CN112986648A - 一种长直导线电流测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种长直导线电流测量方法及系统，将至少4个多轴磁场传感器设置在导线周围预设距离范围内，根据多轴磁场传感器测量到的磁感应强度先计算出干扰磁场产生的磁感应强度之后，再进一步计算出导线电流产生的磁感应强度以及导线与多轴磁场传感器之间的距离，并最终获得导线的电流值。该方法中传感器安装方式对测量误差影响较小，各个多轴磁场传感器的位置只要在导线横截面平面上的投影点相互不重叠即可，无需限定在一条直线上，安装方式灵活，通过计算出干扰磁场产生的磁感应强度，可清晰的去除干扰磁场产生的影响，计算方法简便，测量准确度高。

Description

一种长直导线电流测量方法及系统

技术领域

本发明实施例涉及电流测量传感器技术领域，具体涉及一种长直导线电流测量方法及系统。

背景技术

近年来，随着磁传感器技术的发展，霍尔磁传感器、各向异性磁电阻AMR、巨磁电阻GMR及隧道磁电阻TMR等磁传感器被引入电力系统用于测量电流，使得电流测量传感器体积更小、重量更轻、安装实施也更简单。虽然电流产生磁场并可检测，但是磁场的检测存在很多干扰，比如地磁场的干扰、工业设备运行产生的磁场干扰，这些都对通过磁场的测量计算电流带来误差，同时传感器安装方法产生的误差也是导致检测误差的另一个主要原因。

现有的导线电流测量方法，有的方法需要将多个传感器安装在导线的辐射方向，这种方式安装稍有偏差就会带来误差，在消除磁场干扰方面采用增加若干个传感器的方法，且并没有提出一种具体有效的计算方法；还有的方法中传感器安装限制各传感器在一条直线上，且所在的直线垂直于被测导线，安装偏差会导致误差，在消除磁场干扰方面采用逐步逼近的方法进行干扰磁场的消除，计算方法复杂，计算量大，且没有清晰地消除干扰，将影响测量准确性。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种长直导线电流测量方法及系统，以解决现有的导线电流测量方法存在的受外界磁场干扰和安装误差导致的测量误差大的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提出了一种长直导线电流测量方法，所述方法包括：

将至少4个多轴磁场传感器分别设置在导线周围预设距离范围内，所述多轴磁场传感器在所述导线横截面平面上的投影点相互不重叠，所述多轴磁场传感器之间的相对距离以及各自坐标系分别变换至预设参考坐标系的坐标变换关系已知；

获取各个所述多轴磁场传感器监测得到的在各自坐标系中不同坐标轴上的实测磁感应强度分量，所述实测磁感应强度分量包括导线电流产生的磁感应强度分量和干扰磁场产生的磁感应强度分量；

根据所述坐标变换关系，将所述实测磁感应强度分量转换为在所述参考坐标系中不同坐标轴上的变换磁感应强度分量，根据所述变换磁感应强度分量，计算获得在所述参考坐标系不同坐标轴上的干扰磁感应强度分量、电流磁感应强度分量以及各个所述多轴磁场传感器位置处的电流磁感应强度向量和电流磁感应强度值；

根据所述坐标变换关系，将所述多轴磁场传感器之间的相对距离转换为在所述参考坐标系中的变换距离向量，并计算所述变换距离向量在所述导线横截面平面上的投影距离，根据所述投影距离计算获得各个所述多轴磁场传感器与所述导线之间的距离；

根据各个所述多轴磁场传感器处的电流磁感应强度值以及所述距离，并根据长直导线电流磁感应强度、距离以及电流的关系计算获得所述导线的电流值。

进一步地，所述方法还包括：

根据导线电流在各个所述多轴磁场传感器位置产生的磁感应强度向量方向角之间的特定关系以及所述变换磁感应强度分量，计算获得干扰磁场在所述参考坐标系不同坐标轴上的干扰磁感应强度分量。

