基于霍尔传感器HW-302的非接触式电流波形检测系统

基于霍尔传感器ＨＷ－３０２的非接触式　电流波形检测系统　陈　璐　刘卫玲　常晓明　（１．太原理工大学　信息工程学院　太原０３００２４；２．太原理工大学　物理与光电工程学院　太原０３００２４；　３．太原理工大学　计算机科学与技术学院　太原０３００２４）　摘　要：为了满足在非接触条件下检测电流波形的工业需求，提出一种由霍尔传感器件ＨＷ一３０２构建的非接触式电　流波形检测系统。系统利用霍尔传感器采集电流信号，经过信号处理电路放大后，由示波器显示，实现了电流波形的　检测。为验证检测的正确性，通过给电感线圈施加不同的信号，检测其电流波形，并分析了系统的性能。实验表明，设　计的系统以非接触方式检测电流波形，基本达到了预期的效果。　关键词：霍尔传感器；电流波形；非接触式；检测　中图分类号：ＴＰ２７１　文献标识码：Ａ　国家标准学科分类代码：５１０．４０１０　Ｎｏｎ’ｃｏｎｔａｃｔ　ｔｙｐｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｈａｌｌ　ｓｅｎｓｏｒ　ＨＷ－３０２　Ｃｈｅｎ　Ｌｕ　Ｌｉｕ　Ｗｅｌｌｉｎｇ　Ｃｈａｎｇ　Ｘｉａｏｍｉｎｇ。　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔａｉｙｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３００２４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ（）ｐｔ０ｅｌｅｃｔｒ０ｎｉｃｓ，Ｔａｉｙｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３００２４，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３００２４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｌｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｄｅｍａｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔ，　ａ　ｎｏｎ—ｃｏｎｔａｃｔ　ｔｙｐｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｈａｌｌ　ｓｅｎｓｏｒ　ＨＷ一３０２　ｗａｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｅｄ　ｔｈｅ　ｈａｌｌ　ｓｅｎｓｏｒ　ｔｏ　ｃｏｌｌｅｃｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｉｇｎａｌ，ａｎｄ　ｄｉｓｐｌａｙｅｄ　ｔｏｗａｒｄｓ　ｔｈｅ　ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｗａｓ　ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｏ　ｖｅｒｉｆｙ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｉｇｎａｌ　ｗａｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ　ｃｏｉｌ　ｔｏ　ｄｅｔｅｃｔ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｗａｖｅｆｏｒｍ，ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔ　ｗａｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｔｅｃｔｅｄ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｎｏｎ—ｃｏｎｔａｃｔ　ｗａｙ，ｂａｓｉｃａｌｌｙ　ａｃｈｉｅｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｃｔｅｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈａｌＩ　ｓｅｎｓｏｒ；ｃｕｒｒｅｎｔ　ｗａｖｅｆｏｒｍ；ｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔ；ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　１　引　言　置，则价格十分高昂。提出并设计实现了一种由霍尔传感　在机器人研发过程中，需要对多功率通道电流波形进　器ＨＷ一３０２构建的简易非接触式电流波形检测系统。　行检测。例如，在机械臂研究中，当机械臂负重突然增大　２　ＨＷ－３０２构建的电流波形检测系统　时，其功率通道的电流瞬时增大，导致ＣＰＵ供电不足，机械　臂随之瘫痪。