摘要
非接触式电流传感与测量技术在绝缘检测、电网监控等领域具有重要应用价值和潜力。磁致伸缩/压电叠层复合磁电材料（以下简称复合磁电材料）具有结构简单、制备方便、磁电转换系数大等优点，现有研究表明，复合磁电材料对磁场的探测极限可达pT量级。采用FeGa/PZT复合磁电材料设计了两种标签式差分电流传感器，具有体积小、稳定性高等特点，与弹性的U型夹具配合可应用于不同直径载流导线的电流测量。通过理论分析、有限元仿真和实验测试对所设计的标签式差分电流传感器进行了研究，主要工作如下： ①介绍了FeGa磁致伸缩材料、压电陶瓷材料的基本性能特点，阐述了复合磁电材料的磁电效应及L-T工作模式下的低频磁电响应。制备了FeGa/PZT复合磁电敏感单元并对其进行了性能测试，实验结果表明：复合磁电敏感单元在100kHz以内的频率范围具有平坦的输出；在偏置磁场为170Oe时，1kHz激励磁场下的最大磁电系数为58mV/Oe；具备对低频磁场探测的能力。 ②采用两个FeGa/PZT复合磁电敏感单元，设计并制备了一种双磁电敏感单元分置的差分电流传感器标签，分析了传感器的工作原理，采用Ansoft Maxwell软件进行了仿真分析。搭建了电流传感器的性能测试系统，对传感器进行了测试，结果表明：其频率响应范围为29Hz（3dB频率点）-4kHz以上，平坦度优于±0.5dB，灵敏度约为16.2mV/A；对1kHz电流的最低探测极限达到80μA、分辨率达到50μA；差分输出相比单个磁电敏感单元输出能够有效地抑制共模噪声，具有较强抗干扰能力和较好温度稳定性。 ③设计并制备了一种紧凑回形磁路的片状差分电流传感器标签，可置于载流导线一侧实现电流测量。实验表明：在电流幅度范围为0-40A时，频率为50Hz、75Hz、1kHz时的测量灵敏度分别为12.7mV/A、13.8mV/A、15mV/A，对1kHz频率电流的最低探测极限达到0.1mA。与双单元分置差分电流传感器相比，其体积更加小巧灵活，可根据具体应用来选择这两种电流传感器。改变敏感单元与夹具之间的放置方式，利用梯度测量法可实现载流导线周围磁场的梯度测量，通过两个磁电敏感单元的输出值可计算出电流值，能够消除导线位置变化而引起的测量误差。
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