进一步地，所述方法还包括：

将所述变换磁感应强度分量减去所述干扰磁感应强度分量计算获得在所述参考坐标系不同坐标轴上的电流磁感应强度分量，并获得各个所述多轴磁场传感器位置处的电流磁感应强度向量和电流磁感应强度值。

进一步地，所述方法还包括：

选择并根据至少两个所述多轴磁场传感器的所述电流磁感应强度向量，计算所述导线横截面平面的法向量；

根据所述变换距离向量以及所述导线横截面平面的法向量，计算获得所述变换距离向量在所述导线横截面平面上的投影距离。

进一步地，所述方法还包括：

根据各个所述多轴磁场传感器处的电流磁感应强度值以及距离计算获得多个所述导线的电流值，将多个所述电流值求均值作为最终测试值。

进一步地，所述方法还包括：

通过连续性或间隔性多点监测和计算，获得多个在所述参考坐标系不同坐标轴上的干扰磁感应强度分量，对多个不同坐标轴上的所述干扰磁感应强度分量分别进行滤波处理；

根据滤波处理后的干扰磁感应强度分量分别对应进行计算获得多个电流值，对多个所述电流值进行滤波处理获得导线的电流波形数据。

进一步地，所述方法还包括：

当导线为多根且各导线之间的距离关系已知时，在各导线周围预设距离范围内均设置至少4个多轴磁场传感器，通过所述多轴磁场传感器监测获得相应位置处的叠加磁感应强度，计算在所述参考坐标系不同坐标轴上的干扰磁感应强度并最终获得各导线的电流值。

根据本发明实施例的第二方面，提出了一种长直导线电流测量系统，所述系统包括：

数据采集模块，包括设置在导线周围预设距离范围内的至少4个多轴磁场传感器，所述多轴磁场传感器在所述导线横截面平面上的投影点相互不重叠，所述多轴磁场传感器之间的相对距离以及各自坐标系分别变换至预设参考坐标系的坐标变换关系已知；

处理模块，用于获取各个多轴磁场传感器监测得到的在各自坐标系中不同坐标轴上的实测磁感应强度分量，所述实测磁感应强度分量包括导线电流产生的磁感应强度分量和干扰磁场产生的磁感应强度分量；

根据所述坐标变换关系，将所述实测磁感应强度分量转换为在所述参考坐标系中不同坐标轴上的变换磁感应强度分量，根据所述变换磁感应强度分量，计算获得在所述参考坐标系不同坐标轴上的干扰磁感应强度分量、电流磁感应强度分量以及各个所述多轴磁场传感器位置处的电流磁感应强度向量和电流磁感应强度值；

根据所述坐标变换关系，将所述多轴磁场传感器之间的相对距离转换为在所述参考坐标系中的变换距离向量，并计算所述变换距离向量在所述导线横截面平面上的投影距离，根据所述投影距离计算获得各个所述多轴磁场传感器与所述导线之间的距离；

根据各个所述多轴磁场传感器处的电流磁感应强度值以及所述距离，并根据长直导线电流磁感应强度、距离以及电流的关系计算获得所述导线的电流值。

本发明实施例具有如下优点：

本发明实施例提出的一种长直导线电流测量方法及系统，将至少4个多轴磁场传感器设置在导线周围预设距离范围内，根据多轴磁场传感器测量到的磁感应强度先计算出干扰磁场产生的磁感应强度之后，再进一步计算出导线电流产生的磁感应强度以及导线与多轴磁场传感器之间的距离，并最终获得导线的电流值。该方法中传感器安装方式对测量误差影响较小，各个多轴磁场传感器的位置只要在导线横截面平面上的投影点相互不重叠即可，无需限定在一条直线上，安装方式灵活，通过计算出干扰磁场产生的磁感应强度，可清晰的去除干扰磁场产生的影响，计算方法简便，测量准确度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例1提供的一种长直导线电流测量方法的流程示意图；

