CN113533825A - 一种基于磁阻传感器可消除共模干扰的电流测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于磁阻传感器可消除共模干扰的电流测量方法，属于电流测量技术领域，包括如下步骤：步骤一、布置载体，将载体设置于线缆的上方，载体垂直于线缆的切面；步骤二、布置磁阻传感器，线缆的中心点为O点，在载体的顶部选取M点和N点，使OM＝ON，两个磁阻传感器分别放置在M点和N点；步骤三、坐标建立，M点和N点的连线为X轴，Y轴与X轴垂直且与线缆的切面平行；步骤四、测量；步骤五、计算。本发明结构简单，安装方便，可有效消除磁场的共模干扰，且成本低廉，能在不同的线径进行使用，大大提高了测量精度，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及电流检测技术领域，具体涉及一种基于磁阻传感器可消除共模干扰的电流测量方法。
背景技术
当前我国电网电流测量采用传统的电磁式电流电压互感器或者用电子式电流电压互感器，体积笨重，不易安装，成本高。基于磁电阻效应的传感器由于其高灵敏度、小体积、低功耗及易集成等特点，在各类磁传感器技术中，TMR传感器具有技术优势。但是在开关柜类似的应用场景中，存在着共模干扰，传统TMR测电流测量精度受限或者消除共模干扰的方法不具有使用价值。
公告号为CN107643439A公开了一种磁阻电流传感器，包括相连的推挽式惠斯通磁阻全桥U1和信号处理单元U2；推挽式惠斯通磁阻全桥U1用于将检测的电流信号发送至信号处理单元U2；信号处理单元U2用于对电流信号进行数字化处理，并且通过无线单元U21进行发送。实际上，只是单纯的实现电流与磁场转化，并没有考虑到共模干扰的情况，在开关柜的场景对结果影响很大。
公告号为CN103809008A的发明公开了一种TMR电流传感器，包括被测电流导线、两个TMR敏感元和差分放大电路。两个TMR敏感元的感应方向相同，当存在外部干扰磁场时，两个TMR敏感元会产生同相信号，将两个TMR敏感元的输出电压信号进行差分处理后，两个同相的外部干扰信号会抵消，实现对外部干扰磁场的屏蔽。本发明还公开了一种采用TMR电流传感器的电流检测方法。本发明通过较小的体积就能实现对较大磁场干扰的屏蔽，能够减少传感器的体积和成本。此TMR电流传感器考虑到共模干扰，其采用被测电流导线是U型结构方式去去除干扰，在实际场景中，需要改造被测电流导线，很难具有使用价值，实用性不强。
因此，需要一种基于磁阻传感器可消除共模干扰的电流测量方法，以克服上述问题的发生。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于磁阻传感器可消除共模干扰的电流测量方法，结构简单，安装方便，可有效消除磁场的共模干扰，且成本低廉，能在不同的线径进行使用，大大提高了测量精度，实用性强。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于磁阻传感器可消除共模干扰的电流测量方法，包括如下步骤：
步骤一、布置载体，将载体设置于线缆的上方，载体垂直于线缆的切面；
步骤二、布置磁阻传感器，线缆的中心点为O点，在载体的顶部选取M点和N点，使OM＝ON，两个磁阻传感器分别放置在M点和N点；
步骤三、坐标建立，M点和N点的连线为X轴，Y轴与X轴垂直且与线缆的切面平行；
步骤四、测量，在无干扰的情况下，线缆中通过电流I后，N点的磁场强度B1分解成BX1与BY1，M点磁场强度B2分解成BX2与BY2，两个磁阻传感器可分别测得BY1与BY2磁场强度大小，BY1与BY2相等且方向相反，在有共模干扰的情况下，设Y轴方向的干扰磁场强度为By，N点处磁阻传感器测出的磁场强度:BY1＇＝BY1+By，M点处磁阻传感器测出的磁场强度:BY2＇＝BY2-By；
步骤五、计算，M点和N点之间的距离为L，线缆半径为R，L/2>R，线缆的顶部与载体之间的距离为H，在无干扰的情况下，M、N点真实磁场强度大小：
