【文章內(nèi)容簡介】 化波形為對稱的三角波。三角波形頂端幅值大小為激勵磁場Hm，Hb為所用鐵芯的飽和磁化強度，T為三角波激勵信號的周期。定義以下變量：t+ ：銅絲繞組W3端輸出電壓中正負矩形脈沖之間的時間間隔；H：鐵芯中磁場強度。由上述分析，當待測直流電流為零時，W3端輸出電壓中正負脈沖不移相，此時t+ =T/2。當待測直流電流大于零時，鐵芯中磁場強度H的波形將向上平移H0。由幾何關(guān)系可以推出： 鐵芯磁化波形局部圖鐵芯磁化H波形中上升和下降部分過零點的位置分別前移和后移x，可得x的表達式為：相應(yīng)地，銅絲繞組W3端輸出電壓u中的正負脈沖序列相對發(fā)生移相，且幅度相同，均為x。則t+ 的變化量表示為 由此可得待測電流I的表達式： 推出上述表達式后，待測直流電流的大小和方向可以通過檢測Δt來測量，繞組匝數(shù)W1，W2,激勵電流的周期T，激勵電流的幅值Im均為已知參數(shù)，且各量之間只存在簡單的線性關(guān)系，可以看出被測電流范圍與激勵繞組W2和被測繞組W1有關(guān)；Δt正比于三角波激勵信號的周期與其幅值成反比。因此可以通過增大三角波激勵信號的周期，減小其幅值來提高Δt的值，從而減小誤差，增大靈敏度。也可以在內(nèi)部設(shè)計一個電流放大電路，將待測電流放大至一定倍數(shù)，引起更大的Δt，更加有助于減小誤差。本章主要介紹課題所涉原理，先介紹了單鐵芯磁調(diào)制器的工作原理，然后詳細討論了相位差磁調(diào)制式測量系統(tǒng)基本原理，再分別介紹了本文所用的三角波激勵源電路和整形電路，最后對整體測量方法進行了詳細的理論推導。三，相位差磁調(diào)制式測量系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)，由激勵電源輸入三角波信號，將檢測繞組輸出電壓送入整形電路，經(jīng)由單片機系統(tǒng)檢測計算處理后將被測電流信息輸出至顯示器顯示，并在單片機端編寫代碼，適當設(shè)計人機交互功能。最后根據(jù)實際檢測結(jié)果對設(shè)計方案作出評估。 整形電路三角波電路單片機電路待測電流具體設(shè)計方案如下：1，設(shè)計并搭建激勵源電路輸出三角波；利用集成運算放大器的優(yōu)良特性，接上外部元件，可以方便地構(gòu)成性能良好的正弦波振蕩器和各種波形發(fā)生器電路。由于集成運算放大器本身高頻特性的限制，一般只能構(gòu)成頻率較低的RC振蕩器，在集成電壓比較器電路中引入正反饋，構(gòu)成滯回比較器，就能產(chǎn)生方波、三角波、脈沖波和鋸齒波。，并在實驗面包板上搭建電路。2，設(shè)計并搭建相差式磁調(diào)制直流電流測量系統(tǒng)電路（）；實際電路中直流電流回路W1由穿過磁心的導線代替，W2和W3端分別三角波激勵源電路的輸出端和遲滯比較整形電路的輸入端，并將磁心絕緣固定。3，實現(xiàn)數(shù)字直流電流傳感器功能如下：能檢測0~100mA范圍的直流電流，輸出直流電壓，輸出直流電壓與輸入直流電流成線性關(guān)系。 各部分的組成和功能說明如下：1) 穩(wěn)壓電源模塊：本文使用匯眾電源生產(chǎn)的HZD05B28S48型模塊電源，為三角波電路提供+15V與15V的輸入電壓，其額定輸出功率為5W，可支持的直流電壓輸入范圍分別為：18V～36V以及超寬直流電壓輸入范圍9V～36V，可滿足各類用戶的需求，輸出電壓精度可達177。1%，具有完善的輸出過流、過壓、短路等保護功能。六面體屏蔽、底部絕緣，既滿足了屏蔽的要求，又利于排版布局。獨特的機械加固方式，滿足加固的同時，提高設(shè)計集成化程度。若在輸入端接入相關(guān)型號濾波器，可提高產(chǎn)品的電磁兼容性。 模塊電源引腳定義2) 交流激勵電源：產(chǎn)生50Hz的三角波電流,，為磁調(diào)制器激勵繞組W2端提供調(diào)制信號，三角波電路使用了兩片uA741運算放大器芯片。 uA741引腳圖3） 磁心調(diào)制部分：。組成包括高磁導率的環(huán)形鐵芯，銅絲繞組和外接導線，分為50匝與500匝兩個繞組，分別接入交流激勵信號和輸出調(diào)制后的信號。環(huán)型鐵芯是由一整條冷軋晶粒取向硅鋼帶卷繞而成，具有高磁感、低鐵損的特點。待測電流信號I由一根直接穿過磁環(huán)的導線提供，待測電流幅值在0至100mA之間。