图2为本发明实施例1提供的一种长直导线电流测量方法中磁场传感器位于一条直线上的分布示意图；

图3为图2的截面示意图；

图4为本发明实施例1提供的一种长直导线电流测量方法中磁场传感器不在一条直线上的分布示意图；

图5为本发明实施例2提供的一种长直导线电流测量系统的结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例1提出了一种长直导线电流测量方法，具体如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤110、将至少4个多轴磁场传感器分别设置在导线周围预设距离范围内，多轴磁场传感器在导线横截面平面上的投影点相互不重叠，多轴磁场传感器之间的相对距离以及各自坐标系分别变换至预设参考坐标系的坐标变换关系已知。

多轴磁场传感器的设置只要在导线横截面平面上的投影点相互不重叠即可，可以间隔排列成一条直线、不在一条直线上但属于同一平面、不在一条直线上并属于同一空间的不同平面、排成直线时直线可垂直于导线也可不垂直于导线或者各个多轴磁场传感器具有各自独立的三维坐标系，等等。多轴磁场传感器包括三轴磁场传感器。当磁场传感器在导线周围设置好之后，其相互之间的距离关系以及变换至预设参考坐标系的坐标变换关系便确定可知，预设参考坐标系的作用是建立一个统一的坐标基准，其设定可自由选择，为了便于计算，优选预设参考坐标系的xoy面与导线横截面平面平行。

步骤120、获取各个多轴磁场传感器监测得到的在各自坐标系中不同坐标轴上的实测磁感应强度分量，实测磁感应强度分量包括导线电流产生的磁感应强度分量和干扰磁场产生的磁感应强度分量。

具体的，多轴磁场传感器的磁场包括两部分，导线电流产生的磁场以及外界干扰磁场，传感器监测结果是这两种磁场的叠加结果。

步骤130、根据坐标变换关系，将实测磁感应强度分量转换为在参考坐标系中不同坐标轴上的变换磁感应强度分量，根据变换磁感应强度分量，计算获得在参考坐标系不同坐标轴上的干扰磁感应强度分量、电流磁感应强度分量以及各个多轴磁场传感器位置处的电流磁感应强度向量和电流磁感应强度值B。

具体的，首先将测得的不同坐标系下的磁感应强度统一转换为参考坐标中的磁感应强度，以便进一步计算。在步骤130中，根据导线电流在各个多轴磁场传感器位置产生的磁感应强度向量方向角之间的特定关系以及变换磁感应强度分量，计算获得干扰磁场在参考坐标系不同坐标轴上的干扰磁感应强度分量。

导线电流在各个多轴磁场传感器位置产生的磁感应强度向量方向角之间存在特定的比例关系，根据这种特定关系以及变换磁感应强度分量，计算出干扰磁感应强度分量。

进一步地，该方法还包括：将变换磁感应强度分量减去干扰磁感应强度分量计算获得在参考坐标系不同坐标轴上的电流磁感应强度分量，并获得各个所述多轴磁场传感器位置处的电流磁感应强度向量和电流磁感应强度值B。

电流磁感应强度分量为变换磁感应强度分量-干扰磁感应强度分量，根据电流磁感应强度分量可获得电流磁感应强度向量和电流磁感应强度值B。

步骤140、根据坐标变换关系，将多轴磁场传感器之间的相对距离转换为在参考坐标系中的变换距离向量，并计算变换距离向量在导线横截面平面上的投影距离，根据投影距离计算获得各个多轴磁场传感器与导线之间的距离r。

在步骤140中，投影距离的计算方法如下：选择并根据至少两个多轴磁场传感器的电流磁感应强度向量，计算导线横截面平面的法向量；根据变换距离向量以及导线横截面平面的法向量，计算获得变换距离向量在导线横截面平面上的投影距离。

步骤150、根据各个多轴磁场传感器处的电流磁感应强度值以及距离，并根据长直导线电流磁感应强度、距离以及电流的关系计算获得导线的电流值。

具体的，根据各个多轴磁场传感器处的电流磁感应强度值B以及距离r，并根据公式B＝μ₀I/(2πr)计算获得导线的电流值I，其中μ₀为导线周围介质磁导率。

进一步地，该方法还包括：根据各个多轴磁场传感器处的电流磁感应强度值B以及距离r计算获得多个导线的电流值I，将多个电流值I求均值作为最终测试值。根据每个多轴磁场传感器的电流磁感应强度值B以及距离r均可计算出一个电流值I，可对多个电流值I求平均以减小测试误差。

