摘 要：多通道電流傳感器自動測試系統(tǒng)可以根據測試需求，實現(xiàn)電流傳感器的比例誤差、上升時間、零點偏置、零點漂移、線性度等參數(shù)的自動測試。其中精密恒流源輸出可至200 A，準確度優(yōu)于0.01%，多臺并聯(lián)可達到2 kA。覆蓋了大多數(shù)中低準確度的測試需求，同時可配合準確度高達10-6的標準電流傳感器解決更高準確度的測試需求。
關鍵詞：電流傳感器;自動測試;精密恒流源;比例誤差
0 引言
隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電流測量需求促使著電流傳感器行業(yè)日新月異，各種規(guī)格、類型的電流傳感器層出不窮，對測試設備的需求也越來越高[1]。在以往的電流傳感器生產/校準過程中，每一項技術指標都需要一套專用測試系統(tǒng)，復雜且效率低下，覆蓋能力較差[2-3]。針對上述問題，本文提出一種多通道電流傳感器自動測試系統(tǒng)，能夠自動測試傳感器的各項基本參數(shù)，保存數(shù)據，生成圖表。提高生產效率的同時能夠保證所有傳感器都經過測試篩選，大大提升了生產的可靠性。
本測試系統(tǒng)主要測試項目有直流比例誤差、上升時間、電流響應速度、零點偏置、零點漂移、線性度等。
1 測試系統(tǒng)組成
多通道電流傳感器自動測試系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，包括精密恒流源、橋式換向模塊及邏輯控制單元、標準電流傳感器、傳感器供電及可編程負載陣列、多路復用器(MUX)、信號調理電路、高精度ADC、主控制器、數(shù)據處理及儲存模塊、通信模塊及人機交互模塊。
精密恒流源為數(shù)字/模擬雙閉環(huán)的程控電流源，為被測傳感器提供測試電流，同時可以并機或等安匝法以提高等效電流范圍[4]。橋式換向及邏輯控制模塊可以根據人機交互輸入信息改變被測電流傳感器的輸入電流方向。標準電流傳感器為與被測電流傳感器比例一致、精度更高且有上級校準數(shù)據的標準電流傳感器，在精密恒流源準確度與被測傳感器準確度不滿足1/3關系時使用，作為比較測試法的主要標準。
測試系統(tǒng)具體技術指標如表1所示，直接測試法與比較測試法可以將比例誤差的測試范圍擴展到10-5[5-6]，覆蓋市面上絕大多數(shù)電流傳感器。
2 測試系統(tǒng)原理及測試方法
2.1 精密恒流源
精密恒流源模塊[7-11]采用磁通門電流傳感器作為輸出電流反饋，其原理框圖如圖2所示。市電經過保險絲、共模濾波器等轉換為交流低壓，經過整流濾波模塊成直流低壓給MOSFET供電，作為主功率輸出級。基準電壓源為ADC、DAC提供穩(wěn)定的電壓參考信號;用戶界面的設定的電流值經過微控制器轉換為對應的數(shù)值發(fā)送給DAC，DAC將該數(shù)值通過R2R結構將基準電壓源的電壓值分出具體電壓信號作為誤差比較模塊的參考信號，輸出大電流經過傳感器等比例變換為小電流經過采樣電阻轉換為電壓信號，該電壓信號經過低通濾波及增益變換后進入誤差比較模塊與參考信號進行比較，誤差比較模塊輸出為一定增益的反極性的差模信號，該差模信號經過濾波后作為功率MOSFET的柵極驅動信號，控制MOSFET的導通程度從而控制輸出電流大小。同時增益模塊的輸出信號進入ADC模塊，經過模數(shù)轉換后進入微控制器，實時監(jiān)測恒流源輸出電流大小。
2.2 多通道采集模塊
多通道數(shù)據采集模塊如圖3所示，包括負載電路陣列、MUX、全差分運算放大器、程控濾波器、8通道精密ADC、1通道高速ADC、SoC控制器、Webserver等。
可編程負載陣列經過MUX切換到不同信號調理通道。輸入信號經過增益可控的差分運放調節(jié)適合增益后進入程控源濾波部分選擇凌特公司的LTC1594作為抗混疊濾波器件，濾波器帶寬小于fs/2采樣率，能有效抑制雜散的無用頻率信號，同時，由于有源濾波器擁有較高的輸入阻抗及較低的輸出阻抗，使得信號調理部分能更容易地驅動精密ADC。精密ADC選用ADI公司的LTC2380作為模數(shù)轉換器，該ADC在30.5 sps時具有145 dB的動態(tài)范圍，滿足高精度的使用需求，同時內部具有SINC1濾波器，在高速采集模式下可以抑制50/60 Hz供電干擾，進一步保證轉換后信號的可靠性。ADC數(shù)據端與FPGA采用ADum2602作為隔離期間，該隔離保證可以將數(shù)字部分對地的影響降到很低，同時能保證SoC控制器的安全。
FPGA經過ADC Driver邏輯控制ADC進行轉換的同時將數(shù)據經過加窗進行FFT轉換，F(xiàn)FT轉換后的頻域數(shù)據能夠進一步分析傳感器的噪聲頻譜。大量的數(shù)據經過RAM緩存后通過AXI-4等高速總線傳輸?shù)絻炔康妮p量級Linux系統(tǒng)中，當客戶端鏈接時，內建的Webserver能將這些數(shù)據顯示到客戶端界面上。根據交互界面的輸入可完成數(shù)據保存、圖表生成等功能。同時外擴高速串行計算機擴展總線標準(PCIe)接口、網口(Ethernet)等高速數(shù)據導入/到處接口及調試用的串口(RS232)。
2.3 直流比例誤差測試
2.3.1 直接測試法
對于0.05級及以下采用直接測試法，具體原理如圖3所示，恒流源輸出電流經過換向模塊穿過電流傳感器回到恒流源，被測電流傳感器輸出經過可編程負載陣列轉換為電壓信號后經過信號調理電路調整到ADC滿量程輸入范圍，微控制器控制ADC將該電信號轉換為數(shù)值，經過式(1)換算可以直接得到傳感器的直流比例誤差。
