一种检测放大磁调制信号的方法及电流测量装置

技术领域

本申请涉及电子电路领域，具体而言，涉及一种对微弱的磁调制信号进行检测和放大的方法。

背景技术

磁测量技术在现代电力电子设备、工业控制、仪器仪表等系统中，有着广泛的应用。以直流电流的非接触式检测技术为代表

此类测量技术的基本原理都是基于静磁场测量的磁调制技术，必须利用磁性材料(B-H特性)的饱和-转折特性

其中，“时间差式”调制技术(部分文献中又称为相位调制式)是一种在工业低成本产品中应用较为广泛的技术方案

本申请先以此为例，对传统的磁调制技术进行一个简要说明。

传统时间差型磁调制电路基本结构如图1a所示，本质是一个围绕比较器U构成的自激方波振荡电路，必须工作在对称的双电源下。直流探头是由高磁导率软磁材料构成的闭合磁回路，所述磁回路上缠绕驱动线圈W(表示绕组匝数为W)，同时作为回路驱动和信号检测端口，其作用可以简单地看成一个电感L，外部待测电流I

1、正向驱动状态：假设所述比较器理想，输出电压可视为正电源电压V

所述比较器输出电压(V

2、反向驱动状态：所述比较器输出可视为负电源电压V

此时R上的电流将会随时间而逐渐反向变化，检测点电压也反向变化，当达到比较点电压V

在以上原理中首先要强调一点，所述磁回路所呈现的性质不能简单地理解为一个固定感量的电感，而是要根据所述驱动线圈W中的电流大小和所述磁回路中材料的状态进行划分，如图1b中所示：当电流较小时，磁材料处于线性区，此时所述磁回路呈现出较大的电感量，电流的时间变化率很低，相应检测电压的变化接近平直；当电流增加到一定值后，磁材料进入饱和区，由于磁导率的减小，此时所述磁回路呈现的电感量变小，并逐渐趋近空心电感，电流将随时间迅速增加。

当所述外部待测电流I

具体平移方向取决于所述外部待测电流I

此时振荡电路的正向输出时间T

另一方面，在所述的“正向”和“反向”驱动时，所述驱动线圈中的电流并不只包括“磁调制信号”ΔI，由于所述磁回路通常由低电阻率的金属材料制备，因此会包含有较强的涡流信号(记为I

正向驱动时：I

反向驱动时：I

必须强调的一点是，在实际应用中，I

上述方案的本质是利用所述检测电阻R，将所述磁调制信号ΔI转换为电压信号ΔV，进而引起振荡出现所述时间差值ΔT。要想放大ΔT，则必须增大R，但由于所述涡流信号I

因此上述电路虽然简单，但在实际应用中往往难以取得满意的效果。

申请者在文献[17]中提出了一种用它激的方法来实现时间差调制的技术方案，可以解决部分非理想因素造成的问题，但对所述时间差值ΔT依然不能实现有效放大。

发明内容

针对前面论述的问题，本发明提出了一种新的方法，可以有效地实现对磁调制信号的检测和放大。

所述方法应用于具体电路，包括磁回路及其驱动单元，单向化整流和放大单元；

所述磁回路上缠绕有驱动线圈；所述驱动单元通过所述驱动线圈对所述磁回路进行周期性的正向和反向驱动；外部磁场叠加于所述磁回路中时，将在所述驱动线圈的电流中产生磁调制信号；

将所述驱动线圈电流进行单向化整流；所述单向化整流是指在所述正向和反向驱动时，将所述驱动线圈电流信号处理为按相同方向变化的信号；这样在整流后的信号中，所述磁调制信号将以标准差分信号的形式呈现；

再将所述单向化整流后的信号输入所述放大单元进行放大；所述放大单元包含有共模信号控制模块和差分信号放大模块两部分功能模块；所述共模控制模块和所述差分放大模块的输出之间构成一个深度负反馈环路：所述共模信号控制模块部分首先检测所述差分放大模块的输出信号中的共模量，再通过负反馈作用去衰减该共模量，使所述差分放大模块的输出信号中的共模量控制在合理的设定范围内；所述差分信号放大模块将共模衰减后的信号再进行放大输出；

