1.2.2 磁通门电流传感器

对于磁平衡式电流传感器，剩余磁通量|Φ-Φ′|的高灵敏度检测是确保其电流测量准确度的基础。但是，受限于霍尔元件的低磁灵敏度和高温度漂移，闭环式霍尔电流传感器的测量准确度和稳定性有待进一步提升[6-7]。

磁通门传感器是利用铁磁体在磁饱和区时的磁导率非线性特性实现磁场测量的一种装置。它具有高灵敏度和良好的温度稳定性，适用于微弱磁场的检测。在如图1-3所示的闭环式霍尔电流传感器结构的基础上，由磁通门传感器代替霍尔元件进行剩余磁通量检测便可构成磁通门电流传感器。

磁通门传感器由磁心、励磁电路、励磁绕组、检测绕组和信号处理电路等组成，如图1-4所示。当励磁电路输出角频率为ω的正弦励磁电流i_e=I₀sin(ωt)时，产生的励磁磁场强度为H_e=N₁I₀sin(ωt)，N₁为励磁绕组匝数。当磁心饱和时，其磁导率μ随着H_e周期性变化。由于μ为标量，其变化周期为H_e的一半，故其频率为2ω，可描述为

式中，μ_d为直流分量，μ_2k0为各次谐波幅值。当被测磁场H_m=0时，检测绕组两端电动势为

式中，H₀=N₁I₀，S为磁心横截面面积。对式（1-3）进行分解，其仅包含励磁磁场强度H_e的奇次谐波。当被测磁场H_m≠0时，检测绕组两端电动势如式（1-4）所示。

由式（1-4）可知，当被测磁场H_m≠0时，检测绕组两端电动势中出现了幅值与被测磁场强度H_m成正比的偶次谐波。信号处理电路提取感应电动势的特定偶次谐波分量的幅值，便可得出被测磁场强度。

得益于磁通门传感器较高的灵敏度和良好的温度稳定性，磁通门电流传感器的准确度和稳定性较闭环式霍尔电流传感器有了显著提升。此外，磁通门电流传感器可采用整体磁心结构，消除气隙、漏磁以及安装位置偏差对剩余磁通量检测的影响。但是，由于励磁信号的存在，其输出信号的噪声较霍尔电流传感器更大。