CN111323639B - 一种基于磁探头的电流测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁探头的电流测量装置及测量方法，该装置包括被测电流导体、磁探头、磁偏置结构以及可编程芯片；被测电流导体具有第一轴线、第二轴线以及第三轴线；被测电流导体上设置有贯穿孔，贯穿孔的贯穿方向与第三轴线平行，且贯穿孔在第一截面上的垂直投影沿第一轴线对称；至少一个贯穿孔的中心位置位于第一轴线上；和/或，每两个贯穿孔的中心位置沿第一轴线对称；磁探头设置于贯穿孔内且与可编程芯片电连接，磁探头的敏感中心位置位于第一截面上，磁探头在第一截面上的垂直投影关于第一轴线对称；磁偏置结构设置于贯穿孔内，磁偏置结构的充磁方向与磁探头的敏感方向垂直。该装置具有尺寸小、测量精度高及高适配性的优点。

Description

一种基于磁探头的电流测量装置及测量方法

技术领域

本发明实施例涉及电流测量技术，尤其涉及一种基于磁探头的电流测量装置及测量方法。

背景技术

电流测量在电力系统、风电、光伏、变频器、牵引机车、电动汽车、化学冶金等行业普遍存在而且十分重要，目前常用的电流测量装置有分流器、电流互感器、霍尔电流传感器以及磁通门电流传感器等。

其中，分流器在低频、小幅值电流测量上表现出极高的精度和较快的响应速度，但存在无法从本质上改善的高频特性差和温度漂移严重的问题，且不能进行电流隔离测量。

电流互感器、霍尔电流传感器、磁通门电流传感器可实现电流的隔离测量，但需要借助聚磁环结构放大磁场提高测量精度，测量电流时，被测电流导体需要穿过测量装置中心孔，导致测量装置的体积依赖被测电流导体的尺寸，大电流测量时测量装置更是体积庞大，价格昂贵，使其广泛应用受到限制。而且，不同被测电流导体尺寸需要不同的测量装置，限制了单一测量装置的应用范围。同时，上述测量装置依托聚磁环汇集电流所产生的磁场，却无法对测量点的磁场进行精准有效的控制和利用。

发明内容

本发明实施例提供一种基于磁探头的电流测量装置及测量方法，该装置具有尺寸小、测量精度高以及高适配性的优点。

本发明实施例提供的一种基于磁探头的电流测量装置包括：被测电流导体、磁探头、磁偏置结构以及可编程芯片；

被测电流导体具有第一轴线、第二轴线以及第三轴线，第一轴线平行于被测电流导体的电流方向，第二轴线与第一轴线相互垂直且构成第一截面，第三轴线垂直于第一截面；

被测电流导体上设置有贯穿孔，贯穿孔的贯穿方向与第三轴线平行，且贯穿孔在第一截面上的垂直投影沿第一轴线对称；

至少一个贯穿孔的中心位置位于第一轴线上；和/或，每两个贯穿孔的中心位置沿第一轴线对称；

磁探头设置于贯穿孔内且与可编程芯片电连接，磁探头的敏感中心位置位于第一截面上，且磁探头在第一截面上的垂直投影关于第一轴线对称；

磁偏置结构设置于贯穿孔内，磁偏置结构的充磁方向与磁探头的敏感方向垂直；

磁探头用于获取通入被测电流导体的被测电流所产生的磁场信号，将磁场信号转换为电压信号并传输至可编程芯片；可编程芯片用于对电压信号进行处理以得到目标电压信号，目标电压信号与被测电流相对应。

可选的，贯穿孔在第一截面上的垂直投影沿第二轴线对称。

可选的，在第一轴线所在方向上，被测电流导体的长度L₁和贯穿孔的长度L₂满足L₁≥3L₂。

可选的，该装置还包括电路板；

磁探头包括M组磁阻传感器，每组磁阻传感器包括N对磁阻元件，磁阻元件设置于电路板上，且每对磁阻元件在第一截面的垂直投影沿第一轴线对称，每对磁阻元件的敏感方向平行且相反；其中，M和N均为正整数，且M≥1，N≥1。

