CN102062807B - 电流测量装置及电流测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电流测量系统及电流测量方法，其中，电流测量系统包括：两个或两个以上磁场传感器，等距分布于被测导体的外侧，每个磁场传感器用于获取流经被测导体的电流所产生的感应磁场的磁场强度；信号处理模块，经信号传输部与各个信号传输模块连接，将所获取的每个磁场强度进行线性累加，基于累加所获得的累加磁场强度计算被测导体内的电流值。本发明降低导体的形状对获取的磁场强度的影响，并且降低了外部电流源对测量结果的影响。因此，解决了利用现有技术的电流测量方式测量电路时，测量中的干扰因素没有规律性，无法进行补偿，进而导致了测量的重复精度较低的问题。

Description

电流测量装置及电流测量方法

技术领域

本发明涉及测试测量领域，尤其涉及一种电流测量装置及电流测量方法。

背景技术

在高压高功率直流或交流电力传输中，用光学的方法测量高压传输线上的电流受到了广泛的关注，基于光纤技术的各类光电电流互感器的研发和应用已得到了国际间广泛的重视。

在高压高功率直流或交流电力传输中，主要利用法拉第效应等磁光效应实现测量高压传输线上的电流。

磁场和电流的对应关系的对应关系如式(1)所示：

式中左边是导体中的电流，右边是磁场强度的闭环积分。

但是在现有技术中，利用法拉第效应等磁光效应实现测量高压传输线上的电流，大多测量导体的局部磁场。采用现有技术中的这种测量方式测量高压传输线上的电流时，磁场和电流的关系往往会被外界不确定因素干扰，如高压传输线的接线方式，外部电流等，从而会导致测量中的干扰因素没有规律性，无法进行补偿，进而导致了测量的重复精度较低。

发明内容

本发明旨在提供一种电流测量装置及电流测量方法，以解决利用现有技术的电流测量方式测量电路时，测量中的干扰因素没有规律性，无法进行补偿，进而导致了测量的重复精度较低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电流测量装置，包括：两个或两个以上磁场传感器，等距分布于被测导体的外侧，每个磁场传感器用于获取流经被测导体的电流所产生的感应磁场的磁场强度；信号处理模块，经信号传输部与各个信号传输模块连接，将所获取的每个磁场强度进行线性累加，基于累加所获得的累加磁场强度计算流经被测导体的电流值。

进一步地，电流测量装置还包括：导磁体，设置于相邻的两个或两个以上磁场传感器之间。

进一步地，磁场传感器为磁光电流传感器。

进一步地，信号传输部包括：多条光纤，光纤的数量与磁场传感器的数量相同，其中每条光纤的输入端与对应的磁场传感器的输出端连接，每条光纤的输出端与信号处理模块连接。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电流测量方法，包括：利用等距分布于被测导体外侧的多个磁场传感器获取流经被测导体的电流所产生的感应磁场的磁场强度；接收经信号传输部传输的每个磁场强度，并将所获取的每个磁场强度进行线性累加；基于累加所获得的累加磁场强度计算被测导体内的电流值。

应用本发明的技术方案，通过将两个或两个以上磁场传感器，等距分布于被测导体的外侧，就可以降低导体的形状对获取的磁场强度的影响。且由于线性累加得到的累加磁场强度与通过圆周积分得到磁场以及被测电流构成精确正比关系，则利用信号处理模块将各个磁场传感器的磁场信号进行线性累加，形成累加磁场强度，并根据累加磁场强度得到流经导体中的电流值，就可以降低外部电流源对测量结果的影响。因此，解决了利用现有技术的电流测量方式测量电路时，测量中的干扰因素没有规律性，无法进行补偿，进而导致了测量的重复精度较低的问题。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施例一的电流测量装置的截面结构框图；

图2示出了本发明实施例一的电流测量装置中被测导体10具有干扰的情况的示意图；以及

图3示出了本发明实施例二的电流测量装置的截面结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

下面结合图1及图2详细说明本发明的实施例一。

图1示出了本发明实施例一的电流测量装置的截面结构框图。如图1所示，本实施例中的电流测量装置为具有包含四个磁场传感器的电流测量装置。

本实施例中示出的电流测量装置包括：四个磁场传感器11、信号传输部12以及信号处理模块13。

其中，四个磁场传感器11等距分布于被测导体10的外侧，每个磁场传感器11用于获取流经被测导体10的电流所产生的感应磁场的磁场强度；信号传输部12用于将多个磁场传感器11检测到的磁场信号传输到信号处理模块13中；信号处理模块13经信号传输部12与各个信号传输模块连接，将所获取的每个磁场强度进行线性累加，基于累加所获得的累加磁场强度计算被测导体10内的电流值。且在本实施例中采用的磁场传感器11为磁光电流传感器，因此如图1所示，本实施例中的传输部12为多条光纤，其中每条光纤的输入端与对应的磁场传感器11的输出端连接，每条光纤的输出端与信号处理模块13连接。

