CN115469249A - 一种考虑激励电流影响的霍尔传感器温漂修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种考虑激励电流影响的霍尔传感器温漂修正方法，包括以下步骤：A、在实验室测试获取不同电流、不同温度下的霍尔传感器电流测量结果；B、基于步骤A获取的霍尔传感器电流测量结果，计算霍尔传感器对温度的敏感系数；C、基于步骤A获取的霍尔传感器电流测量结果，计算霍尔传感器对电流的敏感系数；D、根据步骤B和步骤C计算的温度和电流敏感系数，对霍尔传感器的测量结果进行修正；本发明所提供的一种考虑激励电流影响的霍尔传感器温漂修正方法，通过求得霍尔传感器的温度敏感系数和电流敏感系数，对霍尔传感器的温漂进行修正，不需要额外增加温漂修正电路，即可解决霍尔传感器的温漂问题。

Description

一种考虑激励电流影响的霍尔传感器温漂修正方法

技术领域

本发明涉及轨道交通与变压器直流偏磁技术领域，具体是一种考虑激励电流影响的霍尔传感器温漂修正方法。

背景技术

轨道交通牵引电源为直流电流，牵引的直流电流较大，可达数千安，由于轨道交通轨道对地不是完全绝缘的，导致一部分牵引的直流电流未沿回流轨回到电源负极，这部分电流称作为杂散电流。当电网变压器中性点直接接地时，杂散电流可能会流入电网变电器中性点，导致变压器出现直流偏磁，影响变压器的正常运行。为了分析评估轨道交通杂散电流对电网变压器直流偏磁的影响，需城市电网变压器直流偏磁电流进行同步监测。

因城市轨道交通动力牵引供电***杂散电流而引发的直流偏磁大小及分布，受具体地域条件、轨道、电源、电网等多因素影响，具有小尺度、小范围、频次高、周期性、叠加性等特点。而传统的变压器直流偏磁电流具有大尺度、大范围、缓变性等特点。

为对城市交通牵引供电***杂散电流引发的直流偏磁电流进行同步监测，一般结合城市变电站中性点接地扁钢的现场安装条件，可采用霍尔传感器或电阻式传感器。霍尔传感器的核心部件为霍尔元件，霍尔元件对温度敏感，当环境温度变化时，会产生明显的温漂现象，霍尔元件对温度的敏感程度可定义为温度敏感系数；此外，当采用闭口式霍尔元件时，需要在霍尔元件上施加反向的激励电流来抵消待测电流产生的磁场，施加的反向电流同时也会导致霍尔元件发热，进行间接产生温漂，这种由于激励电流产生的温漂可以定义为霍尔元件的电流敏感系数。

申请号为“201710365025.5”的中国发明专利，公开了一种霍尔电流传感器的温度补偿方法，将温度补偿作为控制量引入反馈回路，实现对霍尔电流传感器的温度补偿，所述霍尔电流传感器的温度补偿具体通过三个电路实现，其分别为实现反馈信号与输入信号的加法运算的加法器电路、将NTC热敏电阻作为运放电路中负反馈电阻得到与传感器温漂反相的控制信号的温度补偿电路。申请号为“202010446483.3”的中国发明公开了一种霍尔传感器温度漂移补偿电路，当霍尔传感器的工作环境温度发生变化时，对霍尔传感器的温度漂移进行实时的补偿，通过增大或减小霍尔器件的偏置电流来增大或减小霍尔电压，从而实现对霍尔传感器温度漂移的补偿。申请号为“202010726854.3”的中国发明专利公开了一种两霍尔磁电编码器及其角度值温漂补偿方法，属于磁电编码器制造技术领域。编码器位于电机底部，霍尔元件正对着磁钢，由此利用霍尔元件对磁电模拟信号进行采集，两路霍尔信号经过模数转换解算出d-q轴磁电信号。针对温度漂移问题本发明提出了一种两霍尔磁电编码器角度值温漂补偿方法，当电机持续工作引起环境温度升高时，霍尔传感器的磁感应系数增加，从而使霍尔传感器采集到的电压信号幅值高于校准状态下的电压幅值，从而使查角度值表无法得到准确的结果，这时对实际电压信号进行补偿，而后查表得到准确角度值。

