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    能源領(lǐng)域中的重要產(chǎn)品組合擴(kuò)展： 新的剩余電流互感器以及智能AC/DC電流互感器。

    在大電流測(cè)量領(lǐng)域，電流互感器是必不可少的。為了保證非常長(zhǎng)的使用壽命?？煽啃院蜏?zhǔn)確性是非常重要的參數(shù)。通常每一個(gè)取樣點(diǎn)都需要一個(gè)電流互感器，這也正是這些產(chǎn)品如此重要的原因。

    GMC集團(tuán)旗下公司CamilleBauerMetrawattAG可以提供的各種電流互感器的選擇。其中包括SIRAXCT系列標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，支持1A或5A輸出，可存在4個(gè)變型。這些變型包括：繞組電流型，套管型（單相或三相），分裂鐵芯型和緊湊型SC系列鐵芯平衡電流互感器。DACT和KBU系列是測(cè)量電力系統(tǒng)中剩余電流所必需的。其利用RCM(剩余電流監(jiān)視器)使得即使很小的殘余電流(泄漏電流)也可由高精度剩余電流檢測(cè)器檢測(cè)并傳送到更高級(jí)的測(cè)量設(shè)備(例如SIRAXAM1000/3000、PQ3000/5000等)。這是為了防止在發(fā)生故障對(duì)人和系統(tǒng)硬件的損壞。典型的應(yīng)用領(lǐng)域是數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、工廠、公共建筑、購物中心等。

    為了補(bǔ)充剩余電流互感器的產(chǎn)品組合，GMC集團(tuán)正在向市場(chǎng)推出獨(dú)特的智能AC/DC電流互感器。它們的優(yōu)點(diǎn)是能夠在不同的頻率范圍內(nèi)測(cè)量單相電流高達(dá)300AAC（最大800VAC）或400ADC（最大1000VDC），這給予了設(shè)計(jì)者和系統(tǒng)建設(shè)者很大的使用靈活性。在2變電柜中集成的電能表也可選購。這節(jié)省了購買單獨(dú)的電能表的花費(fèi)，從而簡(jiǎn)化了安裝任務(wù)，節(jié)省了成本。因此，智能電流互感器非常適合用于監(jiān)測(cè)光伏系統(tǒng)、電池充電系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)以及變頻過程。電氣參數(shù)可以通過DIP開關(guān)或通過ModbusRTU，使用免費(fèi)的、用戶友好的軟件實(shí)用程序進(jìn)行配置

    隨著汽車電器設(shè)備的增加，汽車的靜態(tài)電流似乎也越來越大，車輛長(zhǎng)期停放電瓶容量不足，會(huì)導(dǎo)致汽車無法啟動(dòng)。那么靜態(tài)電流的測(cè)試就顯得尤為重要。

    測(cè)量前必須保證車輛熄火15分鐘以上，車內(nèi)用電器都關(guān)閉。用分辨率高電流鉗來蓄電池的負(fù)極，此時(shí)得到的值即為整車的靜態(tài)電流值，靜態(tài)電流值越小，說明汽車停放的時(shí)間可以更長(zhǎng)。查閱相關(guān)資料，靜態(tài)電流為35mA的時(shí)候，車輛可以停放一個(gè)月，25mA的時(shí)候可以停放2個(gè)月，11mA的時(shí)候可以停放3個(gè)月，目前市面上的車輛大部分靜電流都在10~20mA之間，也就是說基本能保證停放2個(gè)月。

    對(duì)于如此小的靜態(tài)電流，我們應(yīng)該選擇哪款電流鉗呢？德國GMC的METRACLIP63/64是您不二的選擇。特點(diǎn)非常鮮明：

    1.鉗口尺寸可選擇：METRACLIP63:5mm直徑METRACLIP64:30mm直徑

    2.DC電流分辨率高：

    METRACLIP63:0.1...±50.00mA量程時(shí)，分辨率為0.01mA，精度為±1%rdg.±5digits；

    METRACLIP64:0.1...±99.99mA量程時(shí)，分辨率為0.01mA，精度為±1%rdg.10digits；

    例如，標(biāo)準(zhǔn)電流值為10mA的情況下

    METRACLIP63誤差為±（1%*10mA+0.05mA）即：±0.15mA

    METRACLIP64誤差為±（1%*10mA+0.10mA）即：±0.2mA

    由此可見METRACLIP63/64型電流鉗是非常適合于靜態(tài)電流測(cè)試

    描述：SIRAXBT7200/BT7250和SIAXBT7300/BT7350系列是具有集成電能表功能的電流互感器，用于監(jiān)測(cè)單相交流和直流應(yīng)用。最大電流可達(dá)300AAC或400ADC，最大電壓可達(dá)1000VDC或800VAC，因此可廣泛使用該裝置。
  