可选的，磁偏置结构和磁阻元件设置于电路板的同一侧；和/或，

磁偏置结构和磁阻元件分别位于电路板相对的两侧。

可选的，贯穿孔在第一截面上的垂直投影的形状包括矩形、圆形和椭圆形的任一种。

可选的，被测电流导体为金属，且沿垂直于第一轴线的截面的截面形状包括矩形和圆形中的任一种。

可选的，磁偏置结构为永磁体，永磁体的材料包括钕铁硼、钐钴、铝镍钴和铁氧体中的任一种。

可选的，可编程芯片包括：温度补偿单元、非线性补偿单元和运算放大器；

温度补偿单元与磁探头电连接，非线性补偿单元电连接于温度补偿单元和运算放大器之间；

温度补偿单元用于对磁探头输出的电压信号进行温度补偿，以得到初级电压信号；

非线性补偿单元用于对初级电压信号进行非线性补偿，以得到次级电压信号；

运算放大器用于对次级电压信号进行线性放大，以得到目标电压信号。

本发明实施例还提供了一种基于磁探头的电流测量方法，采用上述电流测量装置执行，该电流测量方法包括：

将被测电流导体接入被测电流；

磁探头获取被测电流所产生的磁场信号，将磁场信号转换为电压信号并传输至可编程芯片；

可编程芯片对电压信号进行处理以得到目标电压信号，其中，目标电压信号与被测电流相对应。

本发明实施例通过在被测电流导体上设置沿第一轴线镜像对称的贯穿孔，使得被测电流导体通入被测电流后，沿第一轴线对称的两部分被测电流导体具有相同的电流强度，通过在贯穿孔内设置磁探头，以检测被测电流导体产生的磁场并将磁场信号转换为电压信号，利用可编程芯片对电压信号进行处理以得到与被测电流相对应的目标电压信号，由此可根据目标电压信号确定被测电流的幅值和相位等信息。本发明实施例中，磁探头设置于被测电流导体的贯穿孔内，实现了对测量点的磁场的利用，提高了测量装置的抗外磁场干扰能力，从而提高了测量结果的准确性。另外，由于本发明实施例无需聚磁环结构，故而彻底摆脱了被测电流导体尺寸对电流测量装置体积的限制，使得该测量装置能够适用于不同的应用环境，提高了测量装置的适配性和实用性，且有利于实现测量装置的微型化设计。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种被测电流导体的三维结构示意图；

图2a-图2c是本发明实施例提供的被测电流导体及其贯穿孔的设置方式示意图；

图3是本发明实施例提供的一种电流测量装置的结构示意图；

图4a是与图2a所示设置方式相对应的磁场分布示意图；

图4b是与图2b所示设置方式相对应的磁场分布示意图；

图5a和图5b分别是本发明实施例提供的另两种被测电流导体及其贯穿孔的设置方式示意图；

图6是本发明实施例提供的又一种被测电流导体及其贯穿孔的设置方式示意图；

图7是本发明实施例提供的一种磁探头的设置方式示意图；

图8a-图8c是本发明实施例提供的磁偏置结构的设置方式示意图；

图9是本发明实施例提供的一种可编程芯片的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的一种电流测量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种被测电流导体的三维结构示意图，以示意被测电流导体的轴线布局；图2a-图2c是本发明实施例提供的被测电流导体及其贯穿孔的设置方式示意图，提供了几种贯穿孔的设置方式；图3是本发明实施例提供的一种电流测量装置的结构示意图，与图2c所示贯穿孔的设置方式相对应。下面结合图1-图3介绍本发明实施例提供的电流测量装置及其工作原理。