申请号为“201710365025.5”和“202010446483.3”发明专利均是通过额外增加温漂修正电流来对温漂进行修正，申请号为“202010726854.3”的修正方法是通过对实际的电压信号进行补偿，且上述3个发明专利所提的方法均只考虑了环境温度变换对霍尔传感器的影响，并未考虑闭式霍尔传感器激励电流所间接产生的温漂效应，不适用于在测量直流偏磁电流时进行温漂修正。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供一种考虑激励电流影响的霍尔传感器温漂修正方法，通过求得霍尔传感器的温度敏感系数和电流敏感系数，进而拟合得到霍尔传感器的温漂修正公式，对霍尔传感器的温漂进行修正，该修正公式同时考虑了温度、激励电流所间接产生的温漂效应的影响，可解决霍尔传感器的温漂问题。

本发明采用的技术方案为：

一种考虑激励电流影响的霍尔传感器温漂修正方法，包括以下步骤：

A、在实验室测试获取不同电流、不同温度下的霍尔传感器电流测量结果；

B、基于步骤A获取的霍尔传感器电流测量结果，计算霍尔传感器对温度的敏感系数；

C、基于步骤A获取的霍尔传感器电流测量结果，计算霍尔传感器对电流的敏感系数；

D、根据步骤B和步骤C计算的温度和电流敏感系数，对霍尔传感器的测量结果进行修正。

进一步的，步骤A中在实验室测试获取不同电流、不同温度下的霍尔传感器电流测量结果，具体为：

1)将霍尔传感器置于恒温箱内，电流发生器输出一个直流，霍尔传感器测量该直流，测量结果通过电流监测装置显示。保持直流电源的输出为恒定值I₀，假设恒温箱可调节的温度范围为[T_min,T_max]，调节恒温箱的温度，共进行K次测量，每次测量的温度不一样，每次测量的总时长为N秒，测量结果可记为[P₁,P₂,…,P_K]，其中P_k表示第k次的测量结果，

其中T_k表示第k次测量时的恒温箱的温度，I_k,n表示第k次测量时第n秒电流监测装置的读数，1≤k≤K，1≤n≤N。

2)保持恒温箱的温度不变，改变直流电流源的输出电流大小，其范围为[I_min,I_max]，记录不同输入电流大小下的霍尔传感器电流测试结果，若共进行M组测试，保持每组测试的温度不变，每组测试中电流均变化Q次，其中第次电流可记为I_q，测试结果为

其中S_m,q表示第m组测试时，电流为I_q的测试结果，共记录N秒的测试结果，

其中I_m,q,n表示第m组测试时，电流为I_q，第n秒时电流监测装置的读数；1≤m≤M，1≤q≤Q，1≤n≤N。

进一步的，步骤B中基于步骤A获取的霍尔传感器电流测量结果，计算霍尔传感器对温度的敏感系数，具体为：

对步骤A中获取的测量结果[P₁,P₂,…,P_K]进行如下处理：

以第k次测量结果为例，第k次的测量结果为：

计算第k次测量的直流电流的平均值

对所有K次测量结果均完成上述计算，可以得到处理后的结果为：

将TP中的数据输入Origin进行线性拟合，其中I_k,ave作为y轴数据，T_k作为x轴数据；线性拟合结果如下所示：

I＝a₁T+b₁ (1)

其中a₁为霍尔传感器的温度敏感系数，b₁为拟合结果中的截距

进一步的，步骤C中基于步骤A获取的霍尔传感器电流测量结果，计算霍尔传感器对电流的敏感系数，具体为：

对步骤A中获取的测量结果

进行如下处理：

以第q列测试结果为例

计算

所有行的电流均值

完成所有行的计算，得到处理后的结果为

将TS_q输入Origin进行线性拟合，其中I_m,q,ave作为y轴数据，T_m作为x轴数据；线性拟合结果如下所示：

I＝c_qT+d_q (2)