   交直流電流互感器特點(diǎn)

    ?PBT耐破塑料外殼

    ?根據(jù)UL94V0標(biāo)準(zhǔn)的阻燃和自熄

    ?雙向能量測(cè)量

    ?最大電壓范圍高達(dá)800VAC/1000VDC

    ?最大電流范圍高達(dá)300AAC／400ADC

    ?配置軟件配置

    ?串行RS485Modbus／RTU輸出

    ?DIN導(dǎo)軌或墻壁安裝，用于垂直或水平位置

    應(yīng)用：具有能量計(jì)功能的AC/DC電流互感器具有測(cè)量不同頻率范圍的電流的能力，是監(jiān)測(cè)光伏系統(tǒng)、電池充電系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)和變頻驅(qū)動(dòng)器的理想解決方案。

    GMC-IProsys工廠位于英國，是專業(yè)的電流測(cè)試解決方案供應(yīng)商。我們?yōu)橛脩籼峁I(yè)的OEM制造和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量產(chǎn)品。服務(wù)眾多的系統(tǒng)集成商、儀器制造商以及能源管理系統(tǒng)供應(yīng)商。
    

    應(yīng)用領(lǐng)域

   
    工業(yè)或住宅電氣安裝測(cè)試

    泄漏電流測(cè)試

    過程控制（4-20mA），電流回路驗(yàn)證

    UPS或電池充放電系統(tǒng)

    逆變器、開關(guān)電源或工業(yè)控制中的波形分析

    汽車應(yīng)用，如汽車電池引線漏電流測(cè)量，ECU睡眠模式檢測(cè)和電流分析

    典型客戶一：測(cè)試與測(cè)量?jī)x器制造商

    產(chǎn)品特點(diǎn)

    可以覆蓋AC和DC電流測(cè)量

    測(cè)量范圍可以從mA最高至2000ADC和6000AAC

    所有的產(chǎn)品都可以測(cè)試快速上升電流（DC至100kHz；AC最高至2MHz）

    我們的技術(shù)有更好的外磁場(chǎng)干擾抑制能力，更高的分辨率和帶寬及低的相位漂移。

    典型客戶二：汽車電子廠商或系統(tǒng)集成商

    典型應(yīng)用

    ECOS系統(tǒng)（電氣檢查系統(tǒng)）

    診斷中的電流分析和漏電流測(cè)試

    啟動(dòng)電流測(cè)試

    點(diǎn)火線圈或電噴電流測(cè)試

    混合動(dòng)力汽車診斷

    GMC-IProsys為汽車領(lǐng)域訂制各種鉗口的傳感器

    典型客戶三：能源管理系統(tǒng)供應(yīng)商

    AC柔性電流傳感器

    適用于萬用表和電能質(zhì)量分析儀

    ?應(yīng)用范圍廣，3檔量程：

    3A/30A/300AAC和高帶寬20Hz...100kHz適用于電能質(zhì)量分析。

    ?由于動(dòng)態(tài)量程以及高靈敏度的傳感器，甚至低電流也可精確測(cè)量。

    ?低的導(dǎo)體位置影響以及最小化的漏磁影響。

    ?由于傳感器橫截面僅有6mm，非常適合在狹小空間內(nèi)使用。

    ?甚至戴防護(hù)手套時(shí)也可安全操作；無論是打開傳感器，還是調(diào)節(jié)量程都可單手操作。

    ?長(zhǎng)時(shí)測(cè)量時(shí)可選用外部電源供電：

    –MAVOWATT20/30/230/240/270：DC/DC變壓器ISOFLEX-MHXL

    ?電流傳感器防護(hù)等級(jí)IP50，測(cè)量放大器防護(hù)等級(jí)IP40

    ?極高的安全等級(jí)1000V@CATIII,600V@CATIV，

    和較強(qiáng)的過載能力。

    應(yīng)用：METRAFLEX300M或METRAFLEX300MXBL設(shè)計(jì)用來安全、精準(zhǔn)和靈活的測(cè)試母線排和配電箱。線圈在狹小的空間或通道中都可理想使用。

    METRAFLEX系列是利用了羅氏原理的交流電流傳感器。連接到合適的儀器上（萬用表、數(shù)據(jù)記錄儀、示波器和電能質(zhì)量分析儀上），便可測(cè)試高可達(dá)300A的交流電流。

    此柔性電流線圈可以測(cè)量難以接近的導(dǎo)體電流。為此，電流傳感器能被放到一個(gè)或若干個(gè)各種類型和設(shè)計(jì)的導(dǎo)體上（絕緣線纜，母線排和管線）。

    內(nèi)部電池可讓測(cè)量放大器單獨(dú)工作。

    柔性電流傳感器如需外部電源供電用于長(zhǎng)時(shí)測(cè)量，

    請(qǐng)參考附件ISO-FLEX-MHXL。

    技術(shù)參數(shù)：特征METRAFLEX300M；量程3A30A300A；比例因數(shù)110100；輸出變比1000mV/A100mV/A10mV/A

    精度：(45...65Hz)±1%讀數(shù)±0.2A1)±1%讀數(shù)±1A1)

    噪音3mVeff.1mVeff.0.1mVeff.

