基于环形隧道磁阻阵列的电流传感器测量电流的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于隧道磁阻阵列的电流传感器测量电流的方法和装置，其中，所述方法包括：采集N个隧道磁阻元件输出的N个电压信号；基于所述N个电压信号，利用基于遗传算法建立的多因素误差模型计算通过待测载流导体的电流值。基于所述电流传感器测量电流的方法和装置采用基于遗传算法的多因素误差模型，能够针对实际应用时待测载流导线并非完全垂直于电流传感器环形平面的情形，实现测量误差的补偿，提高了电流测量的测量精度。提高了电流测量的测量精度。提高了电流测量的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
基于环形隧道磁阻阵列的电流传感器测量电流的方法和装置


[0001]本专利技术涉及电气信息测量
,并且更具体地，涉及一种基于环形隧道磁阻阵列的电流传感器测量电流的方法和装置、存储介质和电子设备。

技术介绍

[0002]磁传感阵列是代替磁传感器加磁芯的有效方式，其基本原理是基于安培电流环路定律，利用围绕在载流导体周围的多个磁传感器测量磁场，磁传感器的加和近似于闭合环路，从而有效抵抗串扰噪声等，增加测量精度。这种方式于1990年提出，利用多个霍尔（Hall）传感器和积分电路针对DIII
‑
D托卡马克装置中的大电流高精度测量进行了研究，同时实现了简单、稳定、低成本和低功耗的电流传感器，但是，霍尔传感器的带宽决定了电流测量带宽；1996年，AMR（Anisotropic Magnetoresistor）阵列被应用到大直流测量方法中，解决了Hall传感器等传统磁传感的敏感度不高而无法检测较小电流的问题，Ripka等在文章中使用了8个Philips KMZ10A1型AMR传感器，实现了5A电流的检测，同时分析了地磁场对检测精度的影响，也指出了传感器一致性的重要性；而后，ABB公司的Bazzocchi团队也开始对磁传感器阵列进行研究，详细介绍了环形磁传感器阵列的基本理论和串扰对其检测精度的影响，同时也提出了一种基于离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform，DFT）的被测电流分离方法；随着AMR传感器的技术发展，Ripka继续在2008年开发了基于AMR的环形阵列电流传感器，在/>±
8A范围内的线性度误差可达
±
0.05%，分辨率为4mA。
[0003]虽然AMR传感器广泛应用于电子罗盘、车辆检测等领域，对比Hall元件，AMR具有更高的灵敏度，但线性范围相对较窄。另外在应用AMR时，需要布置Set/Reset线圈对其进行预设/复位操作，因而制造工艺复杂，线圈结构的引入在增加尺寸的同时也增加了功耗，因而无法在定量磁场测量中广泛应用。
[0004]因此，需要一种技术，能解决基于Hall、AMR的电流传感器存在的测量精度不高、线性区间小、带宽有限等问题。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中基于Hall、AMR的电流传感器存在的测量精度不高、线性区间小、带宽有限等问题，并提高电流传感器测量电流的带宽，精确度，本专利技术提供一种基于环形隧道磁阻阵列的电流传感器测量电流的方法和装置、存储介质和电子设备。
[0006]根据本专利技术实施例的又一个方面，提供一种基于环形隧道磁阻阵列的电流传感器测量电流的方法，所述电流传感器为环形结构，所述环形结构中包括N个隧道磁阻元件，所述方法包括：采集N个隧道磁阻元件输出的N个电压信号；基于所述N个电压信号，利用基于遗传算法建立的多因素误差模型计算通过待测载流导体的电流值。
[0007]可选地，在本专利技术上述方法实施例中，在采集N个隧道磁阻元件输出的N个电压信
号之前还包括利用遗传算法建立多因素误差模型，具体地：构造计算待测载流导体的电流值的非线性方程组，所述非线性方程组中第n个方程V
n
的表达式为：V
n
=f
n
(I，I0，β，α，d
unc
，d
cross
)式中，n为基于环形隧道磁阻阵列的电流传感器中隧道磁阻元件的编号，1≤n≤N，I为拟计算的通过待测载流导体的电流，I0为串扰电流，d
cross
为环形结构圆心到I0的距离，d
unc
为电流传感器至待测载流导体的偏心距离，α为编号是1的隧道磁阻元件到环形结构圆心向量和x轴的夹角，β为待载流导体与电流传感器环形平面的夹角，d
cross
为串扰电流与拟计算的通过待测载流导体的电流的距离，所述方程组V
n
=f
n
(I，I0，β，α，d
unc
，d
cross
)的解为X=(I，I0，β，α，d
unc
，d
cross
)，X∈D，D为实数空间；构造遗传算法中的目标函数F，所述目标函数F的表达式为：；利用所述目标函数F将所述非线性方程组求解转化为利用遗传算法流程寻找最优解X
p
，其中，所述最优解X
p
的表达式为：X
p
=minF(I，I0，β，α，d
unc
，d
cross
)。