本方法能有效地放大磁调制信号，运用于磁场测量及电流测量等领域，可以提高测量精度。

为了更好地说明本发明方法及展示其特点，下面对本发明方法中所提及的各个部分及功能模块进行详细说明。

1、磁回路及其驱动单元：所述磁回路用高磁导的磁性材料构成，可以不包含气隙，也可以包含一个或多个气隙；所述磁回路上缠绕有至少一组驱动线圈；所述驱动单元通过所述驱动线圈对所述磁回路进行周期性的正向和反向驱动；所述驱动单元所输出的驱动信号，可以是它激信号，也可以是利用所述磁回路形成的自激振荡信号。

所述正向和反向驱动是指在不同的时间段内，对所述驱动线圈施加不同方向的电信号，并使所述磁回路材料周期性经历“线性-饱和”状态，其具体定义、实现方法等，可以参考文献[17，18]。

所述磁回路和驱动单元的作用可以参考前文对传统磁调制的分析和叙述，其目的是在所述驱动线圈中产生出外部磁场的调制信号。

2、单向化整流单元：所述单向化整流单元数量与所述磁回路数量对应；所述单向化整流是指在所述正向和反向驱动时，将所述驱动线圈电流信号处理为按相同方向变化的信号；其目的是在整流后的信号中，将所述磁调制信号以标准差分信号的形式呈现，以适应后续的放大处理。

实现所述单向化整流的具体方法多种多样，输出信号可以是电压，也可以是电流。

3、放大单元：所述放大单元的基本功能是实现磁调制信号的有效放大。所述放大单元中又包含有共模信号控制和差分信号放大两部分功能模块；所述共模信号控制模块的作用是将所述单向化整流后的信号中的共模部分进行衰减，以提高所述磁调制信号(即差分信号)在整体信号中的占比；方法是采用深度负反馈原理进行控制；所述共模控制模块和所述差分放大模块的输出之间构成一个深度负反馈环路：所述共模信号控制模块部分首先检测所述差分放大模块的输出信号中的共模量，再通过负反馈作用去衰减该共模量，使所述差分放大模块的输出信号中的共模量控制在合理的设定范围内；所述共模信号控制模块可以由硬件实现，也可以由单片机编程实现；所述差分信号放大模块将共模衰减后的信号再进行放大输出，输出量可以是电流或电压信号，也可以是时间信号。

根据本发明方法，本申请还提供一种电流测量装置，包括：

磁回路及其驱动单元，单向化整流和放大单元；所述磁回路用高磁导的磁性材料构成；所述磁回路上缠绕有驱动线圈；外部待测电流在所述磁回路中穿芯流过；所述驱动单元通过所述驱动线圈对所述磁回路进行周期性的正向和反向驱动；所述待测电流产生的磁感应信号叠加于所述磁回路中，并在所述驱动线圈的电流中产生磁调制信号；

将所述驱动线圈电流进行单向化整流；所述单向化整流是指在所述正向和反向驱动时，将所述驱动线圈电流信号处理为按相同方向变化的信号；在整流后的信号中，所述磁调制信号将以标准差分信号的形式呈现；

再将所述单向化整流后的信号输入所述放大单元进行放大；所述放大单元中又包含有共模信号控制和差分信号放大两部分功能模块；所述共模信号控制模块的作用是将所述单向化整流后的信号中的共模部分进行衰减，以提高所述磁调制信号(即差分信号)在整体信号中的占比；方法是采用深度负反馈原理进行控制；所述共模控制模块和所述差分放大模块的输出之间构成一个深度负反馈环路：所述共模信号控制模块部分首先检测所述差分放大模块的输出信号中的共模量，再通过负反馈作用去衰减该共模量，使所述差分放大模块的输出信号中的共模量控制在合理的设定范围内；所述差分信号放大模块将共模衰减后的信号再进行放大输出；

