CN103869151A - 一种基于红外原理的采样电阻实时纠偏补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于红外原理的采样电阻实时纠偏补偿方法，包括：建立补偿模型、采集温度信号值、模型单元中得出修正值、分析计算单元得出纠偏值、纠偏得出实时电流值等步骤，其中，温度采集包括同种多个红外非接触式感温元件，模型单元是在一定时间T内，采集同一温度下对应的多次电阻值后取平均的曲线模型。本发明利用红外温度传感器进行非接触式热辐射测量，采集采样电阻温度，热惯性小，可达千分之一秒；采样电阻阻值与温度漂移曲线关系模型单元，反映了采样电阻在过流、过载、各种恶劣环境温度等各运行状态下阻值的变化范围，涵盖了设备各种运行状态过程，具有过程可比性，能达到精确测量的效果。

Description

一种基于红外原理的采样电阻实时纠偏补偿方法

技术领域

 本发明涉及电力设备参数检测技术领域，尤其涉及一种基于红外原理的采样电阻实时纠偏补偿方法。

背景技术

现行使用较多的电流采样方法有两种，一种是使用电流互感器；另一种是使用采样电阻。前者虽然在大电流检测时表现不错，但由于价格昂贵，尤其是使用精度高的电流互感器制造仪器时，成本往往是制造普通仪器的几倍至十几倍，所以仅适用于使用频率小且对成本没有特殊要求的场合。后者由于造价较低，极具经济实用性，所以普遍适用于各类电气设备参数测量仪器、各类电源、电动工具、驱动电机或产品的电流采样。

    使用采样电阻时，一般需要将电阻放置在需要进行电流采样的位置，通过测量电阻两端的电压值来反馈，进而确定电路中的电流大小。对于一般阻值较小的采样电阻，可以选用现有的低温度系数、高精密度、超低阻值的类型，但是部分电阻，由于采样电压等要求，必须选择大阻值电阻，这样在电阻通电时就会产生热量，越是大电流，电阻发热也越大，那么电阻温度漂移所产生的误差也越大，例如在电气完整性测试时，所用大功率直流电源电流甚至超过20A，温度系数最好的情况下都只能达到±5PPM，如果不对采样电阻进行纠偏补偿，就会对采集的电压及电流准确性产生很大的影响。

申请号为201310296475.5的发明专利，公开了一种红外测温仪温度漂移补偿的方法，是利用温度传感器的函数拟合对红外测温仪的温度漂移现象进行纠偏，属于对红外传感器本身的温漂现象进行修正。本发明进一步地，仅将红外传感器作为检测手段，不借助其他温度变送器等多余外设，利用软件建立的函数曲线来对采样电阻的温度漂移现象进行实时纠偏补偿。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于红外原理的采样电阻实时纠偏补偿方法，它利用非接触式感温手段，实现对采样电阻的温度采集，并通过动态函数模型进行补偿，从而提高电阻及电流测试的精确度。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种基于红外原理的采样电阻实时纠偏补偿方法，包括：

建立补偿模型，即顺次连接采样电阻、温度采集模块及放大电路，并将控制处理模块与三者分别连接；

测量开始后，由所述控制处理模块启动所述温度采集模块，采集代表所述采样电阻温度值的电信号；

将所述温度值通过所述放大电路传送至所述控制处理模块的模型单元中；

将所述模型单元计算出的电阻值作为修正值，实时传送给所述控制处理模块的分析计算单元中；

所述分析计算单元将修正值与实测电阻值进行比较，得出纠偏后的准确电阻值，由此得出精度较高的实时电流值。

所述温度采集模块包括同种多个红外非接触式感温元件。

所述控制处理模块包括模型单元与分析计算单元，所述分析计算单元包括DSP芯片，所述模型单元包括存储动态函数模型的数据存储器。

所述动态函数模型是在一定时间T内，采集同一温度下对应的多次电阻值，然后取其平均值建立相应曲线模型。

所述放大电路包括信号放大器与A/D转换器。

    本发明具有下述优点：

    1、利用红外温度传感器进行非接触式热辐射测量，采集采样电阻温度，热惯性小，可达千分之一秒，能准确采集快速变化的采样电阻温度。

    2、采样电阻阻值与温度漂移曲线关系模型，作为参与计算的采样电阻值参考判据，其在投入应用前通过实验室多次实验采样而建立，反映了采样电阻在过流、过载、各种恶劣环境温度等各运行状态下阻值的变化范围，涵盖了设备各种运行状态过程，具有过程可比性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的工作流程图。

具体实施方式

    实施例一

如图1、图2所示，一种基于红外原理的采样电阻实时纠偏补偿方法，包括：建立补偿模型、采集代表电阻温度的信号值、信号值送模型单元中得出修正值、修正值送分析计算单元得出纠偏值、根据纠偏电阻值得出实时电流值等多个步骤。

首先，要建立补偿模型，先顺次连接采样电阻、温度采集模块及放大电路，其中，温度采集模块包括同种多个红外非接触式感温元件，即红外温度传感器，它们安装在采样电阻周边所设置的固定绝缘板上，能够通过热辐射进行热交换，从而采集采样电阻温度。红外温度传感器可以根据实际空间大小，以设置3至8个为宜，并在固定绝缘板上呈离散式排布，各传感器对外连接均通过屏蔽线号线。