4） 整形電路部分：利用遲滯比較電路將調(diào)制后的信號轉(zhuǎn)換為矩形脈沖信號。在整形電路中還包括一個放大電路將磁心調(diào)制部分輸出的類三角波信號放大至能被遲滯比較電路識別處理，最終矩形脈沖信號被送入單片機系統(tǒng)電路中。其中放大電路如下： 運算放大電路分壓電路使用兩個定值電阻組成。5） 單片機系統(tǒng)：由89C51單片機為主芯片構(gòu)成，在開發(fā)板上已集成LED數(shù)碼管。片內(nèi)定時/計數(shù)器采用16位工作模式，計時用于測算矩形脈沖信號持續(xù)時間，進而通過內(nèi)部算法算出相位差Δt以及待測電流值大小，并通過數(shù)碼管顯示。a）由于方波前后沿與放大器作開關(guān)的器件A1的轉(zhuǎn)換速率SR有關(guān)，因此當輸出方波的重復頻率較高時，集成運算放大器A1應(yīng)選用高速運算放大器，本文設(shè)定三角波頻率為50Hz左右，一般要求時選用通用型運放即可。b）集成運算放大器A2的選擇：積分運算電路的積分誤差除了與積分電容的質(zhì)量有關(guān)外，主要事集成放大器參數(shù)非理想所致。因此為了減小積分誤差，應(yīng)選用輸入失調(diào)參數(shù)（VI0、I0、△Vi/△T、△I0/△T）小，開環(huán)增益高、輸入電阻高，開環(huán)帶較寬的運算放大器?？梢赃x擇uA741型運算放大器。（2）選擇穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管Dz的作用是限制和確定方波的幅度，因此要根據(jù)設(shè)計所要求的方波幅度來選穩(wěn)壓管電壓Dz。此外，方波幅度和寬度的對稱性也與穩(wěn)壓管的對稱性有關(guān)，為了得到對稱的方波輸出，通常應(yīng)選用高精度的雙向穩(wěn)壓管。R3為了穩(wěn)壓管的限流電阻，其值有所選用的穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流決定。（3）確定正反饋回路電阻R1與R2R1與R2的比值均決定了運算放大器的A或A1觸發(fā)翻轉(zhuǎn)電平，也就決定了三角波的輸出幅度。因此根據(jù)設(shè)計要求的三角波輸出幅度，可以確定R1和R2的阻值。（4）確定積分時間常數(shù)RC積分元件R、C的參數(shù)值應(yīng)根據(jù)方波和三角波所要求的重復頻率來確定。當正反饋回路電路RR2的阻值確定之后，再選取電容C的值。綜上所述，選取的元器件如下：集成運算放大器：LM324或LM741 2片電阻：10K 、20 K 、2K 若干可調(diào)電阻：100 K 1只瓷片電容： 1只穩(wěn)壓二極管：2DW7 2只 軟件設(shè)計軟件設(shè)計主要針對單片機編程。由圖3可知，軟件部分主要為了測量出時間差x的大小，，待測電流的加入會引起矩形脈沖信號的正負半周分別前移或后移，且時間差x應(yīng)在若干個us級別。，在正半周會被單片機識別為高電平。先一直檢測輸入是否為高電平，若是高電平則啟動定時器計時，并一直檢測是否為高電平，發(fā)現(xiàn)為低電平時關(guān)閉定時器，停止計時。為了減小誤差，只處理第二次獲得的定時時間t2。由事先測得的無待測電流時的高電平持續(xù)時間作為固定參數(shù)t1，t2與t1之差即為x值。定時器模塊：通過定時器測出有待測電流I時的高電平持續(xù)時間，其與無待測電流時的高電平持續(xù)時間之差應(yīng)為所求的x值。使用工作在16位下的定時器。數(shù)據(jù)處理模塊：。顯示模塊：通過掃描八段數(shù)碼管實時顯示待測電流值。當 引腳上出現(xiàn)高電平時，定時器T1即開始對12分頻時鐘周期計數(shù)，直到 引腳變低電平為止，然后讀出T1計數(shù)器的值并顯示。通過設(shè)置TMOD，使其為定時器模式。當GATE=1時，為門控方式。只有TR0設(shè)置為1，且同時外部中斷引腳也為高電平時，才能啟動T0開始計數(shù)工作。，T0設(shè)為定時器方式工作，并工作在門控方式（GATE=1）。在待測信號高電平期間，T0對內(nèi)部周期脈沖進行計數(shù)。在待測脈沖高電平結(jié)束時，在外部中斷0的中斷服務(wù)程序中，讀取TH0、TL0的計數(shù)值，該值就是待測脈沖的脈寬。隨后，清零TH0和TL0，以便下一次當待測電流值發(fā)生變化時再測下一個脈寬的測量。計算方法：脈沖寬