的压力生成第一电压信号，并通过第一柔性电路板FPC1和第二柔性电路板FPC2将第一电压信号发送给放大电路13。

本申请实施例中，压电转换电路包括压电材料、第一柔性电路板、第二柔性电路板；压电材料位于第一柔性电路板和第二柔性电路板之间，第二柔性电路板贴合于磁致伸缩材料，第一柔性电路板和第二柔性电路板分别与放大电路连接，压电材料根据磁致伸缩材料产生的压力生成第一电压信号，第一柔性电路板和第二柔性电路板将第一电压信号发送给放大电路。通过设置压电材料、第一柔性电路板、第二柔性电路板，实现了将压力转化为电压信号的功能，为确定待测电流的电流变化量提供了前提条件。

在其中一个实施例中，图4是本申请实施例提供的磁电转换器的结构图之二，如图4所示，磁电转换器12包括与第一柔性电路板连接FPC1的压电驱动器123。

压电驱动器123，用于调整磁致伸缩材料121和压电材料P1的谐振频率。

本实施例中，需要说明的是，磁致伸缩材料121和压电转换电路122的谐振频率可以根据待测电流的频率进行调整，例如，若待测电流的频率为50HZ，则可以调整磁致伸缩材料121和压电转换电路122的谐振频率为50HZ，以保证磁电转换器12在50HZ的情况下具有较高的磁电系数，进而使磁电转换器12可以输出较大的第一电压信号。压电驱动器123中可以设置电流频率检测器件，若需要对不同频率的待测电流进行电流变化量的检测时，压电驱动器123通过电流频率检测器件对待测电流的频率进行检测，进而调整磁致伸缩材料121和压电转换电路122的谐振频率为待测电流的频率。

本申请实施例中，磁电转换器包括与第一柔性电路板连接的压电驱动器；压电驱动器用于调整磁致伸缩材料和压电转换电路的谐振频率。通过设置压电驱动器，可以根据待测电流的频率调整磁致伸缩材料和压电转换电路的谐振频率，以增大磁电转换器输出的第一电压信号，提高了检测到的待测电流的电流变化量的精确度。

在其中一个实施例中，图5是本申请实施例提供的电流传感器的结构图之二，如图5所示，电流传感器10还包括谐振频率检测电路15。

谐振频率检测电路15，用于对磁电转换器进行频率检测，得到磁电转换器12的谐振频率；磁电转换器12的谐振频率用于生成携带目标谐振频率的调节指令。

压电驱动器123，用于根据调节指令将磁致伸缩材料121和压电转换电路122调整至目标谐振频率。

示例性地，谐振频率检测电路15用于对磁电转换器12进行频率检测，得到磁电转换器12的谐振频率。具体地，谐振频率检测电路15可以根据不同频段的交流电压信号生成与不同频段的交流电压信号对应的交变磁场，并通过电磁感应回路11将各频段的交变磁场传递给磁电转换器12，磁电转换器12根据各频段的交变磁场产生第三电压信号，通过检测各第三电压信号幅值的大小，确定磁电转换器12的谐振频率。并根据磁电转换器12的谐振频率生成携带目标谐振频率的调节指令，将调节指令发送给压电驱动器123，压电驱动器123根据调节指令将磁致伸缩材料121和压电转换电路122的谐振频率调整至目标谐振频率，以使磁致伸缩材料121和压电转换电路122在目标谐振频率的磁场作用下，产生较高的电压信号。

可选地，也可以通过在第一柔性电路板FPC1和第二柔性电路板FPC2上连接频谱仪检测磁电转换器12的谐振频率。频谱仪可以根据磁电转换器12输出的第三电压信号生成磁电转换器12的谐振特性图，图6是本申请实施例提供的一种磁电转换器的谐振特性图，如图6所示，横轴为频率值，纵轴为各频率对应的磁电系数，图6中的磁电系数的峰值对应的频率即为磁电转换器12的谐振频率。