参见图3，电流测量装置10包括被测电流导体、磁探头、磁偏置结构300以及可编程芯片400；参见图1，被测电流导体100具有第一轴线01、第二轴线02以及第三轴线03，第一轴线01平行于被测电流导体100的电流方向I，第二轴线02与第一轴线01相互垂直且构成第一截面，第三轴线03垂直于第一截面；被测电流导体100上设置有贯穿孔101，贯穿孔101的贯穿方向与第三轴线03平行，且贯穿孔101在第一截面上的垂直投影沿第一轴线01对称；参见图2a-图2c，至少一个贯穿孔的中心位置位于第一轴线01上；和/或，每两个贯穿孔的中心位置沿第一轴线01对称；参见图3，磁探头设置于贯穿孔内且与可编程芯片400电连接，磁探头的敏感中心位置位于第一截面上，且磁探头在第一截面上的垂直投影关于第一轴线01对称；磁偏置结构300设置于贯穿孔内，磁偏置结构300的充磁方向301与磁探头的敏感方向垂直；磁探头用于获取通入被测电流导体100的被测电流所产生的磁场信号，将磁场信号转换为电压信号并传输至可编程芯片400；可编程芯片400用于对电压信号进行处理以得到目标电压信号，目标电压信号与被测电流相对应。

其中，被测电流即通入被测电流导体的电流，该电流的幅值以及相位等信息与待测线路的电流信息一致。被测电流导体可串联接入待测线路中，电流测量装置通过检测被测电流导体的电流信息以获取待测线路的电流信息。可选的，被测电流导体为金属，且沿垂直于第一轴线01的截面的截面形状包括矩形和圆形中的任一种。示例性的，图1中被测电流导体100的截面形状为矩形，采用图1所示三维结构的被测电流导体100可使贯穿孔101的加工更为简单。

本发明实施例基于安培定律和毕奥-萨伐尔定律，对被测电流导体通电流后周围的磁场分布进行了对称性分析，由此得到以下技术方案——通过在被测电流导体特定位置设置贯穿孔以改变电流走势，进而改变贯穿孔内磁场分布形态，利用磁探头检测贯穿孔内的磁场强度，以实现对被测电流导体电流的精确测量。

需要说明的是，图1仅示出了被测电流导体100上设置有一个贯穿孔101的结构示例图，本实施例中，贯穿孔101的数量可以为一个或多个，示例性的，图2a-图2c均为被测电流导体的第一截面结构示意图，分别提供了不同数量的贯穿孔的设置方式。

第一种，参见图2a，被测电流导体100设置有一个贯穿孔101a，该贯穿孔101a沿第一轴线01镜像对称，且该贯穿孔101a的中心均位于第一轴线01上。需要说明的是，当贯穿孔的中心位于第一轴线01时，为使贯穿孔的截面形状沿第一轴线01对称，需要贯穿孔的截面形状为规则形状，例如，矩形、圆形或椭圆形等。

需要说明的是，图2a仅以一个贯穿孔为例进行说明，在不考虑成本的情况下，还可以设置多个贯穿孔，使所有贯穿孔的中心位置均位于第一轴线上，且所有贯穿孔均沿第一轴线镜像对称。

第二种，参见图2b，被测电流导体100设置有两个贯穿孔101b和101c，两个贯穿孔101b和101c的截面形状沿第一轴线01对称，且两个贯穿孔101b和101c的中心位置沿第一轴线01对称。此设置方式下，两个贯穿孔101b和101c的截面形状可以为规则形状或不规则形状，只要两个贯穿孔沿第一轴线01镜像对称即可。

需要说明的是，图2仅以两个贯穿孔为例进行说明，而非限定。在其他实施方式中，还可以沿与第二轴线02平行的方向上，设置多对沿第一轴线镜像对称的贯穿孔。此外，还可以沿第一轴线间隔设置多对关于第一轴线镜像对称的贯穿孔。

第三种，参见图2c，被测电流导体100设置有三个贯穿孔101a、101b和101c，三个贯穿孔101a、101b和101c的在第一截面上的垂直投影沿第一轴线01对称，其中贯穿孔101a的中心位置位于第一轴线01上，另外两个贯穿孔101b和101c的中心位置沿第一轴线01对称。此设置方式为上述两种设置方式的叠加，具体可参照上文对图2a和图2b所示设置方式的解释，在此不再赘述。由此可以看出，无论设置多少个贯穿孔，均遵循贯穿孔在第一截面上的垂直投影沿第一轴线01对称这一原则，不同设置方式之间的区别在于，不同数量的贯穿孔，其设置位置（中心位置）不同。