所述输出量中，在所述正向和反向驱动时，所述磁调制信号呈现为标准的差分形式，再进行减法运算即可表征外部待测电流的大小。

根据本发明方法，本申请还提供一种磁平衡式电流测量装置，包括：

磁回路及其驱动单元，单向化整流和放大单元；所述磁回路用高磁导的磁性材料构成；所述磁回路上缠绕有驱动线圈以及用于磁平衡控制的反馈电流线圈；外部待测电流在所述磁回路中穿芯流过；所述驱动单元通过所述驱动线圈对所述磁回路进行周期性的正向和反向驱动；所述磁回路中的磁感应强度是所述待测电流和所述反馈电流线圈中的电流作用的叠加，并在所述驱动线圈的电流中产生磁调制信号；

将所述驱动线圈电流进行单向化整流；所述单向化整流是指在所述正向和反向驱动时，将所述驱动线圈电流信号处理为按相同方向变化的信号；在整流后的信号中，所述磁调制信号将以标准差分信号的形式呈现；

再将所述单向化整流后的信号输入所述放大单元进行放大；所述放大单元中又包含有共模信号控制和差分信号放大两部分功能模块；所述共模信号控制模块的作用是将所述单向化整流后的信号中的共模部分进行衰减，以提高所述磁调制信号(即差分信号)在整体信号中的占比；方法是采用深度负反馈原理进行控制；所述共模控制模块和所述差分放大模块的输出之间构成一个深度负反馈环路：所述共模信号控制模块部分首先检测所述差分放大模块的输出信号中的共模量，再通过负反馈作用去衰减该共模量，使所述信号中的共模量控制在合理的设定范围内；所述差分信号放大模块将共模衰减后的信号再进行放大输出；

所述输出量中，在所述正向和反向驱动时，所述磁调制信号呈现为标准的差分形式，再进行减法运算即可表征所述待测电流和所述反馈电流线圈中的电流的叠加作用；

将所述减法运算后的信号用于控制所述反馈电流线圈中的电流，使得所述磁回路中的磁感应强度始终为零或一恒定值，则所述反馈电流线圈中电流的大小就可以表征所述待测电流的大小。

根据本发明方法，本申请还提供一种单片机控制的电流测量装置，包括：

单片机、磁回路、单向化整流单元和差分放大模块；所述磁回路用高磁导的磁性材料构成；所述磁回路上缠绕有驱动线圈；外部待测电流在所述磁回路中穿芯流过；所述单片机通过编程产生周期性的正向和反向驱动信号，通过所述驱动线圈对所述磁回路进行驱动；所述待测电流产生的磁感应信号叠加于所述磁回路中，并在所述驱动线圈的电流中产生磁调制信号；

将所述驱动线圈电流进行单向化整流；所述单向化整流是指在所述正向和反向驱动时，将所述驱动线圈电流信号处理为按相同方向变化的信号；在整流后的信号中，所述磁调制信号将以标准差分信号的形式呈现；

再将所述单向化整流后的信号输入所述差分放大模块进行放大；放大后的信号中，在所述正向和反向驱动时，所述磁调制信号呈现为标准的差分形式，并由所述单片机进行检测；所述单片机进行共模控制，即通过加法(平均)运算可以计算出其中的共模信号量，通过和设定值比较，再输出一个反馈量去调整所述单向化整流后的信号中的共模量，这样所述单片机和外部的所述差分放大模块之间构成一个深度负反馈环路，并将所述单向化整流后的信号中的共模部分进行衰减，以提高所述磁调制信号(即差分信号)在整体信号中的占比；所述负反馈环路平衡时，所述差分放大输出信号中的共模量将被控制在合理的设定范围内；

同时所述单片机对检测所得信号进行减法运算，即可得到外部待测电流的大小。

根据本发明方法，本申请还提供一种单片机控制的磁平衡式电流测量装置，包括：

单片机、磁回路、单向化整流单元和差分放大模块；所述磁回路用高磁导的磁性材料构成；所述磁回路上缠绕有驱动线圈以及用于磁平衡控制的反馈电流线圈；外部待测电流在所述磁回路中穿芯流过；所述单片机通过编程产生周期性的正向和反向驱动信号，通过所述驱动线圈对所述磁回路进行驱动；所述磁回路中的磁感应强度是所述待测电流和所述反馈电流线圈中的电流作用的叠加，并在所述驱动线圈的电流中产生磁调制信号；