本申请实施例中，通过谐振频率检测电路对磁电转换器进行频率检测，得到磁电转换器的谐振频率；磁电转换器的谐振频率用于生成携带目标谐振频率的调节指令；进而通过压电驱动器根据调节指令将磁致伸缩材料和压电转换电路调整至目标谐振频率。实现了根据待测电流的频率调整磁致伸缩材料和压电转换电路的谐振频率，以增大磁电转换器输出的第一电压信号，提高了检测到的待测电流的电流变化量的精确度。

在其中一个实施例中，图7是本申请实施例提供的一种谐振频率检测电路的结构图，如图7所示，上述谐振频率检测电路15包括信号发生器151、第一功率放大器152和设置在电磁感应回路11上的第二线圈153；第一功率放大器152分别与信号发生器和第二线圈连接。

信号发生器151，用于向第一功率放大器152输出检测电压信号。

第一功率放大器152，用于根据检测电压信号进行功率放大以生成检测电流信号。

第二线圈153，用于并根据检测电流信号产生第三磁场。

示例性地，信号发生器151可以向第一功率放大器152输出预设频率范围之内的各检测电压信号。例如，可以将预设频率范围设置为30HZ到80HZ，则信号发生器151可以向第一功率放大器152输出频率在30HZ到80HZ之间的各检测电压信号。第一功率放大器152接收到检测电压信号之后，对检测电压信号进行功率放大，进而生成检测电流信号，并将检测电流信号输出至第二线圈153。第二线圈153通过电磁感应效应生成与检测电流信号对应的第三磁场。

电磁感应回路11，用于将第三磁场传递至磁电转换器12，以驱动磁电转换器12产生谐振。

本实施例中，电磁感应回路11将第三磁场传递至磁电转换器12，以驱动磁电转换器12产生谐振。具体地，电磁感应回路11将第三磁场传递至磁电转换器12，磁电转换器12中的磁致伸缩材料121在第三磁场的作用下产生伸缩振荡，进而产生压力，压电材料P1受到磁致伸缩材料121的压力后生成第三电压信号。

本申请实施例中，谐振频率检测电路包括信号发生器、第一功率放大器和设置在电磁感应回路上的第二线圈；第一功率放大器分别与信号发生器和第二线圈连接；信号发生器向第一功率放大器输出检测电压信号；第一功率放大器根据检测电压信号进行功率放大以生成检测电流信号；第二线圈根据检测电流信号产生第三磁场；电磁感应回路将第三磁场传递至磁电转换器，以驱动磁电转换器产生谐振。实现了对于磁电转换器的谐振频率的检测，以增大磁电转换器输出的第一电压信号，提高了利用电流传感器检测待测电流的电流变化量的精确度。

在其中一个实施例中，图8是本申请实施例提供的磁电转换器的结构图之三，如图8所示，磁电转换器12包括第一永磁体124和第二永磁体125，第一永磁体124位于磁致伸缩材料121的第一端，第二永磁体125位于磁致伸缩材料121的第二端。

示例性地，可选择钕铁硼磁铁作为第一永磁体124和第二永磁体125，通过第一永磁体124和第二永磁体125为磁致伸缩材料121提供附加的偏置磁场，以使待测电流接入电流传感器10时，磁致伸缩材料121产生更加明显的伸缩振荡，进而传递给压电转换电路122幅值更高的压力。

本申请实施例中，通过在磁致伸缩材料的两端设置第一永磁体和第二永磁体，使磁致伸缩材料产生更加明显的伸缩振荡，进而传递给压电转换电路幅值更高的压力。以增大压电转换电路产生的第一电压信号，实现了由小信号向大信号的转换，提高了检测得到的待测电流的电流变化量的精确度。

在其中一个实施例中，图9是本申请实施例提供的一种放大电路的结构图，如图9所示，放大电路13包括运算放大电路131和第二功率放大器132；运算放大电路131分别与磁电转换器12和第二功率放大器132连接；第二功率放大器132还与第一线圈14连接；

