CN112666509A - 一种适用于磁敏电流传感器的补偿***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于磁敏电流传感器的补偿***：激励信号生成回路包括基准信号源和激励回路，基准信号源用于生成激励电流；多个激励回路均匀对称地安装于测量线圈，将激励电流和一次电流生成的磁场进行叠加后通过电阻接地；测量回路包括测量线圈和放大电路，测量线圈测量由一次电流和激励电流叠加后生成的磁场，并输出电信号至放大电路；通过放大电路将电信号进行放大，并将放大后的电信号转换为数字信号；信号处理单元包括分解单元和处理单元，分解单元用于通过计算将接收到的数字信号分离为激励信号和一次信号；处理单元基于激励信号和一次信号确定磁敏电阻芯片的实时误差数据，基于误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组。
Description
技术领域
本发明涉及电流测量技术领域，更具体地，涉及一种适用于磁敏电流传感器的补偿***及方法。
背景技术
电流测量是电力***最重要的基础支撑技术之一，直接关联电气设施的控制、保护、计量等***。常用电流测量装置包括有霍尔电流传感器、隧道磁电阻电流传感器等，通过测量载流导体生成的磁场来计算一次电流。然而，随着传感器的使用，磁电阻会产生老化，对测量结果产生影响，为此需要在磁敏电阻电流传感器中设计老化补偿单元，提高电流测量的准确性和稳定性。加入老化补偿单元的电流测量装置从原理上具备更优秀的量测性能，适用于直流配电网、电动汽车直流充电桩、舰船飞机等应用场景。
因此，需要一种技术，以实现对磁敏电流传感器的进行老化补偿。
发明内容
本发明技术方案提供一种用于磁敏电流传感器的补偿***及方法，以解决如何对磁敏电流传感器的进行老化补偿的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种适用于磁敏电流传感器的补偿***，所述补偿***包括：激励信号生成回路、测量回路、信号处理单元和补偿绕组；
所述激励信号生成回路包括基准信号源和激励回路，所述基准信号源用于生成激励电流；多个所述激励回路均匀对称地安装于测量线圈，将所述激励电流和一次电流生成的磁场进行叠加，通过所述激励回路将叠加生成的电信号通过电阻接地；
所述测量回路包括测量线圈和放大电路，所述测量线圈测量所述测量线圈内由一次电流和所述激励电流叠加后生成的磁场，并输出电信号至所述放大电路；通过所述放大电路将所述电信号进行放大，并将放大后的电信号转换为数字信号；
所述信号处理单元包括分解单元和处理单元，所述分解单元用于通过计算将接收到的所述数字信号分离为激励信号和一次信号；所述处理单元基于所述激励信号和所述一次信号确定磁敏电阻芯片的实时误差数据，基于所述误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组。
优选地，所述测量线圈测量所述测量线圈内由一次电流和所述激励电流叠加后生成的磁场，包括：所述测量线圈通过磁敏电阻芯片测量所述测量线圈内由一次电流和所述激励电流叠加后生成的磁场。
优选地，所述磁敏电阻芯片的数量为偶数，并且相邻的多个所述磁敏电阻芯片之间的间距相同。
优选地，所述处理单元基于所述激励信号和所述一次信号确定磁敏电阻芯片的实时误差数据，基于所述误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组，包括：
基于所述一次信号计算反馈电流；
将所述反馈电流与回路增益和传感器设计变比进行对比，确定磁敏电阻芯片的实时误差数据；
基于所述误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组。
优选地，所述补偿绕组缠绕在所述测量线圈上，接受所述反馈电流与所述调节电流的叠加电流，将所述测量线圈内的磁场维护在零磁通状态，并输出磁敏电流传感器的感应电流。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种适用于磁敏电流传感器的补偿方法，所述补偿方法包括：
建立补偿***，所述补偿***包括激励信号生成回路、测量回路、信号处理单元和补偿绕组；其中，激励信号生成回路包括基准信号源和激励回路；所述测量回路包括测量线圈和放大电路；所述信号处理单元包括分解单元和处理单元；
通过所述基准信号源生成激励电流；将多个所述激励回路均匀对称地安装于测量线圈，将所述激励电流和一次电流生成的磁场进行叠加，通过所述激励回路将叠加生成的电信号通过电阻接地；
通过所述测量线圈测量所述测量线圈内由一次电流和所述激励电流叠加后生成的磁场，并输出电信号至所述放大电路；通过所述放大电路将所述电信号进行放大，并将放大后的电信号转换为数字信号；