将所述驱动线圈电流进行单向化整流；所述单向化整流是指在所述正向和反向驱动时，将所述驱动线圈电流信号处理为按相同方向变化的信号；在整流后的信号中，所述磁调制信号将以标准差分信号的形式呈现；

再将所述单向化整流后的信号输入所述差分放大模块进行放大；放大后的信号中，在所述正向和反向驱动时，所述磁调制信号呈现为标准的差分形式，并由所述单片机进行检测；所述单片机进行共模控制，即通过加法(平均)运算可以计算出其中的共模信号量，通过和设定值比较，再输出一个反馈量去调整所述单向化整流后的信号中的共模量，这样所述单片机和外部的所述差分放大模块之间构成一个深度负反馈环路，并将所述单向化整流后的信号中的共模部分进行衰减，以提高所述磁调制信号(即差分信号)在整体信号中的占比；所述负反馈环路平衡时，所述差分放大模块的输出信号中的共模量将被控制在合理的设定范围内；

同时所述单片机对检测所得信号进行减法运算，所得值即可表征所述待测电流和所述反馈电流线圈中的电流的叠加作用；

单片机将所述减法运算后的所得值用于控制所述反馈电流线圈中的电流，使得所述磁回路中的磁感应强度始终为零或一恒定值，则所述反馈电流线圈中电流的大小就可以表征所述待测电流的大小。

附图说明

为了更清楚地说明本申请所述方法、实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些具体结构及实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本申请的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1a为传统的自激振荡磁调制电路结构

图1b为传统的自激振荡磁调制电路中波形示意图；

图2为本发明方法流程图；

图3为本发明方法电路结构示意图；

图4a为一种利用全桥结构实现单向化整流实例的示意图；

图4b为一种利用全桥结构实现单向化整流实例的示意图；

图4c为利用全桥结构实现单向化整流实例的波形示意图；

图5a为一种利用全桥结构实现电流单向化整流实例的示意图；

图5b为一种利用全桥结构实现电流单向化整流实例的波形示意图；

图6为一种以电阻为核心的放大单元实例结构；

图7a为一种以积分电容为核心的放大单元实例结构；

图7b为一种以积分电容为核心的放大单元实例的波形示意图；

图8a为一种输出为时间信号的放大单元实例结构；

图8b为一种输出为时间信号的放大单元实例的波形示意图；

图9为第一实施例的电流测量装置示意图；

图10为第二实施例的磁平衡式电流测量装置示意图；

图11为为第三实施例的单片机控制的电流测量装置示意图；

图12为第四实施例的单片机控制的磁平衡式电流测量装置示意图；

图标：

201：磁回路；

202：驱动线圈；

203：反馈电流线圈；

30：驱动单元；

301：驱动信号模块；

40：单向化整流单元；

401：加法器；

50：放大单元；

501：差分信号放大模块；

502：共模信号控制模块；

521：共模检测电路；

60：减法运算单元；

70：单片机；

具体实施方式

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

针对前面背景介绍中论述的问题，本发明提出了一种新的方法，可以有效地实现对磁调制信号的检测和放大，在磁场测量、电流测量的运用领域，可以提高相关测量的稳定性和精度。

图2是本发明方法的流程图，具体步骤包括：

S101：磁回路上缠绕驱动线圈，对所述磁回路进行周期性的正向和反向驱动；外部磁场在所述驱动线圈中产生磁调制信号。

S102：将所述驱动线圈电流进行单向化整流；在所述正向和反向驱动时，在整流后的信号中，使所述磁调制信号以标准差分信号的形式呈现。

S103：所述单向化整流后的信号输入放大单元进行放大；所述放大单元中，由共模信号控制和差分信号放大两部分功能模块构成一个深度负反馈环路。

S104：所述共模信号控制模块部分首先检测所述差分放大模块的输出信号中的共模量，再通过负反馈作用去衰减该共模量，使所述差分信号放大模块输出的共模量控制在合理的设定范围内。

S105：所述差分信号放大模块将共模衰减后的信号再进行放大输出。

图3是本发明方法在实际应用中的电路结构示意图，包括：

磁回路201及其驱动单元30，单向化整流单元40和放大单元50；所述磁回路201上缠绕有驱动线圈202；所述驱动单元30通过所述驱动线圈201对所述磁回路进行周期性的正向和反向驱动；外部磁场叠加于所述磁回路201中时，将在所述驱动线圈202的电流中产生磁调制信号；