其中c_q为霍尔传感器的温度敏感系数，d_q为直流电源输出电流I_q时拟合结果中的截距

对所有列的数据均完成上述的处理，可以得到矩阵

对矩阵ID进行进一步的线性拟合，其中I_q作为x轴数据，d_q作为y轴数据；拟合结果为

d＝e₁I+f₁ (3)

其中e₁为霍尔传感器的电流敏感系数，f₁为拟合结果中的截距

进一步的，步骤D中根据步骤B和步骤C计算的温度和电流敏感系数，对霍尔传感器的测量结果进行修正，具体为：

综合式(1)和(3)求得的参数得到霍尔传感器电流测量结果的修正公式为：

I_test＝a₁T_test+e₁I_rea+f₁

其中a₁为霍尔传感器的温度敏感系数，e₁为霍尔传感器的电流敏感系数，f₁为常亮，T_test测试时的环境温度，I_test测试时监测装置的读数，I_rea修正后的霍尔传感器测量结果。

本发明提供一种考虑激励电流影响的霍尔传感器温漂修正方法，通过求得霍尔传感器的温度敏感系数和电流敏感系数，对霍尔传感器的温漂进行修正，不需要额外增加温漂修正电路，即可解决霍尔传感器的温漂问题。

附图说明

图1是本发明一种考虑激励电流影响的霍尔传感器温漂修正方法其中一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1，为本发明一种考虑激励电流影响的霍尔传感器温漂修正方法其中一个实施例的示意图，所述方法包括以下步骤：

A、在实验室测试获取不同电流、不同温度下的霍尔传感器电流测量结果，具体为：

1)如图1所示，将霍尔传感器置于恒温箱内，电流发生器输出一个直流，霍尔传感器测量该直流，测量结果通过电流监测装置显示。保持直流电源的输出为恒定值I₀，假设恒温箱可调节的温度范围为[T_min,T_max]，调节恒温箱的温度，共进行K次测量，每次测量的温度不一样，每次测量的总时长为N秒，测量结果可记为[P₁,P₂,…,P_K]，其中P_k表示第k次的测量结果，

其中T_k表示第k次测量时的恒温箱的温度，I_k,n表示第k次测量时第n秒电流监测装置的读数，1≤k≤K，1≤n≤N。

2)如图1所示，保持恒温箱的温度不变，改变直流电流源的输出电流大小，其范围为[I_min,I_max]，记录不同输入电流大小下的霍尔传感器电流测试结果。若共进行M组测试，保持每组测试的温度不变，每组测试中电流均变化Q次，其中第次电流可记为I_q。测试结果为

其中S_m,q表示第m组测试时，电流为I_q的测试结果，共记录N秒的测试结果，

其中I_m,q,n表示第m组测试时，电流为I_q，第n秒时电流监测装置的读数；1≤m≤M，1≤q≤Q，1≤n≤N。

B、基于步骤A获取的霍尔传感器电流测量结果，计算霍尔传感器对温度的敏感系数，具体为：

对步骤A中获取的测量结果[P₁,P₂,…,P_K]进行如下处理：

以第k次测量结果为例，第k次的测量结果为：

计算第k次测量的直流电流的平均值

对所有K次测量结果均完成上述计算，可以得到处理后的结果为：

将TP中的数据输入Origin进行线性拟合，其中I_k,ave作为y轴数据，T_k作为x轴数据；线性拟合结果如下所示：

I＝a₁T+b₁ (1)

其中a₁为霍尔传感器的温度敏感系数，b₁为拟合结果中的截距。

C、基于步骤A获取的霍尔传感器电流测量结果，计算霍尔传感器对电流的敏感系数，具体为：

对步骤A中获取的测量结果

进行如下处理：

以第q列测试结果为例

计算

所有行的电流均值

完成所有行的计算，得到处理后的结果为

将TS_q输入Origin进行线性拟合，其中I_m,q,ave作为y轴数据，T_m作为x轴数据；线性拟合结果如下所示：

I＝c_qT+d_q (2)

