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磁通門(mén)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(lái)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(lái)說(shuō)好像是一道“門(mén)”，通過(guò)這道“門(mén)”，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(lái)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(mén)電流傳感器的構(gòu)成

磁通門(mén)電流傳感器系統(tǒng)構(gòu)成框圖

電流所產(chǎn)生的的磁場(chǎng)在磁通門(mén)探頭內(nèi)經(jīng)激勵(lì)信號(hào)調(diào)制后，通過(guò)峰值檢波和積分濾波電路產(chǎn)生有用的電壓信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)反饋，使電流傳感器工作在零磁通狀態(tài)。

磁通門(mén)繞組結(jié)構(gòu)圖

環(huán)形磁芯上繞有線圈，此繞組即作為激勵(lì)繞組又作為測(cè)量繞組，所測(cè)電流從磁環(huán)中間穿過(guò)。

普通磁環(huán)B—H曲線

一般磁性材料都有S形狀曲線的特性，稱(chēng)之為磁滯回路（hysteresis loop）。此磁滯回路曲線建立在B—H的坐標(biāo)軸上，為磁性材料遭受完全磁化與非磁化周期，圖示為典型磁滯曲線的鐵心，如果曲線由a點(diǎn)開(kāi)始，此點(diǎn)表示最大正磁化力，至b點(diǎn)磁化力為零，然后下降至c點(diǎn)為最大負(fù)磁化力，再至d點(diǎn)磁化力為零，最后返回最大正磁化力的a點(diǎn)，此即為整個(gè)磁性周期。高導(dǎo)磁率、低矯頑力磁芯的磁滯回線。

高u磁環(huán)的B—H曲線

當(dāng)我們?cè)诖怒h(huán)導(dǎo)線中加入電流分量后，電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)使原本對(duì)稱(chēng)的B-H磁滯回線會(huì)改變中心線變成如下圖所示形狀。

加入直流的高u磁環(huán)B—H曲線

整個(gè)過(guò)程可以概括為：當(dāng)磁通門(mén)式電流傳感器工作時(shí)，激勵(lì)線圈中加載一固定頻率、固定波形的交變電流進(jìn)行激勵(lì)，使磁芯往復(fù)磁化達(dá)到飽和。在不存在外在電流所產(chǎn)生的被測(cè)磁場(chǎng)時(shí)，則檢測(cè)線圈輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)只含有激勵(lì)波形的奇次諧波，波形正負(fù)上下對(duì)稱(chēng)。當(dāng)存在直流外在被測(cè)磁場(chǎng)時(shí)，則磁芯中同時(shí)存在直流磁場(chǎng)和激勵(lì)交變磁場(chǎng)，直流被測(cè)磁場(chǎng)在前半周期內(nèi)促使激勵(lì)場(chǎng)使磁芯提前達(dá)到飽和，而在另外半個(gè)周期內(nèi)使磁芯延遲飽和。

因此，造成激勵(lì)周期內(nèi)正負(fù)半周不對(duì)稱(chēng)，從而使輸出電壓曲線中出現(xiàn)振幅差。該振幅差與被測(cè)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)成正比，因此可以利用振幅差來(lái)檢測(cè)磁環(huán)中所通過(guò)的電流。

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