将所述驱动线圈202中信号输入单向化整流单元40进行单向化处理；所述单向化整流是指在所述正向和反向驱动时，将所述驱动线圈202中电流信号处理为按相同方向变化的信号；这样在整流后的信号中，所述磁调制信号将以标准差分信号的形式呈现；

再将所述单向化整流后的信号输入所述放大单元40进行放大；所述放大单元40包含有共模信号控制模块502和差分信号放大模块501两部分功能模块；所述共模控制模块502和所述差分放大模块501的输出之间构成一个深度负反馈环路：所述共模信号控制模块502部分首先检测所述差分放大模块501的输出信号中的共模量，再通过负反馈作用去衰减该共模量，使所述差分放大模块501的输出信号中的共模量控制在合理的设定范围内；所述差分信号放大模块501将共模衰减后的信号再进行放大输出；

本方法能有效地放大磁调制信号，运用于磁场测量及电流测量等领域，可以提高测量精度。

为了更好地说明本发明方法及展示其特点，下面将结合一些实际电路结构对本发明方法中所提及的各个部分及功能模块进行详细说明。因此，以下说明以及附图中提供的具体电路，并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示用以描述本发明原理的选定特例。

一、磁回路201及其驱动单元30

参考图3，所述磁回路201用高磁导的磁性材料构成，可以不包含气隙，也可以包含一个或多个气隙；所述磁回路203上缠绕有至少一组驱动线圈202；所述驱动单元30通过所述驱动线圈202对所述磁回路201进行周期性的正向和反向驱动；所述驱动单元30所输出的驱动信号，可以是它激信号，也可以是利用所述磁回路202形成的自激振荡信号。

所述正向和反向驱动是指在不同的时间段内，对所述驱动线圈202施加不同方向的电信号，并使所述磁回路201的材料周期性经历“线性-饱和”状态，其具体定义、实现方法等，可以参考文献[17，18]。

所述磁回路201和驱动单元30的作用可以参考前文对传统磁调制的分析和叙述，其目的是在所述驱动线圈202中产生出外部磁场的调制信号。

二、单向化整流单元40

为分析方便，本文统一采用以下变量定义：

当所述磁回路201材料处于线性区时，所述驱动线圈202电流记为I

当所述磁回路201材料处于线性区时，所述磁调制信号记为ΔI。

当所述磁回路材料201处于线性区时，涡流及其它信号记为I

在所述正向和反向驱动时，以上三者的关系为式(5)和式(6)。

从前面背景技术的分析(参考图1)可以看到，所述驱动线圈202中的电流I

参考图3，所述单向化整流单元40的作用是在所述正向和反向驱动时，将所述驱动线圈202中的电流信号处理为按相同方向变化的信号；其目的是在整流后的信号中，将所述磁调制信号以标准差分信号的形式呈现，以适应后续的放大处理。本文在此例举出以下三种实例处理方法：

