CN113406550A - 一种电流检测校准方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电流检测校准方法和系统，该方法包括步骤S1:检测控制系统控制电子负载输出电流至待校准设备；S2:待校准设备分别测量不同挡位的电流，得出电流测量值发送给检测控制系统；S3:检测控制系统根据不同挡位的电流测量值和不同挡位的电流目标值，以及线性拟合公式，利用最小二乘法计算校准参数，并发送校准参数给待校准设备；S4:待校准设备接收并保存校准参数，向检测控制系统返回校准完毕消息。本发明的检测校准方法和系统通过测量不同挡位的电流，将测量值和目标值进行线性拟合计算，得到校准参数，从而可大大提高待校准设备的测量精准度；并且本系统结构简单，操作方便，能够同时检测校准多路测量支路。
Description
【技术领域】
本发明涉及电流检测技术领域，尤其是涉及一种电流检测校准方法和系统。
【背景技术】
常用的电流测量技术多是基于电效应和磁效应。电效应是应用欧姆定律，通过电阻或分流器将电流信号转变为电压信号，这是最广泛的应用形式。但这种方式只能做成非隔离形式，在某些场合如高压、大电流情况下会受到限制。磁效应有一个重要优势就是可以实现隔离测量。因此，在高电压、大电流场合下，磁效应是主要的应用方式。隔离测量又分为交流测量和直流测量。交流测量相对简单，直接应用电磁感应定律(变压器效应)即可，如互感器、罗氏线圈、皮尔逊线圈等。
但是，直流电流为稳恒电流，产生的恒定磁场无法直接耦合，无法应用变压器效应。直流电流的隔离测量，可进一步细分为直接式和间接式，直接式是将磁信号直接转换为电信号，如应用霍尔效应、磁阻效应等，间接式是将磁信号间接转为电信号，如应用磁光效应、磁通门效应等。
虽然现有的霍尔电流检测器能够检测出流经的电流大小，但是其电流检测精度由于实际环境温度以及硬件参数等原因的影响而不能很好的达到应用要求。
因此，亟需提出一种可以提高电流检测精准度的检测校准方法和系统。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种电流检测校准方法和系统，其可提高电流检测精准度。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电流检测校准方法，包括以下步骤：
S1：检测控制系统控制电子负载按预设的N个不同挡位的电流目标值，输出相应的电流至待校准设备；其中，所述N为大于1的自然数；
S2：所述待校准设备分别测量所述N个不同挡位的电流，得出电流测量值，并发送给所述检测控制系统；
S3：所述检测控制系统根据所述N个不同挡位的电流测量值和所述电子负载输出的N个不同挡位的电流目标值，以及线性拟合公式，利用最小二乘法计算校准参数，并发送所述校准参数给所述待校准设备；
S4：所述待校准设备接收并保存所述校准参数，向所述检测控制系统返回校准完毕消息。
其中，在所述步骤S1之前还包括步骤：
S0：所述检测控制系统控制所述待校准设备开启第n路测量支路；其中，所述n为大于等于1的自然数；
所述步骤S4具体包括：
所述待校准设备将所述校准参数存储为第n路测量支路的校准参数，并向所述检测控制系统返回所述第n路测量支路校准完毕的消息；
在步骤S4之后还包括步骤：
S6：所述检测控制系统收到所述第n路测量支路校准完毕的应答消息后，控制所述待校准设备开启第n+1路测量支路，返回所述步骤S1，直到所有测量支路均校准完毕。
其中，在所述步骤S3中，所述线性拟合公式为Y＝kX+b，其中，Y为所述电流目标值，X为所述电流测量值；k和b为所述校准参数；
所述最小二乘法的计算公式为：
其中，在所述步骤S4之后，还包括步骤：