其中c_q为霍尔传感器的温度敏感系数，d_q为直流电源输出电流I_q时拟合结果中的截距。

对所有列的数据均完成上述的处理，可以得到矩阵

对矩阵ID进行进一步的线性拟合，其中I_q作为x轴数据，d_q作为y轴数据；拟合结果为

d＝e₁I+f₁ (3)

其中e₁为霍尔传感器的电流敏感系数，f₁为拟合结果中的截距。

D、根据步骤B和步骤C计算的温度和电流敏感系数，对霍尔传感器的测量结果进行修正，具体为：

综合式(1)和(3)求得的参数得到霍尔传感器电流测量结果的修正公式为：

I_test＝a₁T_test+e₁I_rea+f₁

其中a₁为霍尔传感器的温度敏感系数，e₁为霍尔传感器的电流敏感系数，f₁为常亮，T_test测试时的环境温度，I_test测试时监测装置的读数，I_rea修正后的霍尔传感器测量结果。

下面以一个具体实施例对本发明的技术方案和效果进行详细说明：

步骤A中，按图1的方式分别进行不同温度、不同电流下的测试。测试的方案如下表1及表2所示。

表1不同温度下霍尔传感器电流测量结果

步骤B中，根据步骤A的测试结果，计算霍尔传感器的温度敏感系数，如表3所示：

表3不同温度下霍尔传感器测量的电流的平均值

温度/℃	传感器测量电流的平均值/A
		-10	-1.067709028
-5	-0.6411892
		0	0.02748675
5	0.707890074
		10	1.43964432
15	2.143350094
		20	2.852394935
25	3.559354557
		30	4.221164625
35	4.822333462
		40	5.204235636
45	5.860564457
		50	6.491377667
55	7.144634231

拟合得到I＝0.12881T+0.15644，因此霍尔传感器的温度敏感系数为0.12881。

步骤C中，根据步骤A的测试结果，计算霍尔传感器的电流敏感系数，如表4所示：

表4不同电流下温度敏感系数拟合时对应的截距

电流I/A	对应电流的截距d
		2	-2.5722
5	0.24537
		10	5.26818
20	15.70725
		30	25.78759

拟合得到d＝1.01862I-4.7623，因此霍尔传感器的电流敏感系数为1.01862。

步骤D中，根据步骤B和步骤C计算的温度和电流敏感系数，对霍尔传感器的测量结果进行修正。

I_test＝0.12881T_test+1.01862I_real-4.7623

如表5所示为修正公式的计算结果与电流源输入电流，可以看到最大误差为-2.3％，最小误差为-0.15％。误差在可以接受的范围，表明了本发明所提方法的有效性。

表5温漂修正公式计算结果

测试温度/℃	电流源输入电流/A	修正公式计算结果/A	监测装置读数/A	误差/％
					-5	10.058	9.823700618	4.600267923	-2.3
-5	2.088	2.084729799	-3.282802532	-0.15
					-5	20.153	19.91594767	14.88043262	-1.17
-5	30.147	29.91608133	25.06676877	-0.77

本发明提供一种考虑激励电流影响的霍尔传感器温漂修正方法，通过求得霍尔传感器的温度敏感系数和电流敏感系数，对霍尔传感器的温漂进行修正，不需要额外增加温漂修正电路，即可解决霍尔传感器的温漂问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种考虑激励电流影响的霍尔传感器温漂修正方法，其特征在于包括以下步骤：