    輸出接口1對(duì)4mm帶防護(hù)的香蕉頭

    特征METRAFLEX300MXBL

    量程3A30A300A

    比例因數(shù)220200

    輸出變比500mV/A50mV/A5mV/A

    精度：(45...65Hz)±1%of讀數(shù)±0.1A1)±1%讀數(shù)±0.5A1)，噪音1.5mVeff.

    輸出接口4針電能質(zhì)量分析儀接頭

    1.標(biāo)準(zhǔn)條件下： METRAFLEX?300M,METRAFLEX300MXBL

    AC柔性電流傳感器，影響量

    輸出負(fù)載，100k為規(guī)定，精度頻率范圍20Hz到100kHz(–20%衰減)相角誤差<?1°(45...65Hz)

    位置精度：2.5%讀數(shù)

    外部磁場(chǎng)：0.25%測(cè)量范圍

    在距離>100mm，從傳感器溫度系數(shù)?0.15%讀數(shù)/°K

    標(biāo)準(zhǔn)條件

    環(huán)境溫度+15?C...+25?C相對(duì)濕度20%...75%工作電壓3V?0.5V被測(cè)信號(hào)頻率45Hz...65Hz

    被測(cè)量信號(hào)波形正弦功率頻率

    磁場(chǎng)<30A/m

    導(dǎo)體位置導(dǎo)體位于線圈中心，并與線圈面垂直；

    線圈呈圓形

    輸出負(fù)載100k

    機(jī)械設(shè)計(jì)

    測(cè)量放大器

    尺寸110(H)x65(W)x23(D)mm輸出

    測(cè)量信號(hào)METRAFLEX300M：

    0.5m同軸電纜，4mm帶防護(hù)香蕉頭；METRAFLEX300MXBL：

    0.5m同軸電纜，4針電能質(zhì)量分析儀專用接頭。

    材料ARNITET06-200SNF雙重絕緣，UL94V-0

    防護(hù)IP40依據(jù)DINVDE0470Part1/EN60529

    羅氏線圈電流傳感器

    傳感器長(zhǎng)度16cm，雙重絕緣

    （可選22cm或31.5cm）傳感器線圈橫截面6mm

    線纜探頭和外殼之間，長(zhǎng)度2m材料傳感器Alcryn2070NC

    鎖緊位置LATILATENE7H2WV0

    防護(hù)IP50依據(jù)DINVDE0470Part1/EN60529

    環(huán)境條件

    使用溫度–20°C到+65°C(–4°F到+149°F)

    測(cè)量放大器的供電電源

    電源2節(jié)AAMN1500LR6堿性電池或

    METRAFLEX300M：

    外部供電(3.5...12VDC/最大100mA)METRAFLEX300MXBL：

    外部供電(2...3VDC/最大100mA)

    電池使用壽命METRAFLEX300M：大約150小時(shí)；

    METRAFLEX300MXBL：大約80小時(shí)

    外部供電電源

    帶電纜接頭，長(zhǎng)0.5m，帶2mm安全插頭

    接頭管式插孔5.5/2.1mm在負(fù)中心軸

    顯示功能

    電池狀態(tài)LED（橙）“LOWBATTERY”燈亮

    –電池電量太低,

    或

    –外部供電

    過流狀態(tài)LED（紅）“OVERLOAD”過載燈亮

    儲(chǔ)存溫度–40°C到+75°C(–40°F到+167°F)濕度15%到85%，無冷凝水

    電氣安全

    安全等級(jí)II，雙重絕緣安全標(biāo)準(zhǔn)EN61010-1:2001

    EN61010-031:2002+A1:2008

    EN61010-2-032:2002

    測(cè)量等級(jí)1000VRMSCATIII,600VRMSCATIV輸出對(duì)地電壓最大30V

    污染等級(jí)2(傳感器和測(cè)量放大器)

    電磁兼容性EMC

    干擾發(fā)射EN61326-2:2006classB抗干擾度EN61326-2:2006

    適用的條例和標(biāo)準(zhǔn)