S5：所述检测控制系统根据导出数据指令，将所述不同挡位的电流测量值和电流目标值按预设的格式形成报表并输出。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种电流检测校准系统，包括检测控制系统，连接所述检测控制系统的电子负载和待校准设备；
所述检测控制系统用于控制电子负载按预设的N个不同挡位的电流目标值，输出相应的电流至待校准设备；其中，所述N为大于1的自然数；以及根据所述N个不同挡位的电流测量值和所述电子负载输出的N个不同挡位的电流目标值，以及线性拟合公式，利用最小二乘法计算校准参数，并发送所述校准参数给所述待校准设备；
所述电子负载用于在所述检测控制系统的控制下输出相应的电流至待校准设备；
所述待校准设备用于分别测量所述N个不同挡位的电流，得出电流测量值，并发送给所述检测控制系统；以及接收并保存所述检测控制系统发送的校准参数。
其中，所述检测控制系统还用于向所述待校准设备发送开启第n路测量支路的指令，以及在收到第n路测量支路校准完毕的应答消息后，控制所述待校准设备开启第n+1路测量支路，直到所有测量支路均校准完毕；其中，所述n为大于等于1的自然数；
所述待校准设备还用于根据所述开启第n路测量支路的指令，开启第n路测量支路，并将第n路测量支路测量到的N个不同挡位的电流测量值发送给所述检测控制系统；以及将所述校准参数存储为第n路测量支路的校准参数，并向所述检测控制系统返回所述第n路测量支路校准完毕的消息。
其中，所述待校准设备包括连接所述电子负载的多路测量支路，连接所述多路测量支路的模拟开关单元，连接所述模拟开关单元的ADC模数转换单元，连接所述ADC模数转换单元和所述检测控制系统的控制单元，以及连接所述控制单元的存储单元；
所述测量支路用于根据所述控制单元的开启指令，开始测量所述N个不同挡位的电流，并输出电流测量值；
所述控制单元用于根据所述检测控制系统的控制指令，开启其中一路测量支路；以及将所述ADC模数转换单元获取的电流测量值发送到所述检测控制系统，并接收检测控制系统输出的校准参数，保存到所述存储单元中；
所述模拟开关单元根据所述ADC模数转换单元的获取电流测量值的命令，获取相应测量支路的电流测量值，并发送给ADC模数转换单元；
所述ADC模数转换单元根据所述控制单元的采集其中一路测量支路测量到的电流测量值的控制指令，控制模拟开关单元获取相应测量支路的电流测量值，并将电流测量值进行模数转换后发送给控制单元；
所述存储单元用于保存所述多路测量支路的校准参数。
其中，所述测量支路包括连接所述电子负载的继电器单元和连接所述继电器单元的霍尔传感器单元；所述继电器单元在所述控制单元的控制下打开或关闭，所述霍尔传感器单元用于测量电流，输出电流测量值。
其中，所述线性拟合公式为Y＝kX+b，其中，Y为所述电流目标值，X为所述电流测量值；k和b为所述校准参数；
所述最小二乘法的计算公式为：
其中，所述检测控制系统还用于根据导出数据指令，将所述不同挡位的电流测量值和电流目标值按预设的格式形成报表并输出。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的检测校准方法和系统通过测量不同挡位的电流，将测量值和目标值进行线性拟合计算，得到校准参数，从而可大大提高待校准设备的测量精准度；并且本系统结构简单，操作方便，能够同时检测校准多路测量支路。
【附图说明】
图1是本发明实施例1的电流检测校准方法步骤图；
图2是本发明实施例1的电流检测校准方法流程图；
图3是本发明实施例2的多路测量支路的电流检测校准方法流程图；
图4是本发明实施例2的多路测量支路的电流检测校准系统结构图；
图5是本发明实施例2的10路测量支路的结构图；
图6是本发明实施例1的校准前后不同挡位的电流测量值。
【具体实施方式】
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作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。
