[發(fā)明專利]基于三軸隧道磁阻陣列的電流傳感器及其測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010991749.2
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112595873B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設計）人: 李非凡;冀永芳;吳強;莊盛秋;王飛
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司徐州供電分公司
• 主分類號: G01R15/20
• 分類號: G01R15/20;G01R19/25
• 代理公司: 徐州市三聯(lián)專利事務所 32220
• 代理人: 陳帥

本發(fā)明提供一種基于三軸隧道磁阻陣列的電流傳感器及其測量方法，實現(xiàn)待測導線在不垂直于磁傳感器陣列平面時的電流準確測量；傳感器包括安裝底座，安裝底座上設有磁場檢測芯片，磁場檢測芯片采用4個三軸隧道磁阻磁傳感器；沿著安裝底座圓周均勻布置，即三軸隧道磁阻磁傳感器之間間隔90°布置；磁場檢測芯片連接處理電路；其測量方法為三軸隧道磁阻磁傳感器分別測量測點處的磁感應強度；定位導線偏心位置，即計算導線與XOY平面的交點坐標；確定導線傾斜度；計算出四個測點處的電流值取平均值，求得導線的電流值。

技術領域

本發(fā)明涉及電流測量技術領域，具體是一種基于三軸隧道磁阻陣列的電流傳感器及其測量方法。

背景技術

隨著電動汽車的普及，越來越多的充電樁在城市里出現(xiàn)。充電樁內(nèi)的電流傳感器能及時發(fā)現(xiàn)充電樁內(nèi)部漏電、短路等異常情況，避免安全事故發(fā)生，確保充電安全，同時能夠精確測量充電量作為收費依據(jù)，因此充電樁內(nèi)電流的準確測量對電網(wǎng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行十分重要。由于充電樁內(nèi)布線是在密集、狹小的空間內(nèi)，充電樁內(nèi)電流傳感器要滿足體積小，同時具備交直流同測、大動態(tài)范圍、低功耗及響應速度快的特點。但是市面上的電流傳感器體積偏大，無法滿足狹小空間內(nèi)、大動態(tài)范圍及交直流同測需求。所以需要設計一款小型化、交直流同測、寬頻帶、大動態(tài)范圍及高精度的電流傳感器，為不同電流測量場合提供統(tǒng)一解決方案。

無鐵芯電流傳感器以其體積小、動態(tài)范圍大、靈敏度高、頻帶寬、低成本等優(yōu)點在電流測量中得到了廣泛的應用。它不僅可以實現(xiàn)交直流電流同測，而且與印刷電路板工藝結(jié)合，使得體積小簡單易用。同時只需更換磁感應元件就能滿足各種電流測量場合不同靈敏度與線性范圍的需求。但是，近些年來無鐵芯電流傳感器的研究都是基于待測導線垂直于磁傳感器陣列平面的模型，如中國專利CN107015047A公開的一種無鐵芯霍爾電流傳感器，而在現(xiàn)場實際測量中無法保證兩者的嚴格垂直，導線不垂直時引入的電流測量誤差至今沒有被消除。

本發(fā)明所要解決的技術問題是：怎樣克服導線與磁傳感器陣列平面不垂直時引入的電流測量誤差，使導線偏心、傾斜時的電流測量更為準確。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種基于三軸隧道磁阻陣列的電流傳感器及其測量方法，實現(xiàn)待測導線在不垂直于磁傳感器陣列平面時的電流準確測量。

本發(fā)明采用的技術方案：一種基于三軸隧道磁阻陣列的電流傳感器，包括安裝底座，所述的安裝底座上設有磁場檢測芯片，所述的磁場檢測芯片采用4個三軸隧道磁阻磁傳感器；沿著安裝底座圓周均勻布置，即三軸隧道磁阻磁傳感器之間間隔90°布置；所述的磁場檢測芯片連接處理電路。

優(yōu)選的，所述的處理電路包括信號調(diào)理電路和FPGA信號處理器。

優(yōu)選的，所述的安裝底座采用PCB板，安裝底座呈環(huán)形開口結(jié)構(gòu)。

一種基于三軸隧道磁阻陣列的電流傳感器的測量方法，將4個三軸隧道磁阻磁傳感器分別編號為1234，以13連線為X軸，24連線為Y軸，其交點為O，與垂直與XOY平面的Z軸建立坐標系，該方法包括以下步驟：

S1：三軸隧道磁阻磁傳感器分別測量測點處的磁感應強度B_t(B_{x_t},B_{y_t},B_{z_t})；

S2：定位導線偏心位置，即計算導線與XOY平面的交點坐標A₀(x₀,y₀,0)；

S3：確定導線傾斜度；即通過確定m/p，n/p的值來唯一描述載流導線的傾斜度,接著可以更加準確的計算出四個測點處的電流值；

S4：計算出四個測點處的電流值取平均值，求得導線的電流值。

所述的步驟S1的計算方法為：