进一步地，该方法还包括：通过连续性或间隔性多点监测和计算，获得多个在参考坐标系不同坐标轴上的干扰磁感应强度分量，对多个不同坐标轴上的干扰磁感应强度分量分别进行滤波处理，获得更好的干扰磁场的磁感应强度的波形数据，根据滤波处理后的干扰磁感应强度分量进行计算获得多个电流值，对多个电流值进行滤波处理获得导线的电流波形数据，以提高测试精度。

进一步地，该方法还包括：当导线为多根且各导线之间的距离关系已知时，增加传感器设置，在各导线周围预设距离范围内均设置至少4个多轴磁场传感器，通过多轴磁场传感器监测获得相应位置处的叠加磁感应强度，计算在参考坐标系不同坐标轴上的干扰磁感应强度并最终获得各导线的电流值I。

为了方便理解，下面通过具体应用实例来说明该长直导线电流测量方法，应当可以理解，该实例并不是对上述技术方案的限定。

在一个示例中，如图2和图3所示，为分析方便，4个磁场传感器S₁、S₂、S₃、S₄设置在一条直线上，S₁、S₂、S₃、S₄的x轴在这条直线上，S₁、S₂、S₃、S₄的z轴平行于导线，S₁、S₂、S₃、S₄相互之间的距离相同均为d，S₁、S₂、S₃、S₄所在的直线与导线的距离为h，我们希望h落在S₁、S₂、S₃、S₄所在的直线的S₁、S₂的中点，然而由于安装的误差，导致图中d₁并不一定等于d/2。

假设安装时，4个磁场传感器所在的直线垂直于导线，由导线电流I产生的磁场在传感器处的方向由传感器的x和y轴上的磁感应强度分量确定，由导线电流产生的磁场在传感器z轴的磁场为0，也就是x和y轴所在的平面和导线的截面平面平行。

对于干扰磁场，相对于4个磁场传感器所在的空间大小来讲，一般情况下是远场干扰，可以近似为干扰磁场在4个磁场传感器位置的大小和方向一致，定义为在每一个轴的大小相应为x₀、y₀和z₀。