    DINEN61010-2-032

    (VDE0411-2-032)Safetyrequirementsforelectricalequipmentformeasurement,controlandlaboratoryuse–Particularrequirementsforhand-heldandhand-operatedcurrentsensors

    EN60529

    VDE0470Part1Testinstrumentsandtestprocedures

    –degreesofprotectionprovidedbyenclosures(IPcode)

    METRAFLEX?300M,METRAFLEX300MXBL

    AC柔性電流傳感器

    METRAFLEX300MXBL：打開傳感器

    METRAFLEX300MXBL

    GMC電流鉗在汽車行業(yè)的應(yīng)用

    1.長(zhǎng)鼻鉗

    ·長(zhǎng)而窄的鉗頭，適合測(cè)量狹小空間的線束。
    ·高分辨率的開環(huán)霍爾原理.

    ·可電池或外部電源供電

    ·測(cè)量范圍至60A

    ·典型應(yīng)用–汽車領(lǐng)域噴油嘴、燃油泵電路等常用檢測(cè)工具

    ·客戶–Snap-On（實(shí)耐寶）&HellaGutmann（海拉-古特曼）

    2.扁型鉗

    ·適用于狹窄空間的電流測(cè)量

    ·成本低

    ·開環(huán)霍爾原理.

    ·只能外部供電

    ·高達(dá)2000A的測(cè)試量程

    ·典型應(yīng)用–汽車測(cè)試中啟動(dòng)電流測(cè)試、電池充電測(cè)試及通用的測(cè)量工具

    ·客戶–Midtronics（密特電子）,HellaGutmann（海拉-古特曼）,AVL（李斯特內(nèi)燃機(jī)及測(cè)試設(shè)備公司）,DaimlerChrysler（戴姆勒·克萊斯勒）,Actia（歐科佳）

    3.GPP系列

    ·25and32mm兩種鉗頭直徑
    ·兩種尺寸都可以用開環(huán)和閉環(huán)霍爾原理.

    ·寬頻DCto100kHz(Closedloop),DCto20kHz(Openloop)both-0.5dB

    ·可以電池或外部電源供電

    ·閉環(huán)到300A，開環(huán)到2000A的測(cè)量范圍

    ·此系列的電流鉗可用于任何需要無損測(cè)量電流的場(chǎng)合，比如變壓器、開關(guān)電源、工控設(shè)備、汽車電子等。

    ·客戶–來自汽車工業(yè)和供電系統(tǒng)的龐大群體。

    4.機(jī)械鉗

    ·為汽車產(chǎn)線出廠測(cè)試設(shè)計(jì)，堅(jiān)固耐用

    ·耐磨的硬質(zhì)塑料或鋁制鉗頭

    ·23and32mm兩種規(guī)格

    ·閉環(huán)霍爾原理

    ·外部電源供電

    ·鉗頭可以獨(dú)立于鉗身單獨(dú)供電

    ·為Actia定制了藍(lán)牙傳輸模塊

    ·客戶–GIT(Hyundai,Kia)Actia(標(biāo)志雪鐵龍)Bosch(Ford,Volvo,LandRover,MAN)，賀爾碧格(保時(shí)捷)

    5.為客戶提供從產(chǎn)品到系統(tǒng)的個(gè)性化定制服務(wù)

    可用于系統(tǒng)集成的閉環(huán)AC/DC電流傳感器

    GMC-I集團(tuán)AT系列傳感器特點(diǎn)：

    準(zhǔn)確、堅(jiān)固、多功能、可靠
    兩個(gè)型號(hào)AT30和AT300

    交流/直流瞬時(shí)輸出高達(dá)300安培

    單電源和雙電源版本

    精確度高，分辨率達(dá)1mA

    鉗口可打開，便于測(cè)量接線

    緊湊的輕量化設(shè)計(jì)

    帶寬范圍DC-100KHz

    DIN式導(dǎo)軌安裝或面板安裝可選

    高達(dá)1mA的分辨率：先進(jìn)的磁路設(shè)計(jì)使得傳感器精度幾乎不受外部磁場(chǎng)或偏心導(dǎo)線定位的影響

    電磁兼容特性一致性：符合歐洲安全和電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，通過降低電磁干擾的敏感性，確保了高可靠性和安全的產(chǎn)品

    典型使用場(chǎng)合

    鐵路軌道

    電池充電系統(tǒng)