在此需要说明的是，图2a-图2c根据贯穿孔的位置差异对贯穿孔做了不同的附图标记，以示区分，在后续附图中，相同位置的贯穿孔延用相同的附图标记。贯穿孔的设置方式可采用上述3种方式中的任一种，本发明实施例对此不作限定。

另外需要说明的是，通过缩放贯穿孔的孔径可以调整相应测量位置的磁场大小，本领域技术人员可根据实际需求自行设定贯穿孔的孔径大小，在此不做限定。

如前所述，由于贯穿孔的设置，改变了被测电流导体的电流走势，从而使贯穿孔内分布有磁场，通过探测贯穿孔内的磁场强度即可确定被测电流导体通入的电流。为便于理解本发明实施例的技术方案，下面先分别以图2a和图2b所示贯穿孔的设置方式为例，分析贯穿孔内的磁场分布情况，以得到贯穿孔内磁探头的设置方式。

图4a是与图2a所示设置方式相对应的磁场分布示意图，示出了贯穿孔101a内沿垂直于第一轴线01（电流方向I）的截面的磁场分布情况，图中以虚线表示磁感线。从图4a可以看出，被测电流导体被贯穿孔101a局部分割为导体100a和100b两部分，两部分导体的电流方向均为I。电流在被测电流导体周围产生的磁场方向为B，在贯穿孔101a靠近导体100a部分的磁场方向为B1，在贯穿孔100a靠近导体100b部分的磁场方向为B2。由于贯穿孔101a沿第一轴线01（第三轴线03）镜像对称设置，使得沿第一轴线01对称的两部分导体100a和100b具有相同的电流强度，根据叠加原理，贯穿孔101a沿第三轴线03的总磁场强度为零，沿第三轴线03两侧的磁场对称且等大反向，形成磁场差分结构。

图4b是与图2b所示设置方式相对应的磁场分布示意图，示出了贯穿孔101b和101c内沿垂直于第一轴线01（电流方向I）的截面的磁场分布情况，图中以虚线表示磁感线。从图4b可以看出，被测电流导体被贯穿孔101b和贯穿孔101c局部分割为导体100c、100d和100e三部分，三部分导体的电流方向均为I，电流在被测电流导体周围产生的磁场方向为B，在贯穿孔101b内产生的磁场方向为B3，在贯穿孔101c内产生的磁场方向为B4，由于贯穿孔101b和101c沿第一轴线01（第三轴线03）镜像对称设置，根据叠加原理，贯穿孔101b和贯穿孔101c内的磁场沿第三轴线03对称且等大反向，形成磁场差分结构。通过上述分析可以得到，沿第三轴线03镜像对称的贯穿孔内的磁场分布同样关于第三轴线03对称，且等大反向。据此，可以在贯穿孔内设置磁探头，以构成差分磁探头，获取贯穿孔内的磁场强度，根据磁场强度实现被测电流导体电流的测量。由于图2c所示的贯穿孔设置方式涵盖了图2a和图2b所示的贯穿孔的设置方式，而图3所示电流测量装置与图2c所示贯穿孔设置方式相对应，因此，下面仅以图3所示电流测量装置为例详细介绍本发明实施例的技术方案，在其余贯穿孔的设置方式（图2a和图2b）下，电流测量装置的结构可参照图3进行设计。

参见图3，被测电流导体被贯穿孔101a、101b和101c分割为100c、100a、100b和100e四部分导体，根据上文对贯穿孔内磁场分布的分析可知，贯穿孔101a内靠近导体100a的磁场方向为B1，贯穿孔101a内靠近导体100b的磁场方向为B2，贯穿孔101b内磁场方向为B3，贯穿孔101c内磁场方向为B4。本实施例中，磁探头由多个对磁敏感的器件200a、200b、200c和200d构成，所有器件构成的磁探头在第一截面上的垂直投影关于第一轴线01对称，或者说，磁探头在图3所示截面上关于第三轴线03镜像对称，从而形成差分磁探头，以获取通入100c、100a、100b和100e四部分导体的电流所产生的感应磁场叠加后的磁场，并将磁场信号转换为电压信号输出，通过可编程芯片400对电压信号进行进一步处理，以得到表征被测电流的目标电压信号。示例性的，磁探头通过电路板500与可编程芯片400电连接，后续将对磁探头以及可编程芯片400的构成做详细说明，在此不再赘述。