补偿模型还包括控制处理模块，放大电路可以与控制处理模块连接，并向控制处理模块传送数据，控制处理模块分别连接采样电阻与温度采集模块，用来控制采样的启动与停止。

控制处理模块包括模型单元与分析计算单元，分析计算单元的核心在于DSP芯片，主要实现电阻修正值与测量值的比较与计算；模型单元包括存储动态函数模型的数据存储器。

    测量开始之后，由控制处理模块启动温度采集模块，采集代表所述采样电阻温度值的电信号，温度采集模块可以选用SMTIR99XX系列的硅基红外传感器，这种传感器的原理是通过大量的热电偶堆集在底层的硅基上，底层上的高温接点和低温接点通过一层极薄的薄膜隔离它们的热量，高温接点上面的黑色吸收层将入射的放射线转化为热能，由热电效应可知，输出电压与放射线是成比例的。所以，红外温度传感器便能够通过采集到的电压信号值，得出该采样电阻当前的温度值。

随后，将温度值通过放大电路传送至控制处理模块的模型单元中，放大电路包括信号放大器与A/D转换器，由于模型单元所存储的动态函数模型，是在一定时间T内，采集同一温度下对应的多次电阻值，然后取其平均值建立相应曲线模型，其计算过程为数字式，所以需要将红外传感器输出的信号进行放大处理与模数转换，从而方便进入模型计算，例如所选其模型可以为N次曲线，模型为：                                                

，其中，Y为模型返回值，n为采样次数，X与a均为与温度相关的采样常量。这种高次曲线算法模型虽然计算较为复杂，但可以有效克制过流、过载以及各种恶劣环境温度所引起的幅值剧烈变化，能够涵盖设备的各种运行状态过程，具有过程可比性。

在经过该温度-电阻动态模型后，就可以得出电阻值，并可以依据电阻值得出补正修正值，实时传送给控制处理模块的分析计算单元中；分析计算单元的核心在于DSP芯片，由于计算并不复杂，只需要将修正值与实测电阻值进行比较，得出纠偏后的准确电阻值，所以可以选用DSP中的TI2000系列，比如入门级的TMS320LF2407A，或是更进一步的TMS320F2812等，在精度上都可以满足要求，可以使温度系数从传统最佳状态的±5PPM，下降到±1PPM至±2PPM的范围，从而再由欧姆定律与采样电阻的实测电压值，得出精度较高的实时电流值。

实施例二

一种基于红外原理的采样电阻实时纠偏补偿方法，与实施例一的区别在于：所述模型单元所存储的动态函数模型，是在一定时间T内，采集同一温度下对应的多次电阻值，然后取其平均值建立相应动态模型，所选模型为：算术平均值计算函数，即，其中，Y为模型返回值，n为采样次数，x_n为与温度相关的采样常量。该种模型适用于采集电流较稳定，幅值波动变化不大的场合，优点在于计算快捷简便，能有效刻克服温漂。

实施例三

一种基于红外原理的采样电阻实时纠偏补偿方法，与实施例一的区别在于：所述模型单元所存储的动态函数模型，是在一定时间T内，采集同一温度下对应的多次电阻值，然后取其平均值建立相应动态模型，所选模型为：几何平均值计算函数，即

，其中，Y为模型返回值，n为采样次数，x_n为与温度相关的采样常量。该种模型也常适用于电流幅值波动范围不大的场合，尤其适用于波动值趋于连续的场合，但其补偿量一般要比算术平均值小。

实施例四

一种基于红外原理的采样电阻实时纠偏补偿方法，与实施例一的区别在于：所述模型单元所存储的动态函数模型，是在一定时间T内，采集同一温度下对应的多次电阻值，然后取其平均值建立相应动态模型，所选模型为：均方根平均值计算函数，即，其中，Y为模型返回值，n为采样次数，x_n为与温度相关的采样常量。这种模型适用于采样电流呈周期性变化的场合，对处理幅值波动也有很好的效果，但由于涉及有效值原理，所算补偿值往往比实施例二模型所算补偿值稍大。

实施例五

一种基于红外原理的采样电阻实时纠偏补偿方法，与实施例一的区别在于：所述模型单元所存储的动态函数模型，是在一定时间T内，采集同一温度下对应的多次电阻值，然后取其平均值建立相应动态模型，所选模型为：加权平均值计算函数，即

，其中，Y为模型返回值，n为采样次数，w_n与x_n为与温度相关的采样常量。该模型的选用多适合于采样电流波动呈离散型的区域分布，可有效消除单个或多个脉冲型幅值对补偿效果的影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于红外原理的采样电阻实时纠偏补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立补偿模型，即顺次连接采样电阻、温度采集模块及放大电路，并将控制处理模块与三者分别连接；

测量开始后，由所述控制处理模块启动所述温度采集模块，采集代表所述采样电阻温度值的电信号；

将所述温度值通过所述放大电路传送至所述控制处理模块的模型单元中；

将所述模型单元计算出的电阻值作为修正值，实时传送给所述控制处理模块的分析计算单元中；

将所述分析计算单元将修正值与实测电阻值进行比较，得出纠偏后的准确电阻值，由此得出精度较高的实时电流值。

2.如权利要求1所述的采样电阻实时纠偏补偿方法，其特征在于：所述温度采集模块包括同种多个红外非接触式感温元件。

3.如权利要求1所述的采样电阻实时纠偏补偿方法，其特征在于：所述控制处理模块包括模型单元与分析计算单元，所述分析计算单元包括DSP芯片，所述模型单元包括存储动态函数模型的数据存储器。

4.如权利要求1所述的采样电阻实时纠偏补偿方法，其特征在于：所述动态函数模型是在一定时间T内，采集同一温度下对应的多次电阻值，然后取其平均值建立相应曲线模型。

5.如权利要求1所述的采样电阻实时纠偏补偿方法，其特征在于：所述放大电路包括信号放大器与A/D转换器。

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