而且如图1所示，本实施例中磁场传感器11被安装于同一平面内，该平面与被测导体10的截面重叠，而且，磁场传感器11均匀分布在相对于被测导体10的中心等距离的圆周上。在本实施例中，四个磁场传感器11的相邻的角距为90°。即本实施例中的四个磁场传感器11均匀分布在相对于电流中心等距离的圆周上，每个磁场传感器11的测量方向沿着所述圆周的切向，四个磁场传感器11的测量方向呈顺时针方向或者逆时针方向。

且本实施例中所采用的磁场传感器11既可以获取到磁场的幅值，又可以获取到磁场的方向，因此，磁场传感器11测到的磁场强度正比于被测点磁场在传感器测量方向k上的投射值，即磁场与k的矢量点乘值。

当被测导体10中具有电流时，每个磁场传感器11测得的磁场值跟流经被测电流导体10的电流相关，还可能跟被测导体10的形态和其他外部的电流源有关。

图2示出了本实施例中被测导体10具有干扰的情况的示意图。如图2所示，被测导体10的形态可能如实线所示的10A，也可能如虚线所示的10B，当然也可能有其他的情况。且被测导体10的外围可能有其它电流源存在，如图2中所示的I₂。

被测导体10检测到的信号与干扰信号的关系，如式(2)所示：

S_i＝c_iI₁+ξ_iI₂(2)

式中，i代表磁场传感器11的序号，Si代表各个传感器测到的信号，I₁代表被测电流，I₂代表干扰电流，c_i表示磁场传感器11与被测电流I₁的相关性，ξ_i代表磁场传感器11与外围电流I₂的相关性。但是，c_i和ξ_i并不是一个固定的参数，它们与被测导体的形态有关。通过有限元仿真会发现，如图2中示出的10A和10B两种情况，会使磁场传感器11具有两个不同的c_i值。

将四个磁场传感器11测得的信号累加，得到多个磁场传感器获取的磁场信号如式(3)所示：

$S=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{S}_i=I_1\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{c}_i+I_2\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ξ}}_i---\left(3\right)$

经过有限元对电磁分布的仿真分析发现，当传感器的数目增加时，累加和

会趋近于一个恒定的常数值c，而与导体10的形态越来越不相关。由于磁场传感器既可以获取到磁场的幅值，又可以获取到磁场的方向，则等距分布于被测导体10外侧的磁场传感器11，当四个磁场传感器11的测量方向呈顺时针方向或者逆时针方向时，累加后的磁场强度就可以部分的抵消干扰电流对磁场传感器11的影响，当传感器的数目足够大时，外围电流对传感器的影响将近似等于零。

因此，信号处理模块13将从四个磁场传感器11得到的信号进行滤波处理，滤除其他的干扰信号后，将各个磁场传感器11的磁场信号进行线性累加，形成累加磁场强度，并根据累加磁场强度与被测电流间的正比关系得到导体10中的电流值。通过采用本实施例中的结构，就可以降低导体的形状以及外界电流源对测量结果的影响。且由于线性累加得到的累加磁场强度与通过圆周积分得到磁场以及被测电流构成精确正比关系。当采用的传感器数目越多时，正比关系确定度越高，该比例关系越不受外部电流源和导体的形态影响。因此，解决了利用现有技术的电流测量方式测量电路时，测量中的干扰因素没有规律性，无法进行补偿，进而导致了测量的重复精度较低的问题。

在本实施例中，当采用四个磁场传感器11时，通过将磁场传感器11获取的磁场强度进行线性累加得到累加磁场强度，并基于累加磁场强度分析运算来进行电流测量，就可以实现常规的电流测量精度的要求。

本实施例仅给出了磁场传感器为四个的情况，当传感器的数目增加时，测量精度会进一步提高。传感器的设置方式与四个传感器的设置方式相似，将多个传感器等距分布于被测导体10的外侧即可。

下面结合图3详细说明本发明的实施例二。

图3示出了本发明实施例二的电流测量装置的截面结构框图。如图3所示，与实施例一不同的是，本实施例中采用了三个磁场传感器11，且在三个磁场传感器11中间均设置有导磁体14。