同理，对于图2a所示贯穿孔的设置方式，磁探头可由器件200a和200b构成；对于图2b所示贯穿孔的设置方式，磁探头可由器件200c和200d构成，其具体工作原理与图3所示结构相同，在此不再赘述。

此电流测量装置还具有良好的抵抗外界磁场干扰能力，下面以仅设置贯穿孔101a为例分析其原理。参见图3，当被测电流测量装置仅设置贯穿孔101a时，器件200a和200b构成差分磁探头，以探测贯穿孔101a内的磁场强度。图中B’表示外界干扰磁场的方向，当贯穿孔101a存在外界干扰磁场时，将导致器件200a感受的磁场为导体100a和100b通过电流产生的感应磁场叠加与外界干扰磁场的和，而器件200b感受的磁场为导体100a和100b通过电流产生的感应磁场叠加与外界干扰磁场的差。由于器件200a和200b关于第三轴线03镜像对称设置，特性一致，外界干扰磁场作用于器件200a和200b的效果此消彼长，在差分磁探头的作用效果为零，从而提高了测量装置的抵抗外界磁场干扰能力。

本实施例中，通过设置磁偏置结构，使磁偏置结构的充磁方向垂直于磁探头的敏感方向，可以起到稳定输出的作用，进而提高测量精确度。

本发明实施例通过在被测电流导体上设置沿第一轴线镜像对称的贯穿孔，使得被测电流导体通入被测电流后，沿第一轴线对称的两部分被测电流导体具有相同的电流强度，通过在贯穿孔内设置磁探头，以检测被测电流导体产生的磁场并将磁场信号转换为电压信号，利用可编程芯片对电压信号进行处理以得到与被测电流相对应的目标电压信号，由此可根据目标电压信号确定被测电流的幅值和相位等信息。本发明实施例中，磁探头设置于被测电流导体的贯穿孔内，实现了对测量点的磁场的利用，提高了测量装置的抗外磁场干扰能力，从而提高了测量结果的准确性。另外，由于本发明实施例无需聚磁环结构，故而彻底摆脱了被测电流导体尺寸对电流测量装置体积的限制，使得该测量装置能够适用于不同的应用环境，提高了测量装置的适配性和实用性，且有利于实现测量装置的微型化设计。

在上述实施例的基础上，为便于描述，下文仅以被测电流导体上设置单个贯穿孔101a（参见2b）为例对本发明实施例的技术方案作进一步的解释和说明。当采用图2b和图2c所示方式设置贯穿孔时，具体方案可参照下文内容对应设置，后续不再赘述。

可选的，贯穿孔在第一截面上的垂直投影沿第二轴线02对称。

示例性的，图5a和图5b分别是本发明实施例提供的另两种被测电流导体及其贯穿孔的设置方式示意图，在图2a所示规则被测电流导体的基础上做了进一步优化。具体的，图5a中，被测电流导体100设置局部外凸结构，从而减弱贯穿孔101a相应测量位置处磁场强度，图5b中，被测电流导体100设置局部内凹结构，从而增强贯穿孔101a相应测量位置处磁场强度。当被测电流导体的第一截面形状为不规则形状时，为保证测量结果的准确性，贯穿孔在第一截面上的垂直投影除了需要沿第一轴线01对称以外，还需要沿第二轴线02对称。

需要说明的是，图2a、图2b以及图2c分别示出了被测电流导体100为规则结构时，贯穿孔同时沿第一轴线01和第二轴线02镜像对称的结构示意图，当被测电流导体为图5a或图5b所示不规则结构时，可参照图2a、图2b以及图2c相应设置贯穿孔。当被测电流导体100为规则结构时，贯穿孔仅沿第一轴线01镜像对称即可，对贯穿孔是否沿第二轴线02镜像对称不作限定。