    汽車應(yīng)用，如汽車蓄電池導(dǎo)線的泄漏電流測(cè)量、電子控制單元休眠模式檢測(cè)和電流分析

    電信供電線路

    機(jī)場(chǎng)照明電路

    NON-INVASIVEAC/DCSPLITCORECURRENTTRANSDUCERS

    MODELAT30AT300

    CurrentRange30ADCorACPEAK300ADCorACPEAK

    OutputSensitivity100mV/A10mV/A

    OutputZeroDrift±1mV/°C±0.1mV/°C

    OutputConnectionVia5pinconnectorPhoenixMC1,5/5-G-3,81or2.9mscreenedcable

    FrequencyRangeDCto100kHz(-3dB)

    Resolution±1mA

    BasicAccuracy±1%ofreading±5mA

    ConductorPositionSensitivity<±0.5%relativetocentrereading

    ConductorDiameter25mmmaximum

    PowerSupply+12V±5%external±15V±10%external

    CurrentConsumption25mA+1mA/Ameasured

    LoadImpedance>10k?

    技術(shù)參數(shù)

    工作溫度：-20℃至65℃

    溫度系數(shù)：±0.02%讀數(shù)/℃

    儲(chǔ)存溫度：-20℃至85℃

    防護(hù)等級(jí)：IP40

    所有精度均在：23?C±1?C時(shí)滿足

     我們的新型CP系列AC/DC電流是基于霍爾效應(yīng)原理的。這些電流鉗使用新的磁芯設(shè)計(jì)，提供更高的外部磁場(chǎng)抑制，從而改善了整體性能。CP范圍包括3個(gè)不同的鉗口尺寸/開口（12,25和32毫米），使其易于進(jìn)入受限區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)體。

    CP系列適用于測(cè)量DC-400HZ頻率范。不同型號(hào)有4/40A，40/60A和40/400A，帶有4000計(jì)數(shù)位的液晶顯示器。

    主要優(yōu)點(diǎn)是：

    非侵入式直流和交流電流測(cè)量，高達(dá)400A.

    整體精度高，動(dòng)態(tài)范圍寬

    自動(dòng)量程，自動(dòng)斷電和自動(dòng)零點(diǎn)

    1mA的分辨率用于泄漏電流測(cè)量

    顯示保持模式，方便使用。

    方便進(jìn)入受限區(qū)域。

    優(yōu)越的外部磁場(chǎng)場(chǎng)抑制。

    改進(jìn)的導(dǎo)體位置靈敏度

    模擬輸出用于波形分析（CP61）

    可以根據(jù)用戶要求定制

    典型應(yīng)用：

    電氣維護(hù)、修理和機(jī)器安裝和啟動(dòng)應(yīng)用分析

    汽車或卡車中的漏電電流或起動(dòng)電流分析

    太陽能電池板的安裝和維護(hù)

    過程控制應(yīng)用中的4～20mA電流回路測(cè)試

    高時(shí)鐘頻率下逆變器電流的控制

    汽車應(yīng)用：

    -獨(dú)立電池泄漏電流測(cè)量

    -ECU（電子控制單元）需要高精度和高分辨率的睡眠模式的檢測(cè)

    I國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

    磁通門是利用被測(cè)磁場(chǎng)中高導(dǎo)磁鐵芯在交變磁場(chǎng)的飽和激勵(lì)下，其磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的非線性關(guān)系來測(cè)量弱磁場(chǎng)的一種傳感器。磁通門傳感器也稱磁強(qiáng)計(jì)，由探頭和接口電路組成，具有分辨率高(高可達(dá)10-11T)、測(cè)量弱磁場(chǎng)范圍寬(在10-8T以下)、可靠、簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)、耐用、能夠直接測(cè)量磁場(chǎng)的分量和適于在高速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中使用等特點(diǎn)。磁通門傳感器的研究起始于1928年，幾年后才出現(xiàn)了利用磁性材料自身磁飽和特性的磁通門磁強(qiáng)計(jì)，它被用來測(cè)量1mT以下的直流或低頻交流磁場(chǎng)。1936年，Aschenbrenner和Goubau稱達(dá)到了0.3nT的分辨率。在第二次世界大戰(zhàn)中，用于軍事探潛的磁通門傳感器有了較大的發(fā)展。

    用電流傳感器作為電氣設(shè)備絕緣在線檢測(cè)系統(tǒng)的采樣單元，已得到業(yè)內(nèi)人士的共識(shí)。目前，電流傳感器有多種類型，如霍爾傳感器、無磁芯電流傳感器、高導(dǎo)磁非晶合金多諧振蕩電流傳感器、電子自旋共振電流傳感器等。由于電力系統(tǒng)使用環(huán)境的特殊性，許多傳感器存在自身的局限性。目前應(yīng)用于電力系統(tǒng)的電流傳感器多是以電磁耦合為基本工作原理的，從采樣方式上分，這類傳感器主要有直接串入式、鉗式、閉環(huán)穿芯式三種。大量的研究試驗(yàn)表明，基于“零磁通原理”的小電流傳感器更適合電力系統(tǒng)絕緣在線檢測(cè)的要求。本文所述小電流傳感器即是以磁通門技術(shù)為基本原理，加上閉環(huán)控制在電子電路中的應(yīng)用，使小電流傳感器具有高精度、高穩(wěn)定度、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1]。