如图1、图2所示，本发明实施例1的电流检测校准方法包括以下步骤：
S1：检测控制系统控制电子负载按预设的N个不同挡位的电流目标值，输出相应的电流至待校准设备；其中，所述N为大于1的自然数；
S2：待校准设备分别测量所述N个不同挡位的电流，得出电流测量值，并发送给检测控制系统；
S3：检测控制系统根据所述N个不同挡位的电流测量值和电子负载输出的N个不同挡位的电流目标值，以及线性拟合公式，利用最小二乘法计算校准参数，并发送校准参数给所述待校准设备；
S4：待校准设备接收并保存校准参数，向检测控制系统返回校准完毕消息；
S5：检测控制系统根据导出数据指令，将不同挡位的电流测量值和电流目标值按预设的格式形成报表并输出。
具体的，在本实施例中，检测控制系统是安装在电脑端的上位机软件系统，可通过USB接口、串口、RS232接口和RS485接口等多种方式与电子负载和待校准设备连接。
电子负载相当于是串联在系统中的一个高精度的“电流表”，它的电流输出可以被控制也可以被读取。
待校准设备内部集成了电流测量单元，并且采用霍尔传感器进行电流测量，由于该传感器的电压输出是随着经过的电流大小而线性变化的，典型值40mV/A(电源电压5V，环境温度25℃)，而通常实际应用环境不是这个条件，故需要校准，而最小二乘法很适用本设备的校准。
为了便于校准，在本实施例中，系统将不同挡位的电流目标值设置相同的间隔，预设从0A至20A，共11个挡位，每个挡位间隔2A。由于电子负载受实际环境等因素的影响，往往不能按挡位值准确输出2A、4A等，会有所偏差。但是并不影响本发明的实施。例如，检测控制系统向电子负载发出输出第二挡位即2A的电流的控制命令后，电子负载实际输出的电流目标值为2194mA。采用不同品牌型号的电子负载，实际输出的电流目标值会有所不同。市面上也有一些较高质量的电子负载能够准确输出对应挡位的电流，不会产生偏差。当然，本领域技术人员也可以根据实际情况设置其他的挡位，不影响本发明的实施。
在检测控制系统设置好挡位后，控制电子负载按先后顺序依次输出所有挡位的电流，并控制待校准设备依次测量所有挡位的电流。
具体的，检测控制系统向电子负载发出输出第一挡位电流的控制命令，电子负载收到该命令后，向待校准设备输出第一挡位电流，然后向检测控制系统发出应答消息，表示已完成输出。
检测控制系统收到应答消息后，向待校准设备发出采集第一挡位电流的控制命令，待校准设备收到该命令后，测量电流，并向检测控制系统返回第一挡位的电流测量值。检测控制系统收到第一挡位的电流测量值后，再向电子负载发出输出第二挡位电流的控制命令，电子负载收到该命令后，向待校准设备输出第二挡位电流，然后向检测控制系统发出应答消息，表示已完成输出。
如此循环，直到所有挡位的电流都已测量完毕。
检测控制系统根据所有挡位的电流测量值和电流目标值，利用最小二乘法和线性拟合公式，计算校准参数发送给待校准设备。
具体的，线性拟合公式为：Y＝kX+b，其中，Y为所述电流目标值，X为所述电流测量值；k和b为校准参数。
最小二乘法的计算公式为：
i＝1，X1表示第一挡位的电流测量值，Y1表示第一挡位的电流目标值；i＝2，X2表示第二挡位的电流测量值，Y2表示第二挡位的电流目标值；以此类推。
N可以设置为大于1的任意一个自然数。在本实施例中，检测控制系统设置了11挡位的电流，则N为11。
待校准设备接收并存储校准参数，后续再次测量电流时，将实际测量值根据校准参数进行校准换算后再输出校准后的测量值，从而减小测量误差，提高测量精准度。
进一步地，本实施例的检测控制系统还可根据用户的导出数据指令，将不同挡位的电流测量值、电流目标值、以及校准后的测量值，形成报表输出，以方便用户查看详细数据。
具体的，如图6所示，在本实施例中，除了0A挡位外，其他挡位的电流目标值和挡位值都有所偏差，并且，校准前的测量值与目标值相差较大，经过校准后，校准后的测量值与目标值相差较小。
