专利名称：一种数字式中高频导线电流检测模块的制作方法
技术领域：
本实用新型属于工业测量控制领域，涉及小信号采集、电磁屏蔽技术，特别涉及一种数字式中高频导线电流检测模块。
背景技术：
工业涡流加热设备或者磁感应热疗等设备由于需要对感应线圈载流进行实时的测量和控制等需求，需要频率测量范围为IkHflMHz的强电流测量传感器。目前多采用电流互感器进行交流电流测量，电流互感器采用导电线圈缠绕在铁磁材料磁芯上构成。但是高频强电流情况下磁芯材料可能由于次级回路中的阻抗、初级导体中的非时变电流的存在导致磁饱和，因此电流互感器的应用范围为频率低于IOOkHz的电流测量。而通过采样电阻测量电流的方法由于强电流情况下功耗过大，并且需要隔离采集等要求导致在高频电流测量中无法使用。本实用新型采用电磁感应法对中高频强电流进行测量，实现了电流的隔离采集。电磁感应法以电磁感应定律为基础，探测核心元件为电感线圈。由于导线中流过的中高频交流电流会在导线周围产生同频率的交变磁场，该交变磁场在探测线圈中感生出交流电压信号，通过对交流电压信号的采集可以得到导线载流频率和强度。由于测量的磁场按照正弦规律变化:B=BciSin(Cot)其中Btl是磁感应强度的最大值，ω是磁场的角频率，那么每个探测线圈的感生电动势:
权利要求1.一种数字式中高频导线电流检测模块，其特征在于，包括: 平面螺旋电感线圈，将导线电流产生的中高频电磁场转换为交流电信号； 放大电路，接平面螺旋电感线圈的输出，将交流电信号进行放大； 整流模块，接放大电路将放大后的交流电信号转换为直流电压信号； 幅值测量模块，接整流模块，将整流模块输出的直流电压信号进行模数转换； 频率测量模块，接放大电路，将放大后的交流电压信号通过过零检测电路转换为同频率的方波； 信号采集模块，接放大电路控制放大倍数，接频率测量模块的输出对其进行计数并将结果通过UART串口传输。
2.根据权利要求1所述的数字式中高频导线电流检测模块，其特征在于:所述平面螺旋电感线圈为交变磁场敏感元件，由多层电路板铜层蚀刻平面同心线圈构成，同心线圈为圆形或者多边形，对称分布于电路板的正反面。
3.根据权利要求1所述的数字式中高频导线电流检测模块，其特征在于:所述放大电路采用仪表运放AD620或INA116作为放大器。
4.根据权利要求1所述的数字式中高频导线电流检测模块，其特征在于:所述整流模块包括一个精密整流电路，该精密整流电路包括一个与输入信号连接的隔直电容C7，隔直电容C7通过电阻R8与二极管D3的负极及前级运放0P27的负输入端相连，前级运放0P27的输出与二极管D3的正极、二极管D4的负极相连，二极管D4的正极通过电阻R9接二极管D3的负极，通过电阻Rll和电阻RlO接隔直电容C7，后级运放0P27的负输入端分别与电阻R11、电阻R12相连，后级运放OP27的输出分别连接至电阻R12、电阻R7，电阻R7与电容C6组成LC滤波电路并连接至信号输出端。
5.根据权利要求1所述的数字式中高频导线电流检测模块，其特征在于:所述频率测量模块包括由三个电阻Rl、R2、R3和2个运放OP27组成的双限比较器电路，其中两个运放OP27的负输入端和正输入端相连并和输入信号连接在一起，两个运放OP27的另一个输入端分别与电阻R1、电阻R2相连，电阻Rl与参考电平VSl相连，电阻R2与参考电平VS2相连，两个运放OP27的输出端和频率输出信号端相连并通过上拉电阻R3接至电源端。
6.根据权利要求1所述的数字式中高频导线电流检测模块，其特征在于:信号采集模块以AVR单片机ATMEGA8为核心。
7.根据权利要求1所述的数字式中高频导线电流检测模块，其特征在于:所述放大电路、整流模块、幅值测量模块、频率测量模块以及信号采集模块均设置在电磁屏蔽外壳中。
8.根据权利要求7所述的数字式中高频导线电流检测模块，其特征在于:所述电磁屏蔽外壳上设置航空插头，用航空插头实现电源的引入和输出信号的引出。
专利摘要一种数字式中高频导线电流检测模块，包括平面螺旋电感线圈，将导线电流产生的中高频电磁场转换为交流电信号；放大电路，接平面螺旋电感线圈的输出，将交流电信号进行放大；整流模块，接放大电路将放大后的交流电信号转换为直流电压信号；幅值测量模块，接整流模块，将整流模块输出的直流电压信号进行模数转换；频率测量模块，接放大电路将放大后的交流电压信号通过过零检测电路转换为同频率的方波；信号采集模块，接放大电路控制放大倍数，接频率测量模块的输出对其进行计数并将结果通过UART串口传输，本实用新型可实现宽频率范围和宽幅值范围的交流电流测量，精度高，功耗低。
文档编号G01R19/252GK202994897SQ20122056450
公开日2013年6月12日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者唐劲天, 蔡东阳, 吴祖河 申请人:清华大学