通过所述分解单元计算将接收到的所述数字信号分离为激励信号和一次信号；所述处理单元基于所述激励信号和所述一次信号确定磁敏电阻芯片的实时误差数据，基于所述误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组。
优选地，所述测量线圈测量所述测量线圈内由一次电流和所述激励电流叠加后生成的磁场，包括：所述测量线圈通过磁敏电阻芯片测量所述测量线圈内由一次电流和所述激励电流叠加后生成的磁场。
优选地，所述磁敏电阻芯片的数量为偶数，并且相邻的多个所述磁敏电阻芯片之间的间距相同。
优选地，所述处理单元基于所述激励信号和所述一次信号确定磁敏电阻芯片的实时误差数据，基于所述误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组，包括：
基于所述一次信号计算反馈电流；
将所述反馈电流与回路增益和传感器设计变比进行对比，确定磁敏电阻芯片的实时误差数据；
基于所述误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组。
优选地，所述补偿绕组缠绕在所述测量线圈上，接受所述反馈电流与所述调节电流的叠加电流，将所述测量线圈内的磁场维护在零磁通状态，并输出磁敏电流传感器的感应电流。
本发明技术方案提供一种适用于磁敏电流传感器的补偿***及方法，补偿***包括：激励信号生成回路、测量回路、信号处理单元和补偿绕组；激励信号生成回路包括基准信号源和激励回路，基准信号源用于生成激励电流；多个激励回路均匀对称地安装于测量线圈，将激励电流和一次电流生成的磁场进行叠加，通过激励回路将叠加生成的电信号通过电阻接地；测量回路包括测量线圈和放大电路，测量线圈测量测量线圈内由一次电流和激励电流叠加后生成的磁场，并输出电信号至放大电路；通过放大电路将电信号进行放大，并将放大后的电信号转换为数字信号；信号处理单元包括分解单元和处理单元，分解单元用于通过计算将接收到的数字信号分离为激励信号和一次信号；处理单元基于激励信号和一次信号确定磁敏电阻芯片的实时误差数据，基于误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组。本发明技术方案实现了对磁敏电阻的老化误差进行自动补偿，能够提高电流传感器的准确性和稳定性。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施方式的一种适用于磁敏电流传感器的补偿***结构图；
图2为根据本发明优选实施方式的信号处理单元原理示意图；以及
图3为根据本发明优选实施方式的一种适用于磁敏电流传感器的补偿方法流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的一种适用于磁敏电流传感器的补偿***结构图。本发明实施方式用于霍尔电流传感器、隧道磁电阻电流传感器等应用于电力***的磁敏电阻传感器。本发明针对磁敏电流传感器现存技术的不足，提出了适用于磁敏电流传感器的老化补偿单元，老化补偿单元由激励信号生成回路、测量回路、信号处理单元和补偿绕组组成。本发明的激励信号生成回路在测量线圈内为若干个激励回路对称分布，有助于减小激励电流在圆环圆心的位置误差。本发明的测量回路能够感应到激励电流和一次电流生成的叠加磁场，并将叠加磁场的测量信号数字化，有助于后续的信号处理。本发明的信号处理单元将从组合信号中提取出激励电流引发的信号分量，根据已知的激励电流确定磁敏芯片是否产生了老化误差；本发明的补偿绕组根据误差值进行反馈电流的矫正。本发明有助于磁敏电流传感器在器件老化的情况下保持良好的工作性能。应用本发明可以研制出在电力***、电动汽车、精密仪器、芯片制造等广泛领域需求的高精度电流传感器。本发明实现了对磁敏电阻的老化误差进行自动补偿，可以提高电流传感器的准确性和稳定性。
如图1所示，本发明提供一种适用于磁敏电流传感器的补偿***，补偿***包括：激励信号生成回路、测量回路、信号处理单元和补偿绕组。
图1中，1为测量线圈、2为偶数块(以8块为例)并联输出的磁敏电阻芯片(其距离环形外壳的圆心距离相同，且相邻芯片的间距相同)、3为补偿绕组、4为对称安装的激励回路(以4条为例)，激励回路从测量线圈内出来后通过电阻接地。
本发明提供一种适用于磁敏电流传感器的老化补偿单元，由激励信号生成回路、测量回路、信号处理单元和补偿绕组组成。
激励信号生成回路包括基准信号源和激励回路，基准信号源用于生成激励电流；多个激励回路均匀对称地安装于测量线圈，将激励电流和一次电流生成的磁场进行叠加，通过激励回路将叠加生成的电信号通过电阻接地。
本发明的激励信号生成回路由基准信号源和激励回路组成。本发明的基准信号源负责产生特异波形的低频激励电流。本发明的若干激励回路均匀对称安装于测量线圈内，将基准信号源产生的激励电流与原输入一次电流生成的磁场叠加，激励回路合并后再通过电阻接地。