在xoy平面内：

S₁处，导线电流产生的磁感应强度B₁的方向角ɑ₁的正切值为：T₁＝(y₁-y₀)/(x₁-x₀) (1)；

式中y₁、x₁分别为S₁的y和x轴的磁感应强度分量。

S₂处，导线电流产生的磁感应强度B₂的方向角ɑ₂的正切值为：T₂＝(y₂-y₀)/(x₂-x₀) (2)；

式中y₂、x₂分别为S₂的y和x轴的磁感应强度分量。

S₃处，导线电流产生的磁感应强度B₃的方向角ɑ₃的正切值为：T₃＝(y₃-y₀)/(x₃-x₀) (3)；

式中y₃、x₃分别为S₃的y和x轴的磁感应强度分量。

S₄处，导线电流产生的磁感应强度B₄的方向角ɑ₄的正切值为：T₄＝(y₄-y₀)/(x₄-x₀) (2)；

式中y₄、x₄分别为S₄的y和x轴的磁感应强度分量。

由于导线电流I产生的磁场的方向式和导线截面圆心的同心圆的切线方向，所以：

T₁＝(d+d₁)/h (5)；

T₂＝d₁/h (6)；

T₃＝-(d-d₁)/h (7)；

T₄＝-(2d-d₁)/h (8)。

式(5)推出：T₁＝T₂+d/h (9)；

式(7)推出：T₃＝T₂-d/h (10)；

式(8)推出：T₄＝T₂-2d/h (11)；

式(9)和式(10)推出：T₁+T₃＝2T₂ (12)；

式(10)和式(11)推出：T₄+T₂＝2T₃ (13)。

将式(1)、(2)、(3)、(4)代入式(12)和式(13)得到：

(y₁-y₀)/(x₁-x₀)+(y₃-y₀)/(x₃-x₀)＝2(y₂-y₀)/(x₂-x₀) (14)；

(y₄-y₀)/(x₄-x₀)+(y₂-y₀)/(x₂-x₀)＝2(y₃-y₀)/(x₃-x₀) (15)；

式(14)和(15)中，x₀和y₀为未知数，x₁-x₄、y₁-y₄为测量值，为方便计算，设x＝x₂-x₀，y＝y₂-y₀，则：

x₁-x₀＝x₁-x₂+x₂-x₀＝k₁+x，k₁＝x₁-x₂；

x₃-x₀＝x₃-x₂+x₂-x₀＝k₂+x，k₂＝x₃-x₂；

x₄-x₀＝x₄-x₂+x₂-x₀＝k₃+x，k₃＝x₄-x₂；

y₁-y₀＝k₄+y，k₄＝y₁-y₂；

y₃-y₀＝k₅+y，k₅＝y₃-y₂；

y₄-y₀＝k₆+y，k₆＝y₄-y₂；

把上述各式代入式(14)和(15)中得到：

(k₄+y)/(k₁+x)+(k₅+y)/(k₂+x)＝2y/x (16)；

(k₆+y)/(k₃+x)+y/x＝2(k₅+y)/(k₂+x) (17)；

由(16)变形可得，y＝[k₄/(k₁+x)+k₅/(k₂+x)]/[2/x-1/(k₂+x)-1/(k₁+x)] (18)；

由(17)变形可得，y＝[k₆/(k₃+x)-2k₅/(k₂+x)]/[-1/x+2/(k₂+x)-1/(k₃+x)] (19)；

由式(18)和(19)消除y：

由式(20)简化得到：

由式(21)展开为一元二次方程，解出x值，并依次解出y、x₀、y₀、d₁、h值。

由于d值已知，可以分别计算出4个传感器距离导线的距离r，根据导线的磁感应强度公式：B＝μ₀I/(2πr)，μ₀是导线周围介质中的磁导率，r为该点到直导线距离，B＝[(x-x₀)^2+(y-y₀)^2]^0.5，因此根据I＝2πrB/μ₀分别计算出4个电流值，理论上4个电流值相等，实际存在误差，可以取4个电流值的平均值作为监测值。

在以上示例当中，上述假设安装时，4个传感器所在的直线垂直于导线且z轴和导线平行，但是在实际应用当中，存在误差，因此下面假设4个传感器所在的直线不垂直于导线和/或z轴和导线不平行。

由式(12)和式(13)可知，4个传感器所在的位置的感应磁场的方向角之间存在特定关系，此特定关系和4个传感器相互之间确定的距离相关，而和d、h和d₁的值不相关。

因此，4个传感器所在的直线和导线不垂直时，也就是xoy平面不平行于导线的截面平面，4个传感器投影到导线截面的位置之间的相互距离等比例变化，且导线电流产生的磁场在各xoy平面的分量等比例且等角度投影，式(12)和式(13)依然成立并计算出干扰磁感应强度x₀和y₀。

在xoy平面不平行于导线的截面平面时，导致导线电流产生的磁场在z轴的分量不为0，依据导线电流产生的磁场在各xoz平面或者yoz平面的分量等比例且等角度投影，同样可以依xoz平面或者yoz平面得出式(12)和式(13)，并计算出干扰磁场在各z轴上的磁感应强度z₀。

由于4个传感器的坐标平行，可以看作是在一个坐标系xyz当中，各传感器的磁感应强度向量都是在导线的截面的平面上，任意两个磁感应强度向量可确定这个截面平面，而4个传感器的连线在xyz坐标系的x轴上，计算x轴到截面平面的夹角，既是4个传感器连线和截面平面的夹角，根据这个夹角计算传感器之间的距离d在截面平面的投影距离d_j。

