随着人工智能、互联网+、云时代的到来,电已经成为了上至科学研究、国防建设下至制造业、工业生产、城市治理,大至国家电网、航空航天小至家用电器、精密仪表中不可或缺的要素,承担着现代化建设中极为重要的角色。现代科学的深入研究和现代化工业生产对不同形式、不同范围电流测量的需求越来越广泛,不同国家和不同场合可移动设备等电力、电子装置应用电流的频率也不尽相同。因此,为了简化测量步骤,减少重新定位、重新安装可能产生的随机测量误差,开发一种可以通过一次安装定位检测两种频率电流的传感器尤为重要。本文旨在提出一种耦合主次梁双频域电流传感器,用以实现对两种频率较为接近的双线正弦式交变电流进行无源、非接触、非侵入式检测。由于在整个检测过程中传感器不需要任何外接电源,所以在环境条件复杂的室外,其依然可以正常使用。传感器的核心结构是二自由度压电式悬臂复梁,其主要由主梁和次梁两部分组成,设计成这种结构的目的是使传感器具有两种不同的谐振频率。传感器主梁的自由端固定有长方体永磁体用作力-磁-电耦合单元;次梁的自由端固定有调谐质量块,用以调节传感器的工作频率即谐振频率。按照不同的测量需求可以在传感器的主或次梁上粘贴压电材料,以完成机电转换。这种传感器结构简单、体积小,可以有效地减少在工作过程中可能发生的异常扭转。同时,这种结构还具有便于加工制造、方便频率调节和简化测量流程的优点,提高了传感器测量结果的精确性和测量过程的稳定性。本文针对上述结构,建立了一套完整的耦合主次梁双频域电流检测新机理。首先通过研究耦合主次梁双频域电流传感器实际模型简化后的集总参数模型,构建了两自由度力-磁-电耦合理论模型。然后,本文依次分析了单线、双线载流导线周围磁场的分布规律及其与长方体永磁体之间磁力的相互作用规律。最后,本文将电流磁力项导入集总参数模型中,基于振动理论和压电理论,分别推导出压电片位于主梁和次梁的电压输出表达式,得到了待测交变电流幅值和传感器压电输出电压幅值之间的转换关系,最终建立了一套完整的耦合主次梁双频域电流传感器的理论模型。为了满足实际应用需求和设计传感器结构参数,本文对耦合主次梁双频域电流传感器进行了仿真研究。通过对理论模型的仿真研究,初步验证了耦合主次梁双频域电流检测新机理的正确性;通过对传感器振动特性和输入输出特性的仿真研究,模拟了传感器在一般工作状态下的振动情况和检测性能,初步验证了耦合主次梁双频域电流传感器结构的抗扭特性和电流检测的可行性;通过对传感器结构参数的仿真研究,得到了其谐振频率和输出特性随结构参数变化的规律,初步确定了满足特定测量需求耦合主次梁双频域电流传感器的结构参数,并为日后传感器实物的设计、制造、频率调节、性能优化和产业化生产提供了可参考的依据。本文根据仿真研究结果制造出了一台用于验证传感机理的传感器测试样机,设计了一套完整的电流检测系统,并进行了耦合主次梁双频域电流传感器工作频率的测定实验和双线双频交变电流的检测实验。通过对实验数据的处理和误差分析,验证了本文所提出的耦合主次梁双频域电流检测机理的正确性和耦合主次梁双频域电流传感器的可行性,同时确定了其特性曲线和在不同容许误差下的有效量程。此外,针对传感器的误差,本文提出了一种误差修正方法和一种非稳定简谐激励误差补偿结构,有效地降低了传感器的测量误差,扩大了传感器的有效量程。最后,本文分别分析了传感器的四种输出方案并探究了影响传感器灵敏度的重要因素。综合加工成本和工程应用的考虑,方案二更适合作为耦合主次梁双频域电流传感器的输出模式,并且减小双线载流导线中心距永磁体中心间的距离可以提高传感器的灵敏度。比如,在对频率分别为48.3Hz和58.1Hz、幅值为0—15A的双线交变电流的测量实验中,方案二的灵敏度可达53.98m V/A和20.70m V/A,对应R~2分别为0.98966和0.99706。