A、在实验室测试获取不同电流、不同温度下的霍尔传感器电流测量结果；

B、基于步骤A获取的霍尔传感器电流测量结果，计算霍尔传感器对温度的敏感系数；

C、基于步骤A获取的霍尔传感器电流测量结果，计算霍尔传感器对电流的敏感系数；

D、根据步骤B和步骤C计算的温度和电流敏感系数，对霍尔传感器的测量结果进行修正。

2.如权利要求1所述的一种考虑激励电流影响的霍尔传感器温漂修正方法，其特征在于：步骤A中在实验室测试获取不同电流、不同温度下的霍尔传感器电流测量结果，具体为：

1)将霍尔传感器置于恒温箱内，电流发生器输出一个直流，霍尔传感器测量该直流，测量结果通过电流监测装置显示；保持直流电源电源的输出为恒定值I₀，假设恒温箱可调节的温度范围为[T_min,T_max]，调节恒温箱的温度，共进行K次测量，每次测量的温度不一样，每次测量的总时长为N秒，测量结果记为[P₁,P₂,…,P_K]，其中P_k表示第k次的测量结果，

其中T_k表示第k次测量时的恒温箱的温度，I_k,n表示第k次测量时第n秒电流监测装置的读数，1≤k≤K，1≤n≤N；

2)保持恒温箱的温度不变，改变直流电流源的输出电流大小，其范围为[I_min,I_max]，记录不同输入电流大小下的霍尔传感器电流测试结果，若共进行M组测试，保持每组测试的温度不变，每组测试中电流均变化Q次，其中第次电流记为I_q，测试结果为

其中S_m,q表示第m组测试时，电流为I_q的测试结果，共记录N秒的测试结果，

其中I_m,q,n表示第m组测试时，电流为I_q，第n秒时电流监测装置的读数；1≤m≤M，1≤q≤Q，1≤n≤N。

3.如权利要求1所述的一种考虑激励电流影响的霍尔传感器温漂修正方法，其特征在于：步骤B中基于步骤A获取的霍尔传感器电流测量结果，计算霍尔传感器对温度的敏感系数，具体为：

对步骤A中获取的测量结果[P₁,P₂,…,P_K]进行如下处理：

以第k次测量结果为例，第k次的测量结果为：

计算第k次测量的直流电流的平均值

对所有K次测量结果均完成上述计算，得到处理后的结果为：

将TP中的数据输入Origin进行线性拟合，其中I_k,ave作为y轴数据，T_k作为x轴数据；线性拟合结果如下所示：

I＝a₁T+b₁ (1)

其中a₁为霍尔传感器的温度敏感系数，b₁为拟合结果中的截距。

4.如权利要求3所述的一种考虑激励电流影响的霍尔传感器温漂修正方法，其特征在于：步骤C中基于步骤A获取的霍尔传感器电流测量结果，计算霍尔传感器对电流的敏感系数，具体为：

对步骤A中获取的测量结果

进行如下处理：

以第q列测试结果为例

计算

所有行的电流均值

完成所有行的计算，得到处理后的结果为

将TS_q输入Origin进行线性拟合，其中I_m,q,ave作为y轴数据，T_m作为x轴数据；线性拟合结果如下所示：

I＝c_qT+d_q (2)

其中c_q为霍尔传感器的温度敏感系数，d_q为直流电源输出电流I_q时拟合结果中的截距；

对所有列的数据均完成上述的处理，得到矩阵

对矩阵ID进行进一步的线性拟合，其中I_q作为x轴数据，d_q作为y轴数据；拟合结果为

d＝e₁I+f₁ (3)

其中e₁为霍尔传感器的电流敏感系数，f₁为拟合结果中的截距。

5.如权利要求4所述的一种考虑激励电流影响的霍尔传感器温漂修正方法，其特征在于：步骤D中根据步骤B和步骤C计算的温度和电流敏感系数，对霍尔传感器的测量结果进行修正，具体为：

综合式(1)和(3)求得的参数得到霍尔传感器电流测量结果的修正公式为：

I_test＝a₁T_test+e₁I_rea+f₁

其中a₁为霍尔传感器的温度敏感系数，e₁为霍尔传感器的电流敏感系数，f₁为常亮，T_test测试时的环境温度，I_test测试时监测装置的读数，I_rea修正后的霍尔传感器测量结果。

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