设以S₁和S₂的磁感应强度向量计算：

则

为导线截面平面的法向量。而S₁传感器的x轴上的磁感应强度分量为

因此，S₁传感器x轴和导线截面平面的夹角θ为：

所以两个传感器之间的距离d投影到导线截面平面d_j＝d·cosθ。

根据B^2＝(x-x₀)^2+(y-y₀)^2+(z-z₀)^2即可获得各个传感器所在位置的因电流I产生的磁场的磁感应强度B₁、B₂、B₃、B₄。

设d₁投影到导线截面为d_k，各传感器连线投影到导线截面的连线到导线的距离为h_j。

根据导线的磁感应强度公式：B＝μ₀I/(2πr)，μ₀是导线周围介质中的磁导率，r为该点到直导线距离，可以改写为B^2＝k/r^2，其中k＝[μ₀I/(2π)]^2，在4个传感器的位置，k值一样，因此分别得到：

B₁^2＝k/(h_j^2+(d_j+d_k)^2) (21)；

B₂^2＝k/(h_j^2+d_k^2) (22)；

B₃^2＝k/(h_j^2+(d_j-d_k)^2) (23)；

B₄^2＝k/(h_j^2+(2d_j-d_k)^2) (24)；

式(21)-(24)中未知值k、h_j、d_k为3个未知值，解算出3个未知值，并由计算出的k值获得I值。

上述示例当中，为方便说明，各传感器两两之间的距离等长，当各传感器之间的距离不等长时，根据传感器相互的距离不相等且已知时，根据各传感器相互之间的距离，同样可以计算出电流值。

上述示例当中，为方便说明，4个传感器在一条直线上，当4个传感器不在一条直线上且在一个平面上时，如图4所示，根据已知相互的连线距离值和相互方位，同样可以计算出投影到导线截面的连线的线长和方向，从而计算出电流值。参考上述示例计算过程可得：

在xoy平面内：

S₁处，导线电流产生的磁感应强度B₁的方向角ɑ₁的正切值为：T₁＝(y₁-y₀)/(x₁-x₀)＝d₁/h；

式中y₁、x₁分别为S₁的y和x轴的磁感应强度分量。

S₂处，导线电流产生的磁感应强度B₂的方向角ɑ₂的正切值为：T₂＝(y₂-y₀)/(x₂-x₀)＝d₁/(h+d)；

式中y₂、x₂分别为S₂的y和x轴的磁感应强度分量。

S₃处，导线电流产生的磁感应强度B₃的方向角ɑ₃的正切值为：T₃＝(y₃-y₀)/(x₃-x₀)＝(d-d₁)/(h+d)；

式中y₃、x₃分别为S₃的y和x轴的磁感应强度分量。

S₄处，导线电流产生的磁感应强度B₄的方向角ɑ₄的正切值为：T₄＝(y₄-y₀)/(x₄-x₀)＝(d-d₁)/h；

式中y₄、x₄分别为S₄的y和x轴的磁感应强度分量。

进一步的计算过程参考上述示例的计算。

上述示例当中，为方便说明，4个传感器在一条直线上，当4个传感器不在一条直线上但在一个空间中时，根据已知相互之间的连线距离值和相互方位，同样可以计算出投影到导线截面的连线的线长和方向，从而计算出电流值。

上述示例当中，为方便说明，4个传感器的坐标相互平行，当4个传感器的坐标轴相互不平行且已知相互坐标的关系，通过坐标变换计算，同样可以计算出电流值。

上述示例当中，根据连续或间隔性的多个监测值，获得多个干扰磁场的磁感应强度，并通过滤波计算，获得更好的干扰磁场的磁感应强度的波形数据，由滤波后的干扰磁场的数据计算多个电流值，并对多个计算电流值进行滤波计算，获得更准确的电流值。

上述示例当中，当有多根电流导线并且各导线之间的距离关系已知，通过计算获得多根导线电流的叠加磁场方向分布，通过增加传感器，由各传感器所在位置的磁场方向，同样可以计算出干扰磁场的磁感应强度，进一步计算出各导线的电流值。