若能够实时监测功率通道的电流波形，就可　电流波形的检测系统由电流波形发生模块、霍尔传感　以在电流超出阈值时，采取相应对策，避免失控状况的　器（ＨＷ一３０２和聚磁体）、放大电路和示波器构成。电流波　出现。　形检测系统，如图１所示。　电流传感器是一种电流检测装置，它采集电流的信息，　并能将其按一定规律变换成为电信号或其他形式的信息输　出　］。目前，市场上存在的非接触式电流检测装置，大多仅　图１　电流波形检测系统　能够实现直流电流的数值显示０　，而可检测电流波形的装　收稿日期：２０１４－１２　・　８９　・　第３８卷　△　，一　Ｘ　３６０。７０２。　．电　子　测　量（１２）　技术　［２］　王瑞峰，米根锁．霍尔传感器在直流电流检测中的应　用口］．仪器仪表学报，２００６，２７（６）：３１２—３３３．　由于理论ＡＯ＝６２。，则实测与理论的相对误差为：　＝［３］　汪磊，潘红兵，何书传，等．片上一体化霍尔传感器的　Ｉ　ｌ　Ｘ１００％＝１３％　一）　［４］　（１４）　优化设计［Ｊ］．电子测量技术，２０１１，３４（５）：７７—８１．　李亮，阙沛文，陈亮．新型霍尔传感器在电流检测中的　应用［Ｊ］．仪表技术与传感器，２００５（４）：３－４．　从幅值角度分析，实测Ｕ，　一０．０８９　Ｖ，理论Ｕ，一０．０７８　ｒ　一０．０９３　Ｖ，实测与理论值相对误差为：　［５］　鲁光辉．霍尔电流传感器的性能及应用［Ｄ］．四ＪＩｌ文理　学院学报：自然科学版，２００７，１７（２）：４０－４２．　［６］　金向朝，邹晨，占亮，等．邻近并行载流导线对空心电　　Ｕｌｌ×１００％一４％　１　ｌ　综上可知，利用本系统测得电感在正弦电压下的电流　波形，其相位误差为１３　，幅值误差为４　。　流传感器测量影响［Ｊ］．电子测量技术，２００３，２６（４）：　ｌ６—１７．　５　结　论　［７］　丁英丽．霍尔磁敏传感器的原理及应用［Ｊ］．仪表技　术，２００３（１）：４７—４８．　利用霍尔传感器Ｈｗ一３０２，设计并实现了一种简易的　非接触式电流波形检测系统。该系统以很低的成本实现了　电流波形的非接触检测，可满足一定情况下的应用。　以电感电流波形检测为例，分析了电感两端加载不同　Ｉｓ］　邵显涛，陈明，李俊，等．基于霍尔传感器电机转速的　单片机测量［Ｊ］．国外电子测量技术，２００８，２７（１０）：　２９－３１．　［９］　江缉光，刘秀成．电路原理［Ｍ］．北京：清华大学出版　社，２００７．　电压信号时的电流波形，并将实测电流波形与Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿　真结果进行对比，得到以下结论：　１）在厂一１　ｋＨｚ的情况下，利用本系统检测电感在正　作者简介　陈璐，１９９３年出生，在读本科生。主要研究方向为嵌　入式系统。　弦电压驱动下的电流波形，实测的相位误差为１３　，幅值　误差为４　。　２）由于有聚磁体性能和放大电路的影响，本系统可应　用于１　ｋＨｚ以下的电流波形检测，能够满足一般的工业电　流波形的检测需求。　刘卫玲，１９８７年出生，博士研究生。主要研究方向为　测量技术与自动化装置。　常晓明（通讯作者），１９５４年出生，教授，博士生导师。　主要研究方向为计算机监控系统、检测技术与自动化装置。　Ｅ～ｍａｉｌ：ｌａｂ＠ｘｉａｏｍｉｎｇ—ｌａｂ．ｃｏｍ　参考文献　［１］　郑贵斌．浅谈传感器的一般特性［Ｊ］．装备制造技术，　２Ｏｌ０（９）：７５—７６．　（上接第７７页）　－１３］　李清英，朱春玲，白天．电脉冲除冰系统的除冰实验　与数值模拟［Ｊ］．航空动力学报，２０１２，２７（２）：　３５Ｏ一３５７．　压充电电源设计［Ｊ］．电力电子技术，２０１０，４４（１０）：　９７—９９．　［１Ｏ］刘春乐．磁化铁氧体电磁参数的测试［Ｊ］．电子测量　技术，２ｏｉ２，３５（１）：６８—７ｏ．　［４］　王建飞，杨圣均，邬小玫，等．一种可控恒流脉冲刺　激器设计［Ｊ］．电子测量技术，２０１４，３７（６）：１５—２Ｏ．　［５］　李清英．电脉冲除冰系统的实验、理论与设计研　究［Ｄ］．南京：南京航空航天大学，２０１２：ｌ一１５７．　［６］　陈新，张桂香．电磁感应无线充电的联合仿真研　究［Ｊ］．电子测量与仪器学报，２０１４，２８（４）：４３４—４４０．　［７］　熊慧，李刚，张旺明，等．无线无源的参数可控脉冲脉　冲发生器［Ｊ］．仪器仪表学报，２０１３，３４（４）：９５５—９６０．　作者简介　陈鹏，１９９０年出生，硕士研究生。主要研究方向为脉　冲电源研究及除冰检测。　Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｘｉａｏｑｉａｎｇ＠ｓｉｎａ．ｃｎ　葛红娟，１９６６年出生，博士，教授，博士生导师。主要　研究方向为矩阵变换器及适航分析。　［８］　陈俊，徐志伟，陈杰．压电驱动器驱动电源设计［Ｊ］．　国外电子测量技术，２０１３，３３（４）：４８—５３．　杨宗翰，１９８９年出生，硕士研究生。主要研究方向为　光伏逆变器及故障检测技术。　［９］　刘福才，王猛，王振春，等．基于高频谐振变换器的高　・　９２　・