如图3所示，为本发明实施例2的电流检测校准方法流程图。
在本实施例中，待校准设备内部集成了多路测量支路，需要对每一支路进行校准。因此，本实施例的电流检测校准方法包括以下步骤：
S0：检测控制系统控制待校准设备开启第n路测量支路；其中，所述n为大于等于1的自然数；
S1：检测控制系统控制电子负载按预设的N个不同挡位的电流目标值，输出相应的电流至待校准设备；其中，所述N为大于1的自然数；
S2：待校准设备分别测量N个不同挡位的电流，得出电流测量值，并发送给检测控制系统；
S3：检测控制系统根据N个不同挡位的电流测量值和电子负载输出的N个不同挡位的电流目标值，以及线性拟合公式，利用最小二乘法计算校准参数，并发送校准参数给待校准设备；
S4：待校准设备将校准参数存储为第n路测量支路的校准参数，并向检测控制系统返回第n路测量支路校准完毕的消息；
S6：检测控制系统收到第n路测量支路校准完毕的应答消息后，控制待校准设备开启第n+1路测量支路，返回步骤S1，直到所有测量支路均校准完毕。
具体的，在本实施例中，检测控制系统从第1路测量支路开始，依次进行校准。第1路校准完成后，再进行第2路校准，直到所有测量支路全部校准完成。每一支路的校准方法和实施例1的方法相同，此处不再赘述。
再如图4所示，为本实施例的电流检测校准系统结构图，本系统包括检测控制系统，连接所述检测控制系统的电子负载和待校准设备。
检测控制系统用于控制电子负载按预设的N个不同挡位的电流目标值，输出相应的电流至待校准设备；其中，所述N为大于1的自然数；以及根据N个不同挡位的电流测量值和电子负载输出的N个不同挡位的电流目标值，以及线性拟合公式，利用最小二乘法计算校准参数，并发送校准参数给待校准设备；以及向待校准设备发送开启第n路测量支路的指令，以及在收到第n路测量支路校准完毕的应答消息后，控制待校准设备开启第n+1路测量支路，直到所有测量支路均校准完毕；其中，所述n为大于等于1的自然数。
电子负载用于在检测控制系统的控制下输出相应的电流至待校准设备。
待校准设备用于分别测量所述N个不同挡位的电流，得出电流测量值，并发送给检测控制系统；以及接收并保存检测控制系统发送的校准参数；以及根据检测控制系统发出的开启第n路测量支路的指令，开启第n路测量支路，并将第n路测量支路测量到的N个不同挡位的电流测量值发送给检测控制系统；以及将校准参数存储为第n路测量支路的校准参数，并向检测控制系统返回第n路测量支路校准完毕的消息。
具体的，在本实施例中，待校准设备包括连接电子负载的多路测量支路，连接多路测量支路的模拟开关单元，连接所述模拟开关单元的ADC模数转换单元，连接所述ADC模数转换单元和所述检测控制系统的控制单元，以及连接所述控制单元的存储单元。
其中，测量支路用于根据控制单元的开启指令，开始测量所述N个不同挡位的电流，并输出电流测量值。
控制单元用于根据所述检测控制系统的控制指令，开启其中一路测量支路；以及将ADC模数转换单元获取的电流测量值发送到检测控制系统，并接收检测控制系统输出的校准参数，保存到存储单元中。
模拟开关单元根据ADC模数转换单元的获取电流测量值的命令，获取相应测量支路的电流测量值，并发送给ADC模数转换单元。
ADC模数转换单元根据控制单元的采集其中一路测量支路测量到的电流测量值的控制指令，控制模拟开关单元获取相应测量支路的电流测量值，并将电流测量值进行模数转换后发送给控制单元。
存储单元用于保存多路测量支路的校准参数。
具体的，ADC模数转换单元为一颗AD7705芯片，可以采集10路、16路电流。
如图5所示，本实施例中，测量支路有10路，每一路测量支路均包括连接电子负载的继电器单元和连接继电器单元的霍尔传感器单元。其中，继电器单元在控制单元的控制下打开或关闭，霍尔传感器单元用于测量电流，输出电流测量值。当然，本领域技术人员也根据实际情况设置其他数量的测量支路，都不影响本发明的实施。