本发明实施例提出的一种长直导线电流测量方法，将至少4个多轴磁场传感器设置在导线周围预设距离范围内，根据多轴磁场传感器测量到的磁感应强度先计算出干扰磁场产生的磁感应强度之后，再进一步计算出导线电流产生的磁感应强度以及导线与多轴磁场传感器之间的距离，并最终获得导线的电流值。该方法中传感器安装方式对测量误差影响较小，各个多轴磁场传感器的位置只要在导线横截面平面上的投影点相互不重叠即可，无需限定在一条直线上，安装方式灵活，通过计算出干扰磁场产生的磁感应强度，可清晰的去除干扰磁场产生的影响，计算方法简便，测量准确度高。

与上述实施例1相对应的，本发明实施例2提出了一种长直导线电流测量系统，具体如图5所示，该系统包括：

数据采集模块210，包括设置在导线周围预设距离范围内的至少4个多轴磁场传感器，多轴磁场传感器在导线横截面平面上的投影点相互不重叠，多轴磁场传感器之间的相对距离以及各自坐标系分别变换至预设参考坐标系的坐标变换关系已知；

处理模块220，用于获取各个多轴磁场传感器监测得到的在各自坐标系中不同坐标轴上的实测磁感应强度分量，实测磁感应强度分量包括导线电流产生的磁感应强度分量和干扰磁场产生的磁感应强度分量；

根据坐标变换关系，将实测磁感应强度分量转换为在参考坐标系中不同坐标轴上的变换磁感应强度分量；

根据变换磁感应强度分量，计算获得在参考坐标系不同坐标轴上的干扰磁感应强度分量、电流磁感应强度分量以及各个多轴磁场传感器位置处的电流磁感应强度向量和电流磁感应强度值B；

根据坐标变换关系，将多轴磁场传感器之间的相对距离转换为在参考坐标系中的变换距离向量，并计算变换距离向量在导线横截面平面上的投影距离，根据投影距离计算获得各个多轴磁场传感器与导线之间的距离r；

根据各个多轴磁场传感器处的电流磁感应强度值以及距离，并根据长直导线电流磁感应强度、距离以及电流的关系计算获得导线的电流值。

本发明实施例提出的一种长直导线电流测量系统，将至少4个多轴磁场传感器设置在导线周围预设距离范围内，根据多轴磁场传感器测量到的磁感应强度先计算出干扰磁场产生的磁感应强度之后，再进一步计算出导线电流产生的磁感应强度以及导线与多轴磁场传感器之间的距离，并最终获得导线的电流值。该方法中传感器安装方式对测量误差影响较小，各个多轴磁场传感器的位置只要在导线横截面平面上的投影点相互不重叠即可，无需限定在一条直线上，安装方式灵活，通过计算出干扰磁场产生的磁感应强度，可清晰的去除干扰磁场产生的影响，计算方法简便，测量准确度高。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种长直导线电流测量方法，其特征在于，所述方法包括：

将至少4个多轴磁场传感器分别设置在导线周围预设距离范围内，所述多轴磁场传感器在所述导线横截面平面上的投影点相互不重叠，所述多轴磁场传感器之间的相对距离以及各自坐标系分别变换至预设参考坐标系的坐标变换关系已知；

获取各个所述多轴磁场传感器监测得到的在各自坐标系中不同坐标轴上的实测磁感应强度分量，所述实测磁感应强度分量包括导线电流产生的磁感应强度分量和干扰磁场产生的磁感应强度分量；

根据所述坐标变换关系，将所述实测磁感应强度分量转换为在所述参考坐标系中不同坐标轴上的变换磁感应强度分量，根据所述变换磁感应强度分量，计算获得在所述参考坐标系不同坐标轴上的干扰磁感应强度分量、电流磁感应强度分量以及各个所述多轴磁场传感器位置处的电流磁感应强度向量和电流磁感应强度值；