运算放大电路131，用于将第一电压信号按照预设比例进行放大，生成第二电压信号。

第二功率放大器132，用于对第二电压信号进行功率放大以生成第一电流信号。

本实施例中，放大电路13包括运算放大电路131和第二功率放大器132，运算放大电路131分别与磁电转换器12和第二功率放大器132连接，若磁电转换器12中生成第一电压信号，运算放大电路131则将磁电转换器12生成的第一电压信号按照预设比例进行放大，生成第二电压信号，第二功率放大器132对第二电压信号进行功率放大以生成第一电流信号，第一线圈14则根据第一电流信号产生第二磁场。

本申请实施例中，放大电路包括运算放大电路和第一功率放大器；运算放大电路分别与磁电转换器和第二功率放大器连接；第二功率放大器还与第一线圈连接；运算放大电路将第一电压信号按照预设比例进行放大，生成第二电压信号，第二功率放大器对第二电压信号进行功率放大以生成第一电流信号。通过对第一电压信号的放大，实现了小电压信号向大电流信号的转换，提高了检测到的电流变化量的精确度。

图10是本申请实施例提供的电流传感器的结构图之三，如图10所示，电流传感器10包括电磁感应回路11、磁致伸缩材料121、压电材料P1、第一柔性电路板FPC1和第二柔性电路板FPC2、压电驱动器123、第一永磁体124和第二永磁体125、运算放大电路131、第二功率放大器132、第一线圈14、反馈电阻141、信号发生器151、第一功率放大器152、第二线圈153和外接导线16

其中，磁致伸缩材料121、压电材料P1、第一柔性电路板FPC1、第二柔性电路板FPC2、压电驱动器123、第一永磁体124和第二永磁体125组成磁电转换器12，并设置在电磁感应回路11的开口处。运算放大电路131与第一柔性电路板FPC1和第二柔性电路板FPC2连接，第二功率放大器132分别与运算放大电路131和第一线圈14连接，第一线圈14和第二线圈153设置在电磁感应回路11上，反馈电阻141与第一线圈连接。第一功率放大器152分别与信号发生器151和第二线圈153连接，外接导线16的一端设置在电磁感应回路11内。

若需要对待测电流的电流变化量进行检测，则将待测电流接入外接导线16从而产生第一磁场，电磁感应回路11感应到第一磁场之后，将第一磁场传递至磁致伸缩材料121两端，磁致伸缩材料121感应到第一磁场之后进行伸缩振荡以产生压力，压电材料P1在压力的作用下生成第一电压信号，并将第一电压信号通过第一柔性电路板FPC1和第二柔性电路板FPC2传递至运算放大电路，运算放大电路131根据接收到的第一电压信号进行电压放大得到第二电压信号，第二功率放大器132将第二电压信号进行功率放大，以生成第一电流信号，并将第一电流信号传递至第一线圈14，第一线圈14根据第一电流信号产生与第一磁场方向相反的第二磁场，以抵消第一磁场。若待测电流过大，产生的磁场强度较高，电磁感应回路11会达到磁饱和状态，在磁饱和状态下，通过电磁感应回路11的导磁率就会降低，即电磁感应回路11中传递的磁场的能力就会减弱。通过第二磁场会抵消部分第一磁场，使得通过电磁感应回路11中的磁场减小，由于通过电磁感应回路11中的磁场减小，从而避免磁感应回路产生磁饱和现象。此时，当待测电流发生变化时，待测电流产生的第一磁场也会发生变化，进一步的，磁电转换器12中生成的第一电压信号发生变化，进而会通过运算放大电路131和第二功率放大器132在第一线圈14中传递第二电流信号。并将第二电流信号传递至反馈电阻141，根据反馈电阻141上的电压和反馈电阻141的阻值确定第二电流信号，进而根据第二电流信号确定待测电流的电流变化量。

在一个实施例中，提供了一种电子设备，该电子设备包括上述实施例中的电流传感器。

本申请实施例中，电子设备包括电流传感器，该电流传感器包括电磁感应回路、磁电转换器、放大电路和设置在电磁感应回路上的第一线圈；放大电路分别与磁电转换器和第一线圈连接。