测量回路包括测量线圈和放大电路，测量线圈测量测量线圈内由一次电流和激励电流叠加后生成的磁场，并输出电信号至放大电路；通过放大电路将电信号进行放大，并将放大后的电信号转换为数字信号。优选地，测量线圈测量测量线圈内由一次电流和激励电流叠加后生成的磁场，包括：测量线圈通过磁敏电阻芯片测量测量线圈内由一次电流和激励电流叠加后生成的磁场。优选地，磁敏电阻芯片的数量为偶数，并且相邻的多个磁敏电阻芯片之间的间距相同。
本发明的测量回路由测量线圈和放大电路组成。本发明的测量线圈通过磁敏电阻芯片测到测量线圈内由一次电流和激励电流叠加生成的磁场，输出电压。本发明的放大电路放大电压，并转换成相应的数字信号。
信号处理单元包括分解单元和处理单元，分解单元用于通过计算将接收到的数字信号分离为激励信号和一次信号；处理单元基于激励信号和一次信号确定磁敏电阻芯片的实时误差数据，基于误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组。
优选地，处理单元基于激励信号和一次信号确定磁敏电阻芯片的实时误差数据，基于误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组，包括：
基于一次信号计算反馈电流；
将反馈电流与回路增益和传感器设计变比进行对比，确定磁敏电阻芯片的实时误差数据；
基于误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组。
优选地，补偿绕组缠绕在测量线圈上，接受反馈电流与调节电流的叠加电流，将测量线圈内的磁场维护在零磁通状态，并输出磁敏电流传感器的感应电流。
本发明的补偿绕组缠绕在测量线圈上，接受反馈电流与调节电流的叠加电流，将测量线圈内的磁场维持在零磁通状态，并输出相应电流作为磁敏电流传感器的输出。
本发明的信号处理单元由分解单元和处理单元组成。本发明的分解单元将激励信号和一次信号通过计算进行分离。本发明的处理单元将激励信号部分用于计算磁敏传感器测量回路整体增益，一次信号部分用于计算反馈电流，并根据回路增益与传感器预设变比进行对比，可以确定磁敏电阻芯片的实时误差。基于此误差数据，可以计算出相应的调节电流输入补偿绕组。如图2所示。
本发明提出的适用于磁敏电流传感器的老化补偿单元，由激励信号生成回路、测量回路、信号处理单元和补偿绕组组成。本发明的激励信号生成回路在测量线圈内为若干个激励回路对称分布，有助于减小激励电流在圆环圆心的位置误差；本发明的测量回路能够感应到激励电流和一次电流生成的叠加磁场，并将叠加磁场的测量信号数字化，有助于后续的信号处理；本发明的信号处理单元将从组合信号中提取出激励电流引发的信号分量，根据已知的激励电流确定磁敏芯片是否产生了老化误差；本发明的补偿绕组根据误差值进行反馈电流的矫正。本发明有助于磁敏电流传感器在器件老化的情况下保持良好的工作性能。应用本发明可以研制出在电力***、电动汽车、精密仪器、芯片制造等广泛领域需求的高精度电流传感器。
利用这种老化补偿***的磁敏电流传感器测量电流时有如下步骤：
步骤1：如附图1所示的待测载流导体中通过一定的电流，待测电流产生方向为缠绕导体轴线的磁场；
步骤2：如附图1所示的基准电流源产生特异波形的低频激励电流，通过测量线圈内部均匀分布的4条激励回路，基准电流生产磁场与待测电流生产的磁场叠加，随后激励回路通过电阻接地。均匀对称分布的激励回路可减少基准电流的位置误差；
步骤3：如附图1所示的测量线圈中安装的8块均匀分布的磁敏电阻芯片感应到磁场，输出测量电压，通过放大电路放大并转换为数字信号；
步骤4：如附图2所示的信号处理单元接收到测量信号，分解单元将其中的激励信号部分和一次信号部分通过计算进行分离。处理单元将激励信号部分用于计算磁敏传感器测量回路整体增益，一次信号部分用于计算反馈电流，并根据回路增益与传感器预设变比进行对比，可以确定磁敏电阻芯片的实时老化误差。基于此误差数据，可以计算出相应的调节电流输入补偿绕组；
步骤5：如附图1所示的补偿绕组通入一定的反馈电流，反馈电流在补偿绕组中产生与待测电流磁场方向相反的磁场，使测量线圈处于零磁通环境。通过测量电阻测得由补偿绕组中流过的补偿电流，可计算出待测载流导体流过的电流。
图3为根据本发明优选实施方式的一种适用于磁敏电流传感器的补偿方法流程图。如图3所示，本发明提供一种适用于磁敏电流传感器的补偿方法，补偿方法包括：
步骤301：建立补偿***，补偿***包括激励信号生成回路、测量回路、信号处理单元和补偿绕组；其中，激励信号生成回路包括基准信号源和激励回路；测量回路包括测量线圈和放大电路；信号处理单元包括分解单元和处理单元。
本发明提供一种适用于磁敏电流传感器的老化补偿单元，由激励信号生成回路、测量回路、信号处理单元和补偿绕组组成。