具体的，控制单元在收到检测控制系统发出的开启第1支路的控制命令后，只闭合第1支路的继电器开关，其他支路的继电器开关都断开。然后，控制单元再返回应答消息给检测控制系统，表示已经开启第1支路。
检测控制系统向电子负载发出输出第一挡位电流的控制命令，电子负载随即向待校准设备输出第一挡位的电流，第1支路霍尔传感器单元立刻测量该电流。检测控制系统再向待校准设备发送采集第1支路电路的控制命令。控制单元收到此命令后，控制ADC模数转换单元获取第1支路的电流测量值。
ADC模数转换单元向模拟开关单元发送采集第1支路电流测量值的命令，模拟开关单元打开通道1，获取第1支路霍尔传感器发送的电流测量值，并发送给ADC模数转换单元。ADC模数转换单元再将第1支路的电流测量值转换为数字信号AD值(范围为0-65535)，并发送给控制单元，然后控制单元将第1支路的电流测量值发送给检测控制系统。
检测控制系统再向电子负载发出输出第二挡位电流的控制命令，电子负载随即向待校准设备输出第二挡位的电流，第1支路霍尔传感器单元立刻测量该电流。检测控制系统继续控制待校准设备采集第1支路电流测量值，获取该第二挡位的电路测量值后，再开始下一挡位的电流测量。如此循环往复，直到第1支路的所有挡位的电流均已测量。
检测控制系统获得第1支路在所有挡位的电流测量值后，计算第1支路的校准参数，然后发送给待校准设备。待校准设备将该校准参数存储为第1支路的校准参数。至此，第1支路的电流检测校准过程结束。
然后，检测控制系统再向待校准设备发送开启第2支路的控制命令，控制单元收到此命令后，只闭合第2支路的继电器开关，其他支路的继电器开关全部断开。控制单元再返回应答消息给检测控制系统，表示已经开启第2支路。
后续检测控制系统再控制第2支路测量所有挡位的电流，并计算得出第2支路的校准参数，具体过程与第1支路相同，此处不再赘述。
当所有支路的电流检测校准过程均完成后，检测控制系统还可根据用户的导出数据指令，将所有支路在所有挡位的电流目标值、校准前电流测量值，校准后电流测量值都生成报表输出。
综上所述，本发明的检测校准方法和系统通过测量不同挡位的电流，将测量值和目标值进行线性拟合计算，得到校准参数，从而可大大提高待校准设备的测量精准度；并且本系统结构简单，操作方便，能够同时检测校准多路测量支路。
以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，如对各个实施例中的不同特征进行组合等，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电流检测校准方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：检测控制系统控制电子负载按预设的N个不同挡位的电流目标值，输出相应的电流至待校准设备；其中，所述N为大于1的自然数；
S2：所述待校准设备分别测量所述N个不同挡位的电流，得出电流测量值，并发送给所述检测控制系统；
S3：所述检测控制系统根据所述N个不同挡位的电流测量值和所述电子负载输出的N个不同挡位的电流目标值，以及线性拟合公式，利用最小二乘法计算校准参数，并发送所述校准参数给所述待校准设备；
S4：所述待校准设备接收并保存所述校准参数，向所述检测控制系统返回校准完毕消息。
2.如权利要求1所述的电流检测校准方法，其特征在于：在所述步骤S1之前还包括步骤：
S0：所述检测控制系统控制所述待校准设备开启第n路测量支路；其中，所述n为大于等于1的自然数；
所述步骤S4具体包括：
所述待校准设备将所述校准参数存储为第n路测量支路的校准参数，并向所述检测控制系统返回所述第n路测量支路校准完毕的消息；
在步骤S4之后还包括步骤：