电磁感应回路感应待测电流产生的第一磁场。

磁电转换器将电磁感应回路感应到的第一磁场转换为第一电压信号。

放大电路根据第一电压信号生成第一电流信号。

第一线圈根据第一电流信号生成第二磁场，并且输出第二电流信号；第二磁场的方向与第一磁场的方向相反，第二电流信号用于确定待测电流的电流变化量。

在其中一个实施例中，磁电转换器包括层叠设置的磁致伸缩材和压电转换电路。

磁致伸缩材料在第一磁场的作用下产生压力。

压电转换电路将压力转化为第一电压信号。

在其中一个实施例中，压电转换电路包括压电材料、第一柔性电路板、第二柔性电路板；压电材料位于第一柔性电路板和第二柔性电路板之间，第二柔性电路板贴合于磁致伸缩材料，第一柔性电路板和第二柔性电路板分别与放大电路连接。

压电材料根据磁致伸缩材料产生的压力生成第一电压信号。

第一柔性电路板和第二柔性电路板，用于将第一电压信号发送给放大电路。

在其中一个实施例中，磁电转换器包括与第一柔性电路板连接的压电驱动器。

压电驱动器调整磁致伸缩材料和压电转换电路的谐振频率。

在其中一个实施例中，电流传感器还包括谐振频率检测电路。

谐振频率检测电路对磁电转换器进行频率检测，得到磁电转换器的谐振频率；磁电转换器的谐振频率用于生成携带目标谐振频率的调节指令。

压电驱动器根据调节指令将磁致伸缩材料和压电转换电路调整至目标谐振频率。

在其中一个实施例中，谐振频率检测电路包括信号发生器、第一功率放大器和设置在电磁感应回路上的第二线圈；第一功率放大器分别与信号发生器和第二线圈连接。

信号发生器向第一功率放大器输出检测电压信号。

第一功率放大器根据检测电压信号进行功率放大以生成检测电流信号。

第二线圈根据检测电流信号产生第三磁场。

电磁感应回路将第三磁场传递至磁电转换器，以驱动磁电转换器产生谐振。

在其中一个实施例中，磁电转换器包括第一永磁体，第一永磁***于磁致伸缩材料的第一端，第二永磁***于磁致伸缩材料的第二端。

在其中一个实施例中，述放大电路包括运算放大电路和第一功率放大器；运算放大电路分别与磁电转换器和第二功率放大器连接；第二功率放大器还与第一线圈连接。

运算放大电路将第一电压信号按照预设比例进行放大，生成第二电压信号。

第二功率放大器对第二电压信号进行功率放大以生成第一电流信号。

本申请实施例提供的电子设备，包括电流传感器，电流传感器包括电磁感应回路、磁电转换器、放大电路和设置在电磁感应回路上的第一线圈；放大电路分别与磁电转换器和第一线圈连接；电磁感应回路感应待测电流产生的第一磁场；磁电转换器将电磁感应回路感应到的第一磁场转换为第一电压信号；放大电路根据第一电压信号生成第一电流信号；第一线圈，用于根据第一电流信号生成第二磁场，且输出第二电流信号；第二磁场的方向与第一磁场的方向相反，第二电流信号用于确定待测电流的电流变化量。通过在电流传感器中设置第一线圈，生成与第一磁场方向相反的第二磁场，减小了电磁感应回路中的磁场强度，避免电磁感应回路出现磁饱和现象，从而提高了检测到的待测电流的电流变化量的准确性。由于上述电子设备中包括了该电流传感器，提高了电子设备在使用过程中的可靠性。

在其中一个实施例中，图11是本申请实施例提供的一种电流传感方法的流程示意图，该方法可以应用于上述实施例提供的电流传感器10，包括以下步骤：

S1101，感应待测电流产生的第一磁场。

S1102，将第一磁场转换为第一电压信号。

S1103，根据第一电压信号生成第一电流信号。

S1104，根据第一电流信号生成第二磁场，且输出第二电流信号；第二磁场的方向与第一磁场的方向相反，第二电流信号用于确定待测电流的电流变化量。

本申请实施例中，通过感应待测电流产生的第一磁场，将第一磁场转换为第一电压信号，进而根据第一电压信号生成第一电流信号。根据第一电流信号生成第二磁场，并且输出第二电流信号；第二磁场的方向与第一磁场的方向相反，第二电流信号用于确定待测电流的电流变化量。提高了检测到的待测电流的电流变化量的准确性。