可选的，贯穿孔在第一截面上的垂直投影的形状包括矩形、圆形和椭圆形的任一种。

示例性的，图6是本发明实施例提供的又一种被测电流导体及其贯穿孔的设置方式示意图，图6示出了被测电流导体100为不规则形状，且贯穿孔101a的截面形状为椭圆形的结构示意图，其他设置方式可以此为参考，在此不再赘述。

参见图2a或图6，可选的，在第一轴线01所在方向上，被测电流导体的长度L₁和贯穿孔的长度L₂满足L₁≥3L₂，如此设置，可使被测电流导体在延伸方向（第一轴线01）至少覆盖贯穿孔的孔径长度的3倍区域，从而起到被测电流在贯穿孔对称侧边流过的电流均匀分布的效果。

在此，对本发明实施例中被测电流导体及其贯穿孔设置方式总结如下：本领域技术人员可根据实际需求设置被测电流导体的第一截面形状、贯穿孔的数量、贯穿孔的设置位置以及贯穿孔的第一截面形状，但需遵循贯穿孔沿第一轴线镜像对称设置的原则；当被测电流导体为不规则结构时，贯穿孔还需沿第二轴线镜像对称设置；此外，优选被测电流导体在延伸方向上至少覆盖贯穿孔的孔径长度的3倍区域。

下面，对磁探头的设置方式做详细说明。可选的，该装置还包括电路板，磁探头包括M组磁阻传感器，每组磁阻传感器包括N对磁阻元件，磁阻元件设置于电路板上，且每对磁阻元件在第一截面的垂直投影沿第一轴线01对称，每对磁阻元件的敏感方向平行且相反；其中，M和N均为正整数，且M≥1，N≥1。

示例性的，上文所述对磁敏感的器件可采用磁阻元件。通过电路板可实现磁阻元件的固定及其与可编程芯片的电性连接。可选的，磁阻元件为霍尔传感器、各向异性磁阻传感器、巨磁阻传感器或者隧道磁阻传感器。本实施例中，磁探头至少由一组磁阻传感器构成，每组磁阻传感器至少由一对磁阻元件构成。由于成对的磁阻元件在第一截面的垂直投影沿第一轴线01对称，且每对磁阻元件的敏感方向平行且相反，因此，磁阻传感器可构成差分磁场检测单元，用于贯穿孔内的磁场强度检测。

示例性的，图7是本发明实施例提供的一种磁探头的设置方式示意图，以设置单个贯穿孔101a为例介绍磁探头的设置方式。图7中，磁探头由3组磁阻传感器构成，每组磁阻传感器由1对磁阻元件构成。具体的，参见图7，被测电流导体100通电流方向为I，贯穿孔101a沿被测电流导体100的第一轴线01均分为上、下两部分，上、下半部分磁场方向分别为B1和B2。磁阻元件数量为6个，分别用201a-201f表示。其中，磁阻元件201a、201c和201e间隔设置在电路板500正面，磁阻元件201b、201d和201f间隔设置在电路板500反面，磁阻元件201a、201c和201e与磁阻元件201b、201d和201f沿第一轴线01镜像对称设置。磁阻元件201a、201c和201e的敏感方向为B1，与通入电流在贯穿孔101a此区域内产生的磁场方向相同；磁阻元件201b、201d和201f的敏感方向为B2，与通入电流在贯穿孔101a此区域内产生的磁场方向相同。磁阻元件201a和201b构成第一组磁阻传感器，磁阻元件201c和201d构成第二组磁阻传感器，磁阻元件201e和201f构成第三组磁阻传感器，由此，每一组磁阻传感器可分别构成差分磁场检测单元，能够检测贯穿孔101a内的磁场强度。将上述三组磁阻传感器组成磁探头构成一组输出，以实现对被测电流导体100通过电流的测量，由于输出信号是多个传感器输出的平均值，所以测量装置具有较高的信噪比和容错率。