S6：所述检测控制系统收到所述第n路测量支路校准完毕的应答消息后，控制所述待校准设备开启第n+1路测量支路，返回所述步骤S1，直到所有测量支路均校准完毕。
3.如权利要求1所述的电流检测校准方法，其特征在于：在所述步骤S3中，所述线性拟合公式为Y＝kX+b，其中，Y为所述电流目标值，X为所述电流测量值；k和b为所述校准参数；
所述最小二乘法的计算公式为：
4.如权利要求2所述的电流检测校准方法，其特征在于：在所述步骤S4之后，还包括步骤：
S5：所述检测控制系统根据导出数据指令，将所述不同挡位的电流测量值和电流目标值按预设的格式形成报表并输出。
5.一种电流检测校准系统，其特征在于：包括检测控制系统，连接所述检测控制系统的电子负载和待校准设备；
所述检测控制系统用于控制电子负载按预设的N个不同挡位的电流目标值，输出相应的电流至待校准设备；其中，所述N为大于1的自然数；以及根据所述N个不同挡位的电流测量值和所述电子负载输出的N个不同挡位的电流目标值，以及线性拟合公式，利用最小二乘法计算校准参数，并发送所述校准参数给所述待校准设备；
所述电子负载用于在所述检测控制系统的控制下输出相应的电流至待校准设备；
所述待校准设备用于分别测量所述N个不同挡位的电流，得出电流测量值，并发送给所述检测控制系统；以及接收并保存所述检测控制系统发送的校准参数。
6.如权利要求5所述的电流检测校准系统，其特征在于：所述检测控制系统还用于向所述待校准设备发送开启第n路测量支路的指令，以及在收到第n路测量支路校准完毕的应答消息后，控制所述待校准设备开启第n+1路测量支路，直到所有测量支路均校准完毕；其中，所述n为大于等于1的自然数；
所述待校准设备还用于根据所述开启第n路测量支路的指令，开启第n路测量支路，并将第n路测量支路测量到的N个不同挡位的电流测量值发送给所述检测控制系统；以及将所述校准参数存储为第n路测量支路的校准参数，并向所述检测控制系统返回所述第n路测量支路校准完毕的消息。
7.如权利要求6所述的电流检测校准系统，其特征在于：所述待校准设备包括连接所述电子负载的多路测量支路，连接所述多路测量支路的模拟开关单元，连接所述模拟开关单元的ADC模数转换单元，连接所述ADC模数转换单元和所述检测控制系统的控制单元，以及连接所述控制单元的存储单元；
所述测量支路用于根据所述控制单元的开启指令，开始测量所述N个不同挡位的电流，并输出电流测量值；
所述控制单元用于根据所述检测控制系统的控制指令，开启其中一路测量支路；以及将所述ADC模数转换单元获取的电流测量值发送到所述检测控制系统，并接收检测控制系统输出的校准参数，保存到所述存储单元中；
所述模拟开关单元根据所述ADC模数转换单元的获取电流测量值的命令，获取相应测量支路的电流测量值，并发送给ADC模数转换单元；
所述ADC模数转换单元根据所述控制单元的采集其中一路测量支路测量到的电流测量值的控制指令，控制模拟开关单元获取相应测量支路的电流测量值，并将电流测量值进行模数转换后发送给控制单元；
所述存储单元用于保存所述多路测量支路的校准参数。
8.如权利要求7所述的电流检测校准系统，其特征在于：所述测量支路包括连接所述电子负载的继电器单元和连接所述继电器单元的霍尔传感器单元；所述继电器单元在所述控制单元的控制下打开或关闭，所述霍尔传感器单元用于测量电流，输出电流测量值。
9.如权利要求5所述的电流检测校准系统，其特征在于：所述线性拟合公式为Y＝kX+b，其中，Y为所述电流目标值，X为所述电流测量值；k和b为所述校准参数；
所述最小二乘法的计算公式为：
10.如权利要求5所述的电流检测校准系统，其特征在于：所述检测控制系统还用于根据导出数据指令，将所述不同挡位的电流测量值和电流目标值按预设的格式形成报表并输出。
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