应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器（ReRAM）、磁变存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）、铁电存储器（Ferroelectric Random Access Memory，FRAM）、相变存储器（Phase Change Memory，PCM）、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（Static Random AccessMemory，SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic RandomAccess Memory，DRAM）等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于磁电效应的电流传感器，其特征在于，所述电流传感器包括电磁感应回路、磁电转换器、放大电路和设置在所述电磁感应回路上的第一线圈；所述放大电路分别与所述磁电转换器和所述第一线圈连接；

所述电磁感应回路，用于感应待测电流产生的第一磁场；

所述磁电转换器，用于将所述电磁感应回路感应到的所述第一磁场转换为第一电压信号；

所述磁电转换器包括层叠设置的磁致伸缩材料和压电转换电路；

所述磁致伸缩材料，用于在所述第一磁场的作用下产生压力；

所述压电转换电路，用于将所述压力转化为所述第一电压信号；

所述放大电路，用于根据所述第一电压信号生成第一电流信号；

所述第一线圈，用于根据所述第一电流信号生成第二磁场，且输出第二电流信号；所述第二磁场的方向与所述第一磁场的方向相反，所述第二电流信号用于确定所述待测电流的电流变化量；

所述电流传感器还包括谐振频率检测电路；

所述谐振频率检测电路，用于对所述磁电转换器进行频率检测，得到所述磁电转换器的谐振频率；所述磁电转换器的谐振频率用于生成携带目标谐振频率的调节指令；

所述磁电转换器包括压电驱动器；

所述压电驱动器，用于根据所述调节指令将所述磁致伸缩材料和所述压电转换电路调整至所述目标谐振频率；

所述谐振频率检测电路包括信号发生器、第一功率放大器和设置在电磁感应回路上的第二线圈；所述第一功率放大器分别与所述信号发生器和所述第二线圈连接；

所述信号发生器，用于向所述第一功率放大器输出检测电压信号；

所述第一功率放大器，用于根据所述检测电压信号进行功率放大以生成检测电流信号；

所述第二线圈，用于根据所述检测电流信号产生第三磁场；

所述电磁感应回路，用于将所述第三磁场传递至所述磁电转换器，以驱动所述磁电转换器产生谐振。

2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述压电转换电路包括压电材料、第一柔性电路板、第二柔性电路板；所述压电材料位于所述第一柔性电路板和所述第二柔性电路板之间，所述第二柔性电路板贴合于所述磁致伸缩材料，所述第一柔性电路板和所述第二柔性电路板分别与放大电路连接；

所述压电材料，用于根据所述磁致伸缩材料产生的压力生成所述第一电压信号；

所述第一柔性电路板和所述第二柔性电路板，用于将所述第一电压信号发送给所述放大电路。

3.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述磁电转换器包括第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁***于所述磁致伸缩材料的第一端，所述第二永磁***于所述磁致伸缩材料的第二端。

4.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述放大电路包括运算放大电路和第二功率放大器；所述运算放大电路分别与所述磁电转换器和所述第二功率放大器连接；所述第二功率放大器还与所述第一线圈连接；

所述运算放大电路，用于将所述第一电压信号按照预设比例进行放大，生成第二电压信号；

所述第二功率放大器，用于对所述第二电压信号进行功率放大以生成所述第一电流信号。

5.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-4任一项所述的电流传感器。

6.一种电流传感方法，其特征在于，应用于如权利要求1-4任一项所述的电流传感器，所述方法包括：

感应待测电流产生的第一磁场；

将所述第一磁场转换为第一电压信号；

根据所述第一电压信号生成第一电流信号；

根据所述第一电流信号生成第二磁场，且输出第二电流信号；所述第二磁场的方向与所述第一磁场的方向相反，所述第二电流信号用于确定所述待测电流的电流变化量。