    磁通門是一種磁測(cè)量傳感器。由于它在動(dòng)目標(biāo)中可以極敏感地感應(yīng)地磁強(qiáng)度,早在本世紀(jì)30年代就被應(yīng)用于航磁測(cè)量部門。近20年來,在物理學(xué)、電子技術(shù)、金屬冶煉等方面取得的巨大成果,使磁通門在弱磁測(cè)量、抗電磁干擾、耐高溫、可靠性、壽命、價(jià)格方面取得了前所未有的進(jìn)展。在地質(zhì)勘探和石油鉆井中,包括磁通門在內(nèi)的敏感元件提供的有關(guān)鉆頭前進(jìn)方向的信息,使按設(shè)計(jì)井身軌跡實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量定向—水平鉆井成為可能。

    我在這里簡(jiǎn)單列舉幾個(gè)國際上取得的成果。MilanM.Ponjavic等人提出了一種自激震蕩的磁通門傳感器模型，對(duì)在模型中影響傳感器工作的主要特性都進(jìn)行了討論[2]。Q.Ma等人設(shè)計(jì)了一種新型DC傳感器，這種新型DC傳感器可以有效提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，同時(shí)具有良好的線性度。這種傳感器是基于磁勢(shì)自平衡和反饋補(bǔ)償?shù)腫3]。EyalWeiss等人研究了一種正交磁通門傳感器，這種傳感器不僅改善了磁通門的等效磁噪聲，而且簡(jiǎn)化了磁通門的輸出過程[4]。Szewczyk,R課題組為我們呈現(xiàn)了一種雙軸微型化磁通門傳感器，這種傳感器的鐵芯由鐵鈷合金制造，并且依托于PCB多層技術(shù)，同時(shí)為磁通門的進(jìn)一步微型化提供了依據(jù)[5]。GuillermoVelasco-Quesada等人設(shè)計(jì)了一種大電流測(cè)量裝置，并且通過增加開關(guān)電源和產(chǎn)生磁補(bǔ)償電流開關(guān)使得在功率方面取得了很大的提高[6]。

    II磁通門技術(shù)原理

    磁通門傳感器是利用被測(cè)磁場(chǎng)中高導(dǎo)磁率磁芯在交變磁場(chǎng)的飽和激勵(lì)下，其磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的非線性關(guān)系來測(cè)量弱磁場(chǎng)的。這種物理現(xiàn)象對(duì)被測(cè)環(huán)境磁場(chǎng)來說好像是一道“門”，通過這道“門”，相應(yīng)的磁通量即被調(diào)制，并產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。利用這種現(xiàn)象來測(cè)量電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，從而間接的達(dá)到測(cè)量電流的目的。

    磁通門現(xiàn)象是變壓器效應(yīng)的伴生現(xiàn)象,也服從法拉第電磁感應(yīng)定律。我們從簡(jiǎn)單的單鐵心磁通門探頭來說明其工作原理。如圖1,在一根鐵心上纏繞激磁線圈和感應(yīng)線圈,鐵心由軟磁材料制成,其橫截面面積為S,磁導(dǎo)率為μ,載流激磁線圈在鐵心上建立的激磁磁場(chǎng)強(qiáng)度為H,感應(yīng)線圈的有效匝數(shù)為W2。

    在未認(rèn)定S、μ、H和W2中的任一參數(shù)為不變量，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,感應(yīng)線圈上應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為：

    e=-10（W2μHS）（1）

    如果S和W2都不變,鐵心遠(yuǎn)離飽和工作狀態(tài),其磁導(dǎo)率μ常數(shù),這個(gè)物理模型中的感應(yīng)電勢(shì)e將僅僅是激磁磁場(chǎng)強(qiáng)度H變化的結(jié)果。如果激磁磁場(chǎng)強(qiáng)度

    H=Hmcos(2πf1t)(2)

    式中:Hm為激磁磁場(chǎng)強(qiáng)度幅值;f1為激磁電源頻率。則式(1)變?yōu)?br/>
    e=2π×μW2SHmsin(2πt)(3)