单向化处理实例1：参考图1的电路结构，所述驱动单元30在采用传统的双电源、RL自激振荡式驱动电路时，电阻R为所述驱动线圈202中电流I

单向化处理实例2：如图4a和图4b所示，驱动单元30由四只开关(K

在图4a中，所述单向化整流单元40由电阻R

在图4b中，所述单向化整流单元40由电阻R

图4a和图4b两个电路的工作原理相同：在正向驱动状态时，开关K

所述电阻R

单向化处理实例3：如图5a所示，驱动单元30由四只开关(K

在正向驱动状态时，开关K

正向驱动时：I

反向驱动时：I

图5b为所述单向整流后的电流I

这种方法实现较为简单，但在实际使用中必须注意，全桥底部(或顶部)作为所述电流I

实现所述单向化整流的方法多种多样，输出信号可以是电压，也可以是电流，本文不再过多论述。

三、放大单元50

所述放大单元50的基本功能是实现磁调制信号的有效放大。所述放大单元中又包含有共模信号控制模块502和差分信号放大模块501两部分功能模块；所述共模信号控制模块502的作用是将所述单向化整流后的信号中的共模部分进行衰减，以提高所述磁调制信号(即差分信号)在整体信号中的占比；方法是采用深度负反馈原理进行控制；所述共模控制模块502和所述差分放大模块501的输出之间构成一个深度负反馈环路：所述共模信号控制模块502部分首先检测所述差分放大模块501的输出信号中的共模量，再通过负反馈作用去衰减该共模量，使所述差分放大模块501的输出信号中的共模量控制在合理的设定范围内；所述共模信号控制模块502可以由硬件实现，也可以由单片机编程实现；所述差分信号放大模块501将共模衰减后的信号再进行放大输出，输出量可以是电流或电压信号，也可以是时间信号。

以前面论述的单向化整流实例3为例，所述单向化整流后得到的电流I

本文在此结合前面论述的单向化整流处理实例3，例举出以下三种实际可行的放大电流I

差分信号放大实例1：如图6所示，是一种以电阻为核心的放大单元50。图中电流源I

电阻R上的信号输入所述共模检测电路521，将R上信号中的共模信号检测出来，再输入所述放大器U，并和设定信号V

正向驱动时：

V

反向驱动时：

V

上两式中衰减后的共模电压量(I

差分信号放大实例2：如图7a所示，是一种以积分电容为核心的放大单元50。电流源I

所述共模检测电路521将所述电容C上的积分信号中的共模信号检测出来，再输入所述放大器U，并和设定信号V

为了更清晰地说明以上过程，图7b给出了所述单向化整流后的电流I

如图7b所示，所述电容C在所述开关K的控制下，在所述正向和反向驱动时，在设定时间段(记为T

正向驱动时：

反向驱动时：

此时，V

选取合适的C和T

差分信号放大实例3：如图8a所示，这也是一种以积分电容为核心的放大单元50，但其输出信号是时间信号，可以将所述磁调制信号ΔI放大为“时间差”信号。电流源I

为了更清晰地说明以上过程，图8b给出了所述单向化整流后的电流I

如图8b所示，所述电容C在所述开关K的控制下，在设定时间点开始对电流积分(图中，所述设定时间点为所述开关K控制波形的下降沿)；当所述电容C上的积分电压达到所述设定电平V

另外补充说明一点，在实际应用中，所述电容C上的积分电压所能达到的最大值，取决于实际电路所允许的动态范围，因此所述电容C上的积分电压在一定的时间后，可能出现饱和。图8b中的所述电容C上的积分电压波形后部变为平直饱和，即是描述这一可能现象，这对于整个电路的工作并无任何影响。

所述比较器U

正向驱动时：

反向驱动时：

时间差值(记为ΔT)为：

该方法的本质是利用电容积分，将电流信号转换为时间信号，因此能将所述磁调制信号ΔI转换为时间差信号的变化；可以看到，通过选取合适的参数，在共模衰减后，可以将“时间差”有效地放大。

本文在以上实例中论述实现所述放大单元50的具体电路时，假设所述“单向整流”的输出为电流信号；其实对于电压信号，根据本发明提出的方法，也可以构建出多种多样的具体电路，实现所需的放大功能，本文不再详细论述。只是强调一点，前文中所提到的“放大器”、“比较器”等器件应做广义理解，如“放大器”是指能够产生放大作用的电子器件或电子器件组合，包括具有放大功能的各类单管器件，而不应狭义地理解为电子学中的“运算放大器”；又如“比较器”，应理解为在一定条件下，输出状态将发生改变的电子器件或电子器件组合。

另外值得一提的是，本申请所提出的检测放大磁调制信号的方法，可以和申请者在文献[18,19]所提出的磁回路驱动方法和检测方法相结合，运用于实际电路，获得良好的磁测量效果。

根据本申请在以上提出的磁调制信号的检测和放大方法，结合电流测量的运用场景，可以得到以下一些发明实施例。

第一实施例：

如图9所示，本申请还提供一种电流测量装置，包括：

磁回路201，所述磁回路201上缠绕有驱动线圈202，驱动单元30，单向化整流单元40，放大单元50以及减法单元60；所述磁回路201用高磁导的磁性材料构成；外部待测电流在所述磁回路201中穿芯流过；所述驱动单元30通过所述驱动线圈202对所述磁回路201进行周期性的正向和反向驱动；所述待测电流产生的磁感应强度信号叠加于所述磁回路201中，并在所述驱动线圈202的电流中产生磁调制信号；