步骤302：通过基准信号源生成激励电流；将多个激励回路均匀对称地安装于测量线圈，将激励电流和一次电流生成的磁场进行叠加，通过激励回路将叠加生成的电信号通过电阻接地。
本发明的激励信号生成回路由基准信号源和激励回路组成。本发明的基准信号源负责产生特异波形的低频激励电流。本发明的若干激励回路均匀对称安装于测量线圈内，将基准信号源产生的激励电流与原输入一次电流生成的磁场叠加，激励回路合并后再通过电阻接地。
步骤303：通过测量线圈测量测量线圈内由一次电流和激励电流叠加后生成的磁场，并输出电信号至放大电路；通过放大电路将电信号进行放大，并将放大后的电信号转换为数字信号；优选地，测量线圈测量测量线圈内由一次电流和激励电流叠加后生成的磁场，包括：测量线圈通过磁敏电阻芯片测量测量线圈内由一次电流和激励电流叠加后生成的磁场。优选地，磁敏电阻芯片的数量为偶数，并且相邻的多个磁敏电阻芯片之间的间距相同。
本发明的测量回路由测量线圈和放大电路组成。本发明的测量线圈通过磁敏电阻芯片测到测量线圈内由一次电流和激励电流叠加生成的磁场，输出电压。本发明的放大电路放大电压，并转换成相应的数字信号。
步骤304：通过分解单元计算将接收到的数字信号分离为激励信号和一次信号；处理单元基于激励信号和一次信号确定磁敏电阻芯片的实时误差数据，基于误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组。
优选地，处理单元基于激励信号和一次信号确定磁敏电阻芯片的实时误差数据，基于误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组，包括：
基于一次信号计算反馈电流；
将反馈电流与回路增益和传感器设计变比进行对比，确定磁敏电阻芯片的实时误差数据；
基于误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组。
优选地，补偿绕组缠绕在测量线圈上，接受反馈电流与调节电流的叠加电流，将测量线圈内的磁场维护在零磁通状态，并输出磁敏电流传感器的感应电流。
本发明的补偿绕组缠绕在测量线圈上，接受反馈电流与调节电流的叠加电流，将测量线圈内的磁场维持在零磁通状态，并输出相应电流作为磁敏电流传感器的输出。
本发明的信号处理单元由分解单元和处理单元组成。本发明的分解单元将激励信号和一次信号通过计算进行分离。本发明的处理单元将激励信号部分用于计算磁敏传感器测量回路整体增益，一次信号部分用于计算反馈电流，并根据回路增益与传感器预设变比进行对比，可以确定磁敏电阻芯片的实时误差。基于此误差数据，可以计算出相应的调节电流输入补偿绕组。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个//该[装置、组件等]”都被开放地解释为装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (10)
1.一种适用于磁敏电流传感器的补偿***，所述补偿***包括：激励信号生成回路、测量回路、信号处理单元和补偿绕组；
所述激励信号生成回路包括基准信号源和激励回路，所述基准信号源用于生成激励电流；多个所述激励回路均匀对称地安装于测量线圈，将所述激励电流和一次电流生成的磁场进行叠加，通过所述激励回路将叠加生成的电信号通过电阻接地；
所述测量回路包括测量线圈和放大电路，所述测量线圈测量所述测量线圈内由一次电流和所述激励电流叠加后生成的磁场，并输出电信号至所述放大电路；通过所述放大电路将所述电信号进行放大，并将放大后的电信号转换为数字信号后发送至所述信号处理单元；
所述信号处理单元包括分解单元和处理单元，所述分解单元用于将接收到的所述数字信号分离为激励信号和一次信号；所述处理单元基于所述激励信号和所述一次信号确定磁敏电阻芯片的实时误差数据，基于所述误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组。
2.根据权利要求1所述的***，所述测量线圈测量所述测量线圈内由一次电流和所述激励电流叠加后生成的磁场，包括：所述测量线圈通过磁敏电阻芯片测量所述测量线圈内由一次电流和所述激励电流叠加后生成的磁场。
3.根据权利要求2所述的***，所述磁敏电阻芯片的数量为偶数，并且相邻的多个所述磁敏电阻芯片之间的间距相同。
4.根据权利要求1所述的***，所述处理单元基于所述激励信号和所述一次信号确定磁敏电阻芯片的实时误差数据，基于所述误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组，包括：
基于所述一次信号计算反馈电流；
将所述反馈电流与回路增益和传感器设计变比进行对比，确定磁敏电阻芯片的实时误差数据；
基于所述误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组。