    這是理想變壓器效應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。

    實(shí)際變壓器效應(yīng)數(shù)學(xué)模型應(yīng)為：

    e=2π×f1(t)W2SHmsin(2πf1t)－W2SHmcos(2πf1t)(4)

    然而,鐵心磁導(dǎo)率μ(t)無正負(fù)之分,是個(gè)偶函數(shù)。將μ(t)展為傅立葉級(jí)數(shù)時(shí),可得：

    μ(t)=μ0m+μ2mcos4πf1t+μ4mcos8πf1t+...(5)

    式中:μ0m為μ(t)的常值分量;μ2mμ4m分別為μ(t)的各偶次諧波分量幅值。

    將式(5)代入式(4),得：

    e=2π×f1W2SHm[(μ0m+0.5μ2m)sin2πf1t+1.5×(μ2m+μ4m)sin6πf1t+2.5×(μ4m+μ6m)sin10πf1t+...(6)

    由上可知,考慮鐵心磁導(dǎo)率產(chǎn)的變化后感應(yīng)電勢(shì),將出現(xiàn)奇次諧波分量?？紤]環(huán)境磁場(chǎng)實(shí)際施加在鐵心軸向的分量HOL時(shí),式(4)將變成：

    e=2π×f1μ(t)W2SHmsin(2πf1t)－W2SHmcos(2πf1t)－W2SHOL(7)

    當(dāng)比鐵心飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度和激磁磁場(chǎng)強(qiáng)度幅值Hm都小得多時(shí),它對(duì)鐵心磁導(dǎo)率μ(t)的影響可以忽略。單獨(dú)由HOL引起的感應(yīng)電勢(shì)e的增量eHOL為:

    e=()=－2π×f1W2S(2μ2msin4πf1t+4μ4msin8πf1t+6μ6msin12πf1t+...)(8)

    式(8)證明只要鐵心磁導(dǎo)率μ隨激磁磁場(chǎng)強(qiáng)度而變,感應(yīng)電勢(shì)中就會(huì)出現(xiàn)隨環(huán)境磁場(chǎng)強(qiáng)度而變的偶次諧波增量e(HOL)。

    當(dāng)鐵心處于周期性過飽和工作狀態(tài)時(shí),e(HOL)將顯著增大。利用這種物理現(xiàn)象就可以測(cè)量環(huán)境磁場(chǎng)。但與變壓器效應(yīng)相比較,其感應(yīng)線圈輸出的磁通門信號(hào)。e(HOL)相當(dāng)微弱。為實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量,可設(shè)計(jì)成差分輸出探頭來消除磁通門探頭變壓器效應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)。

    III存在的問題

    電流測(cè)量方法主要包括：分壓電阻、電流互感器、霍爾電流傳感器、Rogowski線圈(羅氏線圈)、磁通門電流傳感器、磁阻電流傳感器。其中霍爾電流傳感器和磁通門電流傳感器能夠檢測(cè)交流和直流?；魻栯娏鱾鞲衅髂軌驒z測(cè)幾千安培的電流，精度范圍在0.5%和2%之間，但是霍爾電流傳感器的檢測(cè)精度受溫度和外界磁場(chǎng)影響較大，這就限制了霍爾元件的應(yīng)用范圍[6]。

    多年來磁通門傳感器廣泛用于地質(zhì)勘探和太空探測(cè)中，傳統(tǒng)的磁通門傳感器還應(yīng)用于弱磁場(chǎng)檢測(cè)，比如地磁場(chǎng)探測(cè)、鐵礦石探測(cè)、位移檢測(cè)和無損檢測(cè)等方面[7]。由于二次諧波解調(diào)電路的復(fù)雜性和工業(yè)磁材料性能的限制使得這種傳感器對(duì)于一般工業(yè)應(yīng)用來說過于昂貴。近年來隨著軟磁材料的快速發(fā)展和電子元件價(jià)格的下降使得磁通門電流傳感器經(jīng)濟(jì)價(jià)格上可與霍爾傳感器進(jìn)行相比。同時(shí)，對(duì)于直流測(cè)量應(yīng)用的性能優(yōu)越，磁通門電流傳感器不失為一種好的選擇。與霍爾傳感器相比，磁通門電流傳感器具有低溫漂和低漂移的優(yōu)點(diǎn)。由于磁通門電流傳感器的磁芯工作在周期性的飽和與非飽和狀態(tài)，所以磁場(chǎng)偏移得到有效抑制，同時(shí)保證了磁通門電流傳感器較高的測(cè)量精度。

    由于磁通門能夠檢測(cè)的最大磁場(chǎng)不過數(shù)十高斯，所以磁通門僅適用于微弱的直流或者低頻交流電流的檢測(cè)。復(fù)雜的二次諧波處理電路以及鐵磁材料性能的限制，使得磁通門電流傳感器成本較高，在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用中存在著局限性。