[0008]可选地，在本专利技术上述方法实施例中，当构造计算待测载流导体的电流值的非线性方程组，所述非线性方程组中的变量满足下列约束条件：I =
ꢀ‑
I0＜I
max
0≤β＜π/20≤α＜2π/N0≤d
unc
＜rd
cross
＞1.5
×
r式中，I
max
为设置的基于环形隧道磁阻阵列的电流传感器的最大测量电流，由基于环形隧道磁阻阵列的电流传感器的量程和r决定，r为I到环形结构圆心的距离向量。
[0009]根据本专利技术实施例的又一方面，提供一种基于环形隧道磁阻阵列的电流传感器测量电流的装置，所述装置包括：基于环形隧道磁阻阵列的电流传感器，其为环形结构，用于采用N个隧道磁阻元件分别测量通过待测载流导线的电流信号，并将所述电流信号转换成N个电压信号后传输至数据采集单元；数据采集单元，用于接收N个电压信号，并将所述N个电压信号和传输至上位机；上位机，用于接收数据采集单元传输的N个电压信号，并基于所述N个电压信号，利用基于遗传算法建立的多因素误差模型计算通过待测载流导体的电流值。
[0010]可选地，在本专利技术上述装置实施例中，所述装置还包括供电单元，用于为基于环形隧道磁阻阵列的电流传感器提供电源。
[0011]可选地，在本专利技术上述装置实施例中，上位机中包括误差模型单元，用于利用遗传算法建立多因素误差模型，具体地：构造计算待测载流导体的电流值的非线性方程组，所述非线性方程组中第n个方程V
n
的表达式为：
V
n
=f
n
(I，I0，β，α，d
unc
，d
cross
)式中，n为基于环形隧道磁阻阵列的电流传感器中隧道磁阻元件的编号，1≤n≤N，I为拟计算的通过待测载流导体的电流，I0为串扰电流，d
cross
为环形结构圆心到I0的距离，d
unc
为电流传感器至待测载流导体的偏心距离，α为编号是1的隧道磁阻元件到环形结构圆心向量和x轴的夹角，β为待载流导体与电流传感器环形平面的夹角，d
cross
为串扰电流与拟计算的通过待测载流导体的电流的距离，所述方程组V
n
=f
n
(I，I0，β，α，d
unc
，d
cross
)的解为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于环形隧道磁阻阵列的电流传感器测量电流的方法，所述电流传感器为环形结构，所述环形结构中包括N个隧道磁阻元件，其特征在于，所述方法包括：采集N个隧道磁阻元件输出的N个电压信号；基于所述N个电压信号，利用基于遗传算法建立的多因素误差模型计算通过待测载流导体的电流值。2.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在采集N个隧道磁阻元件输出的N个电压信号之前还包括利用遗传算法建立多因素误差模型，具体地：构造计算待测载流导体的电流值的非线性方程组，所述非线性方程组中第n个方程V
n
的表达式为：V
n
=f
n
(I，I0，β，α，d
unc
，d
cross
)式中，n为基于环形隧道磁阻阵列的电流传感器中隧道磁阻元件的编号，1≤n≤N，I为拟计算的通过待测载流导体的电流，I0为串扰电流，d
cross
为环形结构圆心到I0的距离，d
unc
为电流传感器至待测载流导体的偏心距离，α为编号是1的隧道磁阻元件到环形结构圆心向量和x轴的夹角，β为待载流导体与电流传感器环形平面的夹角，d
cross
为串扰电流与拟计算的通过待测载流导体的电流的距离，所述方程组V
n
=f
n
(I，I0，β，α，d
unc
，d
cross
)的解为X=(I，I0，β，α，d
unc
，d
cross
)，X∈D，D为实数空间；构造遗传算法中的目标函数F，所述目标函数F的表达式为：；利用所述目标函数F将所述非线性方程组求解转化为利用遗传算法流程寻找最优解X
p
，其中，所述最优解X
p
的表达式为：X
p
=minF(I，I0，β，α，d
unc
，d
cross
)。3.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当构造计算待测载流导体的电流值的非线性方程组，所述非线性方程组中的变量满足下列约束条件：I =
ꢀ‑
I0＜I
max
0≤β＜π/20≤α＜2π/N0≤d
unc
＜rd
cross
＞1.5
×
r式中，I
max
为设置的基于环形隧道磁阻阵列的电流传感器的最大测量电流，由基于环形隧道磁阻阵列的电流传感器的量程和r决定，r为I到环形结构圆心的距离向量。4.一种基于环形隧道磁阻阵列的电流传感器测量电流的装置，其特征在于，所述装置包括：基于环形隧道磁阻阵列的电流传感器，其为环形结构，用于采用N个隧道磁阻元件分别测量通过待测载流导线的电流信号，并将所述电流信号转换成N个电压信号后传输至数据采集单元；数据采集单元，用于接收N个电压信号，并将所述标N个电压信号和传输至上位机；上位机，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：于浩，毕建刚，袁帅，杜非，邵明鑫，许渊，弓艳朋，付德慧，常文治，王广真，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：