根据所述坐标变换关系，将所述多轴磁场传感器之间的相对距离转换为在所述参考坐标系中的变换距离向量，并计算所述变换距离向量在所述导线横截面平面上的投影距离，根据所述投影距离计算获得各个所述多轴磁场传感器与所述导线之间的距离；

根据各个所述多轴磁场传感器处的电流磁感应强度值以及所述距离，并根据长直导线电流磁感应强度、距离以及电流的关系计算获得所述导线的电流值。

2.根据权利要求1所述的一种长直导线电流测量方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据导线电流在各个所述多轴磁场传感器位置产生的磁感应强度向量方向角之间的特定关系以及所述变换磁感应强度分量，计算获得干扰磁场在所述参考坐标系不同坐标轴上的干扰磁感应强度分量。

3.根据权利要求2所述的一种长直导线电流测量方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述变换磁感应强度分量减去所述干扰磁感应强度分量计算获得在所述参考坐标系不同坐标轴上的电流磁感应强度分量，并获得各个所述多轴磁场传感器位置处的电流磁感应强度向量和电流磁感应强度值。

4.根据权利要求1所述的一种长直导线电流测量方法，其特征在于，所述方法还包括：

选择并根据至少两个所述多轴磁场传感器的所述电流磁感应强度向量，计算所述导线横截面平面的法向量；

根据所述变换距离向量以及所述导线横截面平面的法向量，计算获得所述变换距离向量在所述导线横截面平面上的投影距离。

5.根据权利要求1所述的一种长直导线电流测量方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据各个所述多轴磁场传感器处的电流磁感应强度值以及距离计算获得多个所述导线的电流值，将多个所述电流值求均值作为最终测试值。

6.根据权利要求1所述的一种长直导线电流测量方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过连续性或间隔性多点监测和计算，获得多个在所述参考坐标系不同坐标轴上的干扰磁感应强度分量，对多个不同坐标轴上的所述干扰磁感应强度分量分别进行滤波处理；

根据滤波处理后的干扰磁感应强度分量分别对应进行计算获得多个电流值，对多个所述电流值进行滤波处理获得导线的电流波形数据。

7.根据权利要求1所述的一种长直导线电流测量方法，其特征在于，所述方法还包括：

当导线为多根且各导线之间的距离关系已知时，在各导线周围预设距离范围内均设置至少4个多轴磁场传感器，通过所述多轴磁场传感器监测获得相应位置处的叠加磁感应强度，计算在所述参考坐标系不同坐标轴上的干扰磁感应强度并最终获得各导线的电流值。

8.一种长直导线电流测量系统，其特征在于，所述系统包括：

数据采集模块，包括设置在导线周围预设距离范围内的至少4个多轴磁场传感器，所述多轴磁场传感器在所述导线横截面平面上的投影点相互不重叠，所述多轴磁场传感器之间的相对距离以及各自坐标系分别变换至预设参考坐标系的坐标变换关系已知；

处理模块，用于获取各个多轴磁场传感器监测得到的在各自坐标系中不同坐标轴上的实测磁感应强度分量，所述实测磁感应强度分量包括导线电流产生的磁感应强度分量和干扰磁场产生的磁感应强度分量；

根据所述坐标变换关系，将所述实测磁感应强度分量转换为在所述参考坐标系中不同坐标轴上的变换磁感应强度分量，根据所述变换磁感应强度分量，计算获得在所述参考坐标系不同坐标轴上的干扰磁感应强度分量、电流磁感应强度分量以及各个所述多轴磁场传感器位置处的电流磁感应强度向量和电流磁感应强度值；

根据所述坐标变换关系，将所述多轴磁场传感器之间的相对距离转换为在所述参考坐标系中的变换距离向量，并计算所述变换距离向量在所述导线横截面平面上的投影距离，根据所述投影距离计算获得各个所述多轴磁场传感器与所述导线之间的距离；

根据各个所述多轴磁场传感器处的电流磁感应强度值以及所述距离，并根据各个所述多轴磁场传感器处的电流磁感应强度值以及所述距离，并根据长直导线电流磁感应强度、距离以及电流的关系计算获得所述导线的电流值。

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