为便于理解磁探头的设置方式，下面对图2b和图2c所示贯穿孔设置方式相对应的磁探头设置做简要说明。

对于图2c所示贯穿孔的设置方式，参见图3，对磁敏感的器件200a和200b可构成第一组磁阻传感器，对磁敏感的器件200c和200d可构成第二组磁阻传感器，第一组传感器和第二组传感器组成磁探头构成一组输出，用于对被测电流导体通过的电流进行测量。需要说明的是，第一组磁阻传感器和第二组传感器均可由多对磁阻元件构成，参照图7在200a、200b、200a和200b相应位置处沿第一轴线平行间隔设置多个磁阻元件即可。

对于图2b所示的贯穿孔设置方式，磁探头的设置方式可参照上文对图3中第二组磁阻传感器的设置方式，在此不再赘述。

在此需要说明的是，图7仅示出了电路板500设置有磁阻元件的表面与第一轴线01平行时，磁探头的设置方式。在其他实施例中，还可以使电路板500设置有磁阻元件的表面与第二轴线02平行，将成对的磁阻元件设置于电路板500的同一侧并保证两者沿第一轴线01镜像对称即可。

磁偏置结构具有多种不同的设置方式，可根据需求自行设定，本发明实施例对此不作限定。在此，本发明实施例提供3种磁偏置结构的设置方式。可选的，磁偏置结构和磁阻元件设置于电路板的同一侧；和/或，磁偏置结构和磁阻元件分别位于电路板相对的两侧。

图8a是第一种磁偏置结构设置方式示意图，图中磁阻元件201和磁偏置结构300设置在电路板500同侧。磁阻元件201敏感方向为2011，磁偏置结构300充磁方向为301，磁阻元件敏感方向与磁偏置结构充磁方向相互垂直。

图8b是第二种磁偏置结构设置方式示意图，图中磁阻元件201和磁偏置结构300分别设置在电路板500两侧。磁阻元件201敏感方向为2011，磁偏置结构300充磁方向为301，磁阻元件敏感方向与偏置磁块充磁方向相互垂直。图8c是第三种磁偏置结构设置方式示意图，图中磁阻元件201设置在电路板500一侧，两个磁偏置结构300分别设置在电路板500两侧。磁阻元件201敏感方向为2011，两个磁偏置结构300充磁方向均为301，磁阻元件敏感方向与磁偏置结构充磁方向相互垂直。

可选的，磁偏置结构为永磁体，永磁体的材料包括钕铁硼、钐钴、铝镍钴和铁氧体中的任一种。本领域技术人员可根据需求自行选择磁偏置结构的材料，本发明实施例对此不做限定。

图9是本发明实施例提供的一种可编程芯片的结构示意图，可选的，可编程芯片400包括：温度补偿单元401、非线性补偿单元402和运算放大器403，温度补偿单元401与磁探头电连接，非线性补偿单元402电连接于温度补偿单元401和运算放大器403之间，温度补偿单元401用于对磁探头输出的电压信号进行温度补偿，以得到初级电压信号，非线性补偿单元402用于对初级电压信号进行非线性补偿，以得到次级电压信号，运算放大器403用于对次级电压信号进行线性放大，以得到目标电压信号。

通过可编程芯片400对磁探头输出的电压信号进行温度补偿、非线性补偿以及线性放大处理，能够保证检测结果的准确性，处理后得到的目标电压信号能够实时反馈被测电流的幅值和相位信息。

本发明实施例还提供了一种电流测量方法，采用上述电流测量装置执行，示例性的，图10是本发明实施例提供的一种电流测量方法的流程示意图，参见图10，该电流测量方法包括：

