基于巨磁阻效应的微型电流传感器装置研发及应用
发布时间：2021-07-31 11:46
先进的传感和测量技术是实现透明电网和电力物联网的关键。为适应电力物联网的测量需求,本文研制了基于巨磁阻效应的微型电流传感器装置,完成了传感器整体架构、信号处理电路、数字处理电路、自取能、无线通信、温度补偿等功能模块的设计,根据安装需求设计了传感器外壳结构,并进行了IP和绝缘专项防护设计,最后将研制的传感器在低压配电领域开展了长期试点应用。结果表明,研制的微型电流传感器可长期稳定可靠工作,具有微型化、集成度高、安装便捷、远程管理等优点,可为配电网运行提供更全面、实时的信息支撑,为智能电网的透明化管理奠定基础。
【文章来源】：南方电网技术. 2020,14(08)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
内部分舱设计Fig.12Internalsubcompartmentdesign2.2防护设计
图1GMＲ电流传感器架构图Fig.1ArchitectureofGMＲcurrentsensor图2磁环结构示意图Fig.2Schematicdiagramofmagneticringstructure信号处理电路对GMＲ芯片的输出电压进行放大、滤波、调零等处理，得到最终的输出电压信号。信号处理电路设计原理图如图3所示。图3信号处理电路设计原理图Fig.3Principlediagramofsignalprocessingcircuitdesign1.2.1信号调理电路设计信号调理电路将GMＲ芯片电桥结构的两路输出信号进行差分放大，消除共模电压。信号调理电路采用仪表放大器结构，可有效抵抗共模干扰且具有很高的输入电阻，有效提高信噪比。本文采用单片集成的改进型三运放仪表放大器有更好的匹配参数且杂散电容、电感更小，体积更小，功耗更低，另外由于集成度更高，集成仪表放大器由电阻造成的误差更小。仪表原理图和电路图分别如图4和图5所示，该电路同时包含一个零漂调理电路，可对输出信号进行调零和辅助调零。图4改进型三运放仪表放大器原理图Fig.4Schematicdiagramofanimprovedthree-op-ampinstrumentamplifier图5信号调理电路图Fig.5Signalconditioningcircuitdiagram1.2.2滤波电路设计滤波电路采用无限增益二阶低通滤波器，电路图如图6所示，设置截止频率为10MHz。图6滤波电路原理图Fig.6Principlediagramoffiltercircuit1.3数字处理模块设计在MCU选择上，主要考虑内存、速度、外设需求、开发工具和兼容性等性能要求。综合考虑采用nＲF52832作为传感器MCU，芯片内置512KB的第8期许爱东，等:基于巨磁阻效应的微型电流传感器装置研发及应用53
图1GMＲ电流传感器架构图Fig.1ArchitectureofGMＲcurrentsensor图2磁环结构示意图Fig.2Schematicdiagramofmagneticringstructure信号处理电路对GMＲ芯片的输出电压进行放大、滤波、调零等处理，得到最终的输出电压信号。信号处理电路设计原理图如图3所示。图3信号处理电路设计原理图Fig.3Principlediagramofsignalprocessingcircuitdesign1.2.1信号调理电路设计信号调理电路将GMＲ芯片电桥结构的两路输出信号进行差分放大，消除共模电压。信号调理电路采用仪表放大器结构，可有效抵抗共模干扰且具有很高的输入电阻，有效提高信噪比。本文采用单片集成的改进型三运放仪表放大器有更好的匹配参数且杂散电容、电感更小，体积更小，功耗更低，另外由于集成度更高，集成仪表放大器由电阻造成的误差更小。仪表原理图和电路图分别如图4和图5所示，该电路同时包含一个零漂调理电路，可对输出信号进行调零和辅助调零。图4改进型三运放仪表放大器原理图Fig.4Schematicdiagramofanimprovedthree-op-ampinstrumentamplifier图5信号调理电路图Fig.5Signalconditioningcircuitdiagram1.2.2滤波电路设计滤波电路采用无限增益二阶低通滤波器，电路图如图6所示，设置截止频率为10MHz。图6滤波电路原理图Fig.6Principlediagramoffiltercircuit1.3数字处理模块设计在MCU选择上，主要考虑内存、速度、外设需求、开发工具和兼容性等性能要求。综合考虑采用nＲF52832作为传感器MCU，芯片内置512KB的第8期许爱东，等:基于巨磁阻效应的微型电流传感器装置研发及应用53
