高壓功率放大器在電流傳感器溫漂與地磁場(chǎng)校正方法研究中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)名稱：電流傳感器輸出測(cè)試

研究方向：電磁測(cè)試

測(cè)試目的：

為了克服測(cè)量過程中溫度以及空間地磁場(chǎng)的影響，更好的提高TMR電流傳感器的測(cè)量精度，本文還對(duì)環(huán)境干擾下的TMR電流傳感器的輸出校正進(jìn)行研究。首先，針對(duì)TMR電流傳感器受到強(qiáng)磁場(chǎng)干擾或故障下的異常輸出數(shù)據(jù)，利用貝葉斯結(jié)合信息熵理論識(shí)別并剔除；其次，利用Adam算法優(yōu)化深度信念網(wǎng)絡(luò)的微調(diào)過程，重構(gòu)空間地磁場(chǎng)、溫度與TMR電流傳感器測(cè)量輸出的映射關(guān)系；最后，本文對(duì)所設(shè)計(jì)的TMR電流傳感器進(jìn)行了標(biāo)定實(shí)驗(yàn)和誤差分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在-40℃~80℃的溫度變化范圍內(nèi)，TMR電流傳感器對(duì)溫度以及空間地磁場(chǎng)的敏感程度明顯降低。此外，通過對(duì)比4種不同算法數(shù)據(jù)處理后的誤差，驗(yàn)證了本文所提算法在提高TMR電流傳感器輸出精度上的優(yōu)越性，能夠很好的滿足智能電網(wǎng)的測(cè)量需求。

測(cè)試設(shè)備：ATA-4012高壓功率放大器、信號(hào)發(fā)生器、電流傳感器、示波器。

實(shí)驗(yàn)過程：

圖：TMR電流傳感器與實(shí)物封裝

針對(duì)所設(shè)計(jì)TMR電流傳感器的包括靜態(tài)特性以及頻率響應(yīng)特性在內(nèi)的主要特性進(jìn)行測(cè)試。在室溫25℃下，利用TMR電流傳感器測(cè)試平臺(tái)，對(duì)TMR電流傳感器進(jìn)行測(cè)試分析。

在使用TMR電流傳感器之前，必須對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。利用TMR電流傳感器輸出校正平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)特性測(cè)試，使用125TCF恒溫箱將TMR電流傳感器的工作環(huán)境設(shè)置為25℃室溫，對(duì)所設(shè)計(jì)TMR電流傳感器進(jìn)行直流輸入輸出特性測(cè)試，用高精度電流源提供0-10A的被測(cè)直流電流，設(shè)置步長(zhǎng)0.05A，將電流從0A逐漸增加至10A，記錄TMR電流傳感器的電壓輸出，得到TMR電流傳感器的輸入輸出曲線如下圖（a）所示，計(jì)算得到其絕對(duì)輸出誤差如下圖（b）所示。

圖：輸入輸出擬合曲線以及輸出絕對(duì)誤差

使用恒溫箱將TMR電流傳感器的工作環(huán)境設(shè)置為25℃室溫，斷開亥姆赫茲線圈的供電電流源，保持測(cè)試環(huán)境的純凈。因?yàn)殡娏髟纯梢援a(chǎn)生電流的頻率有限，采用信號(hào)發(fā)生器配合功率放大器ATA-4012對(duì)閉環(huán)式TMR電流傳感器進(jìn)行頻率響應(yīng)測(cè)試。將TMR電流傳感器的輸出接入雙通道示波器的A通道，同時(shí)將輸入信號(hào)一并接入示波器另一通道B。保持待測(cè)電流的幅值不變，改變其電流頻率，觀察閉環(huán)TMR電流傳感器的輸入和輸出信號(hào)之間的相位差，測(cè)量TMR電流傳感器時(shí)將電流設(shè)定為0.2A，得到下圖所示的不同頻率下閉環(huán)TMR電流傳感器的頻率響應(yīng)特性。

圖：閉環(huán)TMR電流傳感器的頻率響應(yīng)特性

從上圖可以看出，閉環(huán)TMR電流傳感器在DC到100kHz范圍內(nèi)，基本上沒有太大的幅值衰減與相位延遲，從50kHz到1MHz范圍內(nèi)，其幅值逐漸衰減，且相位的延遲程度逐漸增加。當(dāng)頻率為500kHz時(shí)，閉環(huán)TMR電流傳感器的輸出電壓衰減了-3dB，此時(shí)輸出電壓的相位滯后了14°，因此閉環(huán)TMR電流傳感器的-3dB帶寬能夠達(dá)到500kHz。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

測(cè)試結(jié)果表明所設(shè)計(jì)閉環(huán)式TMR電流傳感器的靈敏度達(dá)到了200.03mV/A，線性度為0.2%，帶寬為500kHz。此外，通過對(duì)TMR電流傳感器進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)和測(cè)量誤差分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提算法能夠使TMR電流傳感器的輸出數(shù)據(jù)對(duì)溫度以及空間地磁場(chǎng)的敏感程度明顯降低。

安泰ATA-4012高壓功率放大器：

圖：ATA-4012高壓功率放大器指標(biāo)參數(shù)

本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。

審核編輯黃宇