5.根据权利要求4所述的***，所述补偿绕组缠绕在所述测量线圈上，接受所述反馈电流与所述调节电流的叠加电流，将所述测量线圈内的磁场维护在零磁通状态，并输出磁敏电流传感器的感应电流。
6.一种适用于磁敏电流传感器的补偿方法，所述补偿方法包括：
建立补偿***，所述补偿***包括激励信号生成回路、测量回路、信号处理单元和补偿绕组；其中，激励信号生成回路包括基准信号源和激励回路；所述测量回路包括测量线圈和放大电路；所述信号处理单元包括分解单元和处理单元；
通过所述基准信号源生成激励电流；将多个所述激励回路均匀对称地安装于测量线圈，将所述激励电流和一次电流生成的磁场进行叠加，通过所述激励回路将叠加生成的电信号通过电阻接地；
通过所述测量线圈测量所述测量线圈内由一次电流和所述激励电流叠加后生成的磁场，并输出电信号至所述放大电路；通过所述放大电路将所述电信号进行放大，并将放大后的电信号转换为数字信号后发送至所述信号处理单元；
通过所述信号处理单元的分解单元将接收到的所述数字信号分离为激励信号和一次信号；所述处理单元基于所述激励信号和所述一次信号确定磁敏电阻芯片的实时误差数据，基于所述误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组。
7.根据权利要求1所述的方法，所述测量线圈测量所述测量线圈内由一次电流和所述激励电流叠加后生成的磁场，包括：所述测量线圈通过磁敏电阻芯片测量所述测量线圈内由一次电流和所述激励电流叠加后生成的磁场。
8.根据权利要求7所述的方法，所述磁敏电阻芯片的数量为偶数，并且相邻的多个所述磁敏电阻芯片之间的间距相同。
9.根据权利要求6所述的方法，所述处理单元基于所述激励信号和所述一次信号确定磁敏电阻芯片的实时误差数据，基于所述误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组，包括：
基于所述一次信号计算反馈电流；
将所述反馈电流与回路增益和传感器设计变比进行对比，确定磁敏电阻芯片的实时误差数据；
基于所述误差数据，确定调节电流输入的补偿绕组。
10.根据权利要求9所述的方法，所述补偿绕组缠绕在所述测量线圈上，接受所述反馈电流与所述调节电流的叠加电流，将所述测量线圈内的磁场维护在零磁通状态，并输出磁敏电流传感器的感应电流。
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|---|---|---|---|
| CN202110002897.1A CN112666509A (zh) | 2021-01-04 | 2021-01-04 | 一种适用于磁敏电流传感器的补偿***及方法 |
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| CN202110002897.1A CN112666509A (zh) | 2021-01-04 | 2021-01-04 | 一种适用于磁敏电流传感器的补偿***及方法 |
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| CN112666509A true CN112666509A (zh) | 2021-04-16 |
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| CN (1) | CN112666509A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113252960A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-08-13 | 南京工程学院 | 一种适用于直流配电网电流传感器的外磁场干扰抑制方法 |
| CN113447699A (zh) * | 2021-09-01 | 2021-09-28 | 中国电力科学研究院有限公司 | 隧道磁电阻环形阵列电流传感器及电流测量方法 |
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2021
- 2021-01-04 CN CN202110002897.1A patent/CN112666509A/zh active Pending
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| CN113447699A (zh) * | 2021-09-01 | 2021-09-28 | 中国电力科学研究院有限公司 | 隧道磁电阻环形阵列电流传感器及电流测量方法 |
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