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于磁阻效应的超快速同步相量测量方法[J]. 徐全,李鹏,袁智勇,于力. 南方电网技术. 2019(04)
[2]基于隧道磁电阻的微型电流测量技术[J]. 李鹏,袁智勇,田兵,李立浧,于力,王志明,许爱东,徐全,林跃欢,史训涛,吴质冰,罗奕. 南方电网技术. 2019(04)
[3]基于巨磁阻效应的高性能电流传感器及其在智能电网的量测应用[J]. 胡军,赵帅,欧阳勇,何金良,王善祥,常文治. 高电压技术. 2017(07)
[4]基于巨磁阻效应的高压宽频大电流传感器及其抗干扰设计[J]. 王善祥,王中旭,胡军,欧阳勇,袁智勇,何金良. 高电压技术. 2016(06)
[5]智能电网与能源网融合的模式及其发展前景[J]. 李立浧,张勇军,陈泽兴,蔡泽祥,韩永霞,杨苹. 电力系统自动化. 2016(11)
[6]低频磁场屏蔽材料的复合结构与屏蔽性能研究[J]. 马书旺,杨剑,刘坤,李城锁,毛昌辉. 兵器材料科学与工程. 2013(02)
[7]高压输电线路CT取能电源的设计[J]. 焦斌亮,付伟,赵德功. 电源技术. 2013(01)
[8]基于巨磁电阻效应的电流传感器技术及在智能电网中的应用前景[J]. 何金良,嵇士杰,刘俊,胡军,王善祥. 电网技术. 2011(05)
[9]智能电网述评[J]. 余贻鑫,栾文鹏. 中国电机工程学报. 2009(34)
[10]电子式互感器技术及其发展现状[J]. 高鹏,马江泓,杨妮,高红杰. 南方电网技术. 2009(03)
硕士论文
[1]直流大电流测量技术研究[D]. 张正纲.华北电力大学 2014
本文编号：3313407
【文章来源】：南方电网技术. 2020,14(08)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
内部分舱设计Fig.12Internalsubcompartmentdesign2.2防护设计
图1GMＲ电流传感器架构图Fig.1ArchitectureofGMＲcurrentsensor图2磁环结构示意图Fig.2Schematicdiagramofmagneticringstructure信号处理电路对GMＲ芯片的输出电压进行放大、滤波、调零等处理，得到最终的输出电压信号。信号处理电路设计原理图如图3所示。图3信号处理电路设计原理图Fig.3Principlediagramofsignalprocessingcircuitdesign1.2.1信号调理电路设计信号调理电路将GMＲ芯片电桥结构的两路输出信号进行差分放大，消除共模电压。信号调理电路采用仪表放大器结构，可有效抵抗共模干扰且具有很高的输入电阻，有效提高信噪比。本文采用单片集成的改进型三运放仪表放大器有更好的匹配参数且杂散电容、电感更小，体积更小，功耗更低，另外由于集成度更高，集成仪表放大器由电阻造成的误差更小。仪表原理图和电路图分别如图4和图5所示，该电路同时包含一个零漂调理电路，可对输出信号进行调零和辅助调零。图4改进型三运放仪表放大器原理图Fig.4Schematicdiagramofanimprovedthree-op-ampinstrumentamplifier图5信号调理电路图Fig.5Signalconditioningcircuitdiagram1.2.2滤波电路设计滤波电路采用无限增益二阶低通滤波器，电路图如图6所示，设置截止频率为10MHz。图6滤波电路原理图Fig.6Principlediagramoffiltercircuit1.3数字处理模块设计在MCU选择上，主要考虑内存、速度、外设需求、开发工具和兼容性等性能要求。综合考虑采用nＲF52832作为传感器MCU，芯片内置512KB的第8期许爱东，等:基于巨磁阻效应的微型电流传感器装置研发及应用53