    IV應(yīng)用現(xiàn)狀及前景預(yù)測(cè)

    磁通門從其問世以來得到了不斷的發(fā)展和改進(jìn)，被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，如地磁研究、地質(zhì)勘探、石油測(cè)井、空間磁場(chǎng)探測(cè)、磁性導(dǎo)航、武器偵察、探潛、磁性材料測(cè)試和材料無損探傷等弱磁場(chǎng)探測(cè)的各個(gè)領(lǐng)域。近年來，磁通門在宇航工程中也得到了重要應(yīng)用，例如，用來控制人造衛(wèi)星和火箭的姿態(tài)，測(cè)繪太陽的“太陽風(fēng)”和帶電粒子相互作用的空間磁場(chǎng)、月球磁場(chǎng)、行星磁場(chǎng)以及星際磁場(chǎng)的圖形等。美國宇航局(NASA)目前正在制訂的一項(xiàng)雄心勃勃的微型儀器技術(shù)開發(fā)計(jì)劃，主要目的是發(fā)展適合21世紀(jì)的小型、低價(jià)、高性能航天器，利用MEMS技術(shù)對(duì)航天器有效載荷的某些機(jī)電部件進(jìn)行微型化，以極大地減小各種科學(xué)儀器和傳感器的體積和質(zhì)量，提高探測(cè)器的功能密度。美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)稱這些微型儀器將是新的微型實(shí)驗(yàn)室的心臟，它們主要包括：火星登陸器、微加速度計(jì)、微磁強(qiáng)計(jì)、微濕度計(jì)、微氣象站、微地震儀、微集成相機(jī)、微成像光譜儀以及微推進(jìn)器等。由此可見，微型磁通門在其計(jì)劃中的位置。

    目前磁通門技術(shù)的發(fā)展方向有：1、提高分辨率。2、提高測(cè)強(qiáng)精度。3、提高分辨率、帶寬和精度的綜合技術(shù)水平。4、提高測(cè)量上限。5、提高分辨率、精度和拓寬量程的綜合技術(shù)水平。6、研制簡(jiǎn)易型、微型化和元件化磁通門器件。

    傳統(tǒng)制造磁通門的方法是在高導(dǎo)磁鐵芯上用機(jī)械的方法纏繞上勵(lì)磁線圈和感應(yīng)線圈制成探頭，再與接口電路連接起來，這種方法制作的磁通門在體積、質(zhì)量以及功耗等許多方面都難以實(shí)現(xiàn)微型化。目前，利用MEMS技術(shù)與半導(dǎo)體集成電路工藝相結(jié)合是研制微型磁通門傳感器的突破口。

    微型磁通門傳感器的研究方向如下：①系統(tǒng)化，將探頭與接口電路完全集成在一個(gè)芯片上，制成真正的磁通門MEMS系統(tǒng);②陣列化，根據(jù)需要在一個(gè)芯片上制作一系列磁通門探頭不僅可以提高傳感器的性能，也可完成某些特定的功能，如制作微型磁羅盤;③利用微加工技術(shù)，從而提高磁通門傳感器的性能，特別是磁芯的性能;④利用計(jì)算機(jī)模擬與仿真軟件對(duì)磁通門的接口電路進(jìn)行模擬優(yōu)化，提高電路的性能;⑤利用計(jì)算機(jī)對(duì)微型磁通門探頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬計(jì)算，以縮短設(shè)計(jì)周期，提高研究效率，進(jìn)一步降低成本;⑥向?qū)嵱没?、商品化方向發(fā)展，從而促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

    現(xiàn)在一些國際上的公司已經(jīng)將傳感器微型化進(jìn)行了生產(chǎn)，并取得不錯(cuò)的成績(jī)，以霍爾傳感器的應(yīng)用廣泛，已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。劍橋大學(xué)將磁通門原理制成測(cè)量探頭應(yīng)用在PCB板上，成功制得了產(chǎn)品。

    V參考文獻(xiàn)

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    [3]EyalWeiss,“OrthogonalFluxgateEmployingDigitalSelectiveBandpassSample,”IEEETransMagn,vol.48.no.11,pp.4089-4091,2012.

    [4]MilanM.Ponjavic,“NonlinearModelingoftheSelf-OscillatingFluxgateCurrentSensor,”IEEESensorsJ.,vol.7.no.11,pp.1546-1553,2007.

    [5]PiotrFrydrych,“Two-Axis,MiniatureFluxgateSensors,”IEEETransMagn,vol.48,no.4,pp.1458-1488,2012.

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