即导磁体14的数量与磁场传感器11的数量相匹配，且设置于各均匀分布的磁场传感器11之间。

由于导磁体14之间具有磁场传感器11，导磁体14、磁场传感器11以及导磁体14与磁场传感器11间的空气间隙构成低磁导间隙。当导磁体14的截面相对与低磁导间隙的尺寸足够大时，相邻的磁场传感器11附近的磁场分布会比较均匀。采用本实施例中的结构，就会使被测点的磁场强度与多个磁场传感器11所形成的圆周上所有的点的磁场强度建立了较强的相关性，从而形成了一个磁阻较小且环绕被测电流的磁环路，使得有限数量测点的磁场和与整个闭合圆周积分的磁场和构成了精确的对应关系。同时，由于的低磁导间隙的存在，导磁体14并不会因为被置于过大的电流的附近而饱和。

本实施例中，信号处理模块13对每个磁场传感器11获取的磁场强度进行处理的方式与实施例一相同，在此不再赘述。

且加入导磁体14后，由于环绕被测导体的相对小磁阻的通道的关系，磁传感器11测到的磁场值跟环路上各点的磁场的相关性得到了加强，而跟导体的形态和外围电流的相关性得到了削弱，这样使用多个磁传感器11，且传感器数量增加到一定量时，累加和趋近于一个恒定值c，且与导体的形态越来越不相关；另一方面，累加和

越来越趋近于零，即受外围电流的影响越来越小。

因此由于设置了导磁体14，实现相同的测量精度，在本实施例中需要的磁场传感器的数量比实施例一中的磁场传感器的数量少。

在本发明的上述实施例中，磁场传感器11可以是磁光传感器也可以是其它类型，同时，磁场传感器11不单可以感知磁场的幅值，且具有方向性，如图1以及图2中示出的测量方向k。此时，磁场传感器11传感器测到的信号正比于被测点磁场在传感器测量方向k上的投射值，即磁场与k的矢量点乘值。

并且在本发明的上述实施例中，信号传输部12根据传感器头的类型确定。例如，在本发明的上述实施例中，当磁场传感器为磁光型时，信号传输部12为多条光纤。

本发明还提供了一种电流测量方法，包括：

利用等距分布于被测导体10外侧的多个磁场传感器11获取流经被测导体10的电流所产生的感应磁场的磁场强度；

接收经信号传输部12传输的每个磁场强度，并将所获取的每个磁场强度进行线性累加；

基于累加所获得的累加磁场强度计算被测导体10内的电流值。

具体的电流测量方法在介绍电流测量装置时已有详细介绍，在此不再详细描述。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

通过将两个或两个以上磁场传感器，等距分布于被测导体的外侧，就可以降低导体的形状对获取的磁场强度的影响。且由于线性累加得到的累加磁场强度与通过圆周积分得到磁场以及被测电流构成精确正比关系，则利用信号处理模块将各个磁场传感器的磁场信号进行线性累加，形成累加磁场强度，并根据累加磁场强度得到流经导体中的电流值，就可以降低外部电流源对测量结果的影响。因此，解决了利用现有技术的电流测量方式测量电路时，测量中的干扰因素没有规律性，无法进行补偿，进而导致了测量的重复精度较低的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电流测量装置，其特征在于，包括：

两个或两个以上磁场传感器(11)，等距分布于被测导体(10)的截面外侧，每个磁场传感器(11)用于获取流经所述被测导体(10)的电流所产生的感应磁场的磁场强度；

信号处理模块(13)，经信号传输部(12)与各个所述磁场传感器(11)连接，将所获取的每个所述磁场强度进行线性累加，基于累加所获得的累加磁场强度计算流经所述被测导体(10)的电流值；

导磁体(14)，设置于相邻的所述两个或两个以上磁场传感器(11)之间。

2.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述磁场传感器(11)为磁光电流传感器。

3.根据权利要求2所述的电流测量装置，其特征在于，所述信号传输部(12)包括：

多条光纤，所述光纤的数量与所述磁场传感器(11)的数量相同，其中每条光纤的输入端与对应的磁场传感器(11)的输出端连接，每条光纤的输出端与所述信号处理模块(13)连接。

4.一种电流测量方法，其特征在于，包括：

利用等距分布于被测导体(10)截面外侧的多个磁场传感器(11)获取流经所述被测导体(10)的电流所产生的感应磁场的磁场强度，其中相邻的所述多个磁场传感器(11)之间设置有导磁体(14)；

接收经信号传输部(12)传输的每个所述磁场强度，并将所获取的每个所述磁场强度进行线性累加；

基于累加所获得的累加磁场强度计算所述被测导体(10)内的电流值。

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