单向化整流单元40对所述驱动线圈202中电流进行单向化整流；所述单向化整流是指在所述正向和反向驱动时，将所述驱动线圈202中的电流信号处理为按相同方向变化的信号；在整流后的信号中，所述磁调制信号将以标准差分信号的形式呈现；

再将所述单向化整流后的信号输入所述放大单元50进行放大；所述放大单元50中又包含有共模信号控制模块502和差分信号放大模块501两部分功能模块；所述共模信号控制模块502的作用是将所述单向化整流后的信号中的共模部分进行衰减，以提高所述磁调制信号(即差分信号)在整体信号中的占比；方法是采用深度负反馈原理进行控制；所述共模控制模块502和所述差分放大模块501的输出之间构成一个深度负反馈环路：所述共模信号控制模块502部分首先检测所述差分放大模块501的输出信号中的共模量，再通过负反馈作用去衰减该共模量，使所述差分放大模块501的输出信号中的共模量控制在合理的设定范围内；所述差分信号放大模块501将共模衰减后的信号再进行放大输出；

所述差分信号放大模块501的输出量中，在所述正向和反向驱动时，所述磁调制信号呈现为标准的差分形式，再用减法运算单元60进行减法运算，所得结果即可表征外部待测电流的大小。

第二实施例

如图10所示，本申请还提供一种磁平衡式电流测量装置，包括：

磁回路201，所述磁回路201上缠绕有驱动线圈202和反馈电流线圈203，驱动单元30，单向化整流单元40，放大单元50以及减法单元60；所述磁回路201用高磁导的磁性材料构成；外部待测电流在所述磁回路201中穿芯流过；所述驱动单元30通过所述驱动线圈202对所述磁回路201进行周期性的正向和反向驱动；所述待测电流产生的磁感应强度信号和所述反馈电流线圈203中电流的磁感应强度信号叠加于所述磁回路201中，并在所述驱动线圈202的电流中产生磁调制信号；

单向化整流单元40对所述驱动线圈202中电流进行单向化整流；所述单向化整流是指在所述正向和反向驱动时，将所述驱动线圈202中的电流信号处理为按相同方向变化的信号；在整流后的信号中，所述磁调制信号将以标准差分信号的形式呈现；

再将所述单向化整流后的信号输入所述放大单元50进行放大；所述放大单元50中又包含有共模信号控制模块502和差分信号放大模块501两部分功能模块；所述共模信号控制模块502的作用是将所述单向化整流后的信号中的共模部分进行衰减，以提高所述磁调制信号(即差分信号)在整体信号中的占比；方法是采用深度负反馈原理进行控制；所述共模控制模块502和所述差分放大模块501的输出之间构成一个深度负反馈环路：所述共模信号控制模块502部分首先检测所述差分放大模块501的输出信号中的共模量，再通过负反馈作用去衰减该共模量，使所述差分放大模块501的输出信号中的共模量控制在合理的设定范围内；所述差分信号放大模块501将共模衰减后的信号再进行放大输出；

所述差分信号放大模块501的输出量中，在所述正向和反向驱动时，所述磁调制信号呈现为标准的差分形式，再用减法运算单元60进行减法运算；所述减法运算单元60的输出量表征了所述待测电流和所述反馈电流线圈203中的电流的叠加作用；

将所述减法运算单元60输出的信号用于控制所述反馈电流线圈203中的电流，使得所述磁回路201中的磁感应强度始终为零或一恒定值，则所述反馈电流线圈203中电流的大小就可以表征所述待测电流的大小。

第三实施例

如图11所示，本申请还提供一种单片机控制的电流测量装置，包括：

单片机70，磁回路201，所述磁回路201上缠绕有驱动线圈202，单向化整流单元40，差分信号放大模块501；所述磁回路201用高磁导的磁性材料构成；外部待测电流在所述磁回路201中穿芯流过；所述单片机70通过编程，用软件实现驱动单元30，共模信号控制模块502和减法运算单元60；