S11、将被测电流导体接入被测电流；

S12、磁探头获取被测电流所产生的磁场信号，将磁场信号转换为电压信号并传输至可编程芯片；

S13、可编程芯片对电压信号进行处理以得到目标电压信号，其中，目标电压信号与被测电流相对应。

本发明实施例的电流测量方法通过磁探头获取被测电流所产生的磁场信号，并将磁场信号转换为电压信号传输至可编程芯片，通过可编程芯片对电压信号进行处理以得到目标电压信号，由于目标电压信号与被测电流相对应，因此可根据目标电压信号确定被测电流的幅值和相位等信息。该电流测量方法具有较高的测量精度以及较强的防外界磁场干扰能力。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种基于磁探头的电流测量装置，其特征在于，包括：被测电流导体、磁探头、磁偏置结构以及可编程芯片；

所述被测电流导体具有第一轴线、第二轴线以及第三轴线，所述第一轴线平行于所述被测电流导体的电流方向，所述第二轴线与所述第一轴线相互垂直且构成第一截面，所述第三轴线垂直于所述第一截面；

所述被测电流导体上设置有贯穿孔，所述贯穿孔的贯穿方向与所述第三轴线平行，且所述贯穿孔在所述第一截面上的垂直投影沿所述第一轴线对称；

至少一个所述贯穿孔的中心位置位于所述第一轴线上；和/或，每两个所述贯穿孔的中心位置沿所述第一轴线对称；

所述磁探头设置于所述贯穿孔内且与所述可编程芯片电连接，所述磁探头的敏感中心位置位于所述第一截面上，且所述磁探头在所述第一截面上的垂直投影关于所述第一轴线对称；

所述磁偏置结构设置于所述贯穿孔内，所述磁偏置结构的充磁方向与所述磁探头的敏感方向垂直；

所述磁探头用于获取通入所述被测电流导体的被测电流所产生的磁场信号，将所述磁场信号转换为电压信号并传输至所述可编程芯片；所述可编程芯片用于对所述电压信号进行处理以得到目标电压信号，所述目标电压信号与所述被测电流相对应；

在所述第一轴线所在方向上，所述被测电流导体的长度L₁和所述贯穿孔的长度L₂满足L₁≥3L₂。

2.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述贯穿孔在所述第一截面上的垂直投影沿所述第二轴线对称。

3.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，还包括电路板；

所述磁探头包括M组磁阻传感器，每组所述磁阻传感器包括N对磁阻元件，所述磁阻元件设置于所述电路板上，且每对所述磁阻元件在所述第一截面的垂直投影沿所述第一轴线对称，每对所述磁阻元件的敏感方向平行且相反；其中，M和N均为正整数，且M≥1，N≥1。

4.根据权利要求3所述的电流测量装置，其特征在于，所述磁偏置结构和所述磁阻元件设置于所述电路板的同一侧；和/或，

所述磁偏置结构和所述磁阻元件分别位于所述电路板相对的两侧。

5.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述贯穿孔在所述第一截面上的垂直投影的形状包括矩形、圆形和椭圆形的任一种。

6.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述被测电流导体为金属，且沿垂直于所述第一轴线的所述被测电流导体的截面形状包括矩形和圆形中的任一种。

7.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述磁偏置结构为永磁体，所述永磁体的材料包括钕铁硼、钐钴、铝镍钴和铁氧体中的任一种。

8.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述可编程芯片包括：温度补偿单元、非线性补偿单元和运算放大器；

所述温度补偿单元与所述磁探头电连接，所述非线性补偿单元电连接于所述温度补偿单元和所述运算放大器之间；

所述温度补偿单元用于对所述磁探头输出的电压信号进行温度补偿，以得到初级电压信号；

所述非线性补偿单元用于对所述初级电压信号进行非线性补偿，以得到次级电压信号；

所述运算放大器用于对所述次级电压信号进行线性放大，以得到所述目标电压信号。

9.一种基于磁探头的电流测量方法，其特征在于，采用上述权利要求1-8任一项所述的电流测量装置执行，所述电流测量方法包括：

将所述被测电流导体接入被测电流；

所述磁探头获取所述被测电流所产生的磁场信号，将所述磁场信号转换为电压信号并传输至所述可编程芯片；

所述可编程芯片对所述电压信号进行处理以得到目标电压信号，其中，所述目标电压信号与所述被测电流相对应。

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