图1GMＲ电流传感器架构图Fig.1ArchitectureofGMＲcurrentsensor图2磁环结构示意图Fig.2Schematicdiagramofmagneticringstructure信号处理电路对GMＲ芯片的输出电压进行放大、滤波、调零等处理，得到最终的输出电压信号。信号处理电路设计原理图如图3所示。图3信号处理电路设计原理图Fig.3Principlediagramofsignalprocessingcircuitdesign1.2.1信号调理电路设计信号调理电路将GMＲ芯片电桥结构的两路输出信号进行差分放大，消除共模电压。信号调理电路采用仪表放大器结构，可有效抵抗共模干扰且具有很高的输入电阻，有效提高信噪比。本文采用单片集成的改进型三运放仪表放大器有更好的匹配参数且杂散电容、电感更小，体积更小，功耗更低，另外由于集成度更高，集成仪表放大器由电阻造成的误差更小。仪表原理图和电路图分别如图4和图5所示，该电路同时包含一个零漂调理电路，可对输出信号进行调零和辅助调零。图4改进型三运放仪表放大器原理图Fig.4Schematicdiagramofanimprovedthree-op-ampinstrumentamplifier图5信号调理电路图Fig.5Signalconditioningcircuitdiagram1.2.2滤波电路设计滤波电路采用无限增益二阶低通滤波器，电路图如图6所示，设置截止频率为10MHz。图6滤波电路原理图Fig.6Principlediagramoffiltercircuit1.3数字处理模块设计在MCU选择上，主要考虑内存、速度、外设需求、开发工具和兼容性等性能要求。综合考虑采用nＲF52832作为传感器MCU，芯片内置512KB的第8期许爱东，等:基于巨磁阻效应的微型电流传感器装置研发及应用53
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于磁阻效应的超快速同步相量测量方法[J]. 徐全,李鹏,袁智勇,于力. 南方电网技术. 2019(04)
[2]基于隧道磁电阻的微型电流测量技术[J]. 李鹏,袁智勇,田兵,李立浧,于力,王志明,许爱东,徐全,林跃欢,史训涛,吴质冰,罗奕. 南方电网技术. 2019(04)
[3]基于巨磁阻效应的高性能电流传感器及其在智能电网的量测应用[J]. 胡军,赵帅,欧阳勇,何金良,王善祥,常文治. 高电压技术. 2017(07)
[4]基于巨磁阻效应的高压宽频大电流传感器及其抗干扰设计[J]. 王善祥,王中旭,胡军,欧阳勇,袁智勇,何金良. 高电压技术. 2016(06)
[5]智能电网与能源网融合的模式及其发展前景[J]. 李立浧,张勇军,陈泽兴,蔡泽祥,韩永霞,杨苹. 电力系统自动化. 2016(11)
[6]低频磁场屏蔽材料的复合结构与屏蔽性能研究[J]. 马书旺,杨剑,刘坤,李城锁,毛昌辉. 兵器材料科学与工程. 2013(02)
[7]高压输电线路CT取能电源的设计[J]. 焦斌亮,付伟,赵德功. 电源技术. 2013(01)
[8]基于巨磁电阻效应的电流传感器技术及在智能电网中的应用前景[J]. 何金良,嵇士杰,刘俊,胡军,王善祥. 电网技术. 2011(05)
[9]智能电网述评[J]. 余贻鑫,栾文鹏. 中国电机工程学报. 2009(34)
[10]电子式互感器技术及其发展现状[J]. 高鹏,马江泓,杨妮,高红杰. 南方电网技术. 2009(03)
硕士论文
[1]直流大电流测量技术研究[D]. 张正纲.华北电力大学 2014
本文编号：3313407
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3313407.html
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