单片机70用软件编程实现所述驱动单元30，产生周期性的正向和反向驱动信号，通过所述驱动线圈202对所述磁回路201进行驱动；所述待测电流产生的磁感应信号叠加于所述磁回路201中，并在所述驱动线圈202的电流中产生磁调制信号；

所述单向化整流单元40对所述驱动线圈202中电流进行单向化整流；所述单向化整流是指在所述正向和反向驱动时，将所述驱动线圈202中电流信号处理为按相同方向变化的信号；在整流后的信号中，所述磁调制信号将以标准差分信号的形式呈现；

再将所述所述单向化整流单元40的输出信号输入所述差分放大模块501进行放大；所述差分放大模块501放大后的信号中，在所述正向和反向驱动时，所述磁调制信号呈现为标准的差分形式，并由所述单片机70进行检测；所述单片机70内部编程的所述共模信号控制模块502，通过加法(平均)运算可以计算出其中的共模信号量，通过和设定值比较，再输出一个反馈量去调整所述单向化整流后信号中的共模量，这样所述单片机70和外部的所述差分放大模块501之间构成一个深度负反馈环路，并将所述单向化整流后的信号中的共模部分进行衰减，以提高所述磁调制信号(即差分信号)在整体信号中的占比；所述负反馈环路平衡时，所述差分信号放大模块501输出信号中的共模量将被控制在合理的设定范围内；

同时所述单片机70对检测所得信号通过内部编程的所述减法运算单元60进行减法运算，即可得到外部待测电流的大小。

第四实施例

如图12所示，本申请还提供一种单片机控制的磁平衡式电流测量装置，包括：

单片机70，磁回路201，所述磁回路201上缠绕有驱动线圈202和反馈电流线圈203，单向化整流单元40，差分信号放大模块501；所述磁回路201用高磁导的磁性材料构成；外部待测电流在所述磁回路201中穿芯流过；所述单片机70通过编程，用软件实现驱动单元30，共模信号控制模块502和减法运算单元60；

单片机70用软件编程实现所述驱动单元30，产生周期性的正向和反向驱动信号，通过所述驱动线圈202对所述磁回路201进行驱动；所述待测电流产生的磁感应信号和所述反馈线圈203中电流产生的磁感应信号叠加于所述磁回路201中，并在所述驱动线圈202的电流中产生磁调制信号；

所述单向化整流单元40对所述驱动线圈202中电流进行单向化整流；所述单向化整流是指在所述正向和反向驱动时，将所述驱动线圈202中电流信号处理为按相同方向变化的信号；在整流后的信号中，所述磁调制信号将以标准差分信号的形式呈现；

再将所述所述单向化整流单元40的输出信号输入所述差分放大模块501进行放大；所述差分放大模块501放大后的信号中，在所述正向和反向驱动时，所述磁调制信号呈现为标准的差分形式，并由所述单片机70进行检测；所述单片机70内部编程的所述共模信号控制模块502，通过加法(平均)运算可以计算出其中的共模信号量，通过和设定值比较，再输出一个反馈量去调整所述单向化整流后信号中的共模量，这样所述单片机70和外部的所述差分放大模块501之间构成一个深度负反馈环路，并将所述单向化整流后的信号中的共模部分进行衰减，以提高所述磁调制信号(即差分信号)在整体信号中的占比；所述负反馈环路平衡时，所述差分信号放大模块501输出信号中的共模量将被控制在合理的设定范围内；

同时所述单片机70对检测所得信号通过内部编程的所述减法运算单元60进行减法运算，所得值即可表征所述待测电流和所述反馈电流线圈203中的电流的叠加作用；

单片机70将所述减法运算单元60所得值用于控制所述反馈电流线圈203中的电流，使得所述磁回路201中的磁感应强度始终为零或一恒定值，则所述反馈电流线圈203中电流的大小就可以表征所述待测电流的大小。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“减法”、“连接”、“正向”、“反向”等应做广义理解，例如，“正向”驱动、“反向”驱动，仅仅是代表对负载施加的不同状态，而不是具体限定电位高低或电流流动方向。又例如，“减法”运算可以是由具有减法性质的装置完成，也可以是由具有加法性质的装置完成。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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