|B|＝|B1|＝|B2|
＝|BY2|/COSβ＝|BY1|/COSβ
＝(|BY1|+|BY2|)/(2COSβ)，
在有共模干扰的情况下，真实的磁场强度大小为：
|B|＝(|BY1＇|+|BY2＇|)/(2COSβ)
＝(|BY1|+|By|+|BY2|-|By|)/2COSβ
＝(|BY1|+|BY2|)/(2COSβ)，
其中，
根据安培定律和毕奥-萨伐尔定律：
I＝K*B/(R+H)，K为常系数，
求出I电流。
进一步的，所述载体为平板状。
进一步的，所述载体采用PCB板。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1、消除共模干扰，提高测量精度；
2、结构简单，安装便捷，简单的平板状载体，两个磁阻传感器放置在以导线中心为对称轴的载体上两侧，无需改变导线结构；
3、适用于各种不同线径的导体，实用性强，应用价值高。
附图说明
图1为现有技术的状态示意图；
图2为本发明的状态示意图；
图中：1、线缆；2、载体；3、磁阻传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图2，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员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所示，现有的磁阻电流测量：高压开关柜母线及输电线，相对于磁阻传感器3，可以看成无限长载流直导线。一个磁阻传感器3放置在载体2平面上，载体2垂直于线缆1切面，敏感方向平行于载体2平面。线缆1半径为R，线缆1的中心点到磁阻的距离为(R+H)。若线缆1中通过电流为I的电流，磁阻感应出的磁场强度为B，根据磁感应公式，可得到电流：I＝K*B/(R+H)，其中K为常系数。这种方法使用在无共模干扰的场景，高压开关柜母线及输电线会存在共模干扰场景中，造成测量误差以至于无法使用。
如图2所示，本发明提供一种基于磁阻传感器可消除共模干扰的电流测量方法，包括如下步骤：
步骤一、布置载体，将载体设置于线缆的上方，载体垂直于线缆的切面；
步骤二、布置磁阻传感器，线缆的中心点为O点，在载体的顶部选取M点和N点，使OM＝ON，两个磁阻传感器分别放置在M点和N点；
步骤三、坐标建立，M点和N点的连线为X轴，Y轴与X轴垂直且与线缆的切面平行；
步骤四、测量，在无干扰的情况下，线缆中通过电流I后，N点的磁场强度B1分解成BX1与BY1，M点磁场强度B2分解成BX2与BY2，两个磁阻传感器可分别测得BY1与BY2磁场强度大小，BY1与BY2相等且方向相反，在有共模干扰的情况下,设Y轴方向的干扰磁场强度为By，N点处磁阻传感器测出的磁场强度:BY1＇＝BY1+By，M点处磁阻传感器测出的磁场强度:BY2＇＝BY2-By；
步骤五、计算，M点和N点之间的距离为L，线缆半径为R，L/2>R，线缆的顶部与载体之间的距离为H。
在无干扰的情况下，M、N点真实磁场强度大小：
|B|＝|B1|＝|B2|
＝|BY2|/COSβ＝|BY1|/COSβ
＝(|BY1|+|BY2|)/(2COSβ)，
在有共模干扰的情况下，真实的磁场强度大小为：
|B|＝(|BY1＇|+|BY2＇|)/(2COSβ)
＝(|BY1|+|By|+|BY2|-|By|)/2COSβ
＝(|BY1|+|BY2|)/(2COSβ)
其中，
根据安培定律和毕奥-萨伐尔定律：
I＝K*B/(R+H)，K为常系数
求出I电流。
具体而言，一种基于磁阻传感器可消除共模干扰的电流测量方法，包括如下步骤：
步骤一、布置载体2，将载体2放置在线缆1的上方，载体2为平板状，在该实施例中，载体2采用PCB板，该PCB板垂直于线缆1的切面；
步骤二、布置磁阻传感器3，线缆1的中心点为O点，在载体2的顶部选取M点和N点，，M点和N点在以导线中心为对称轴的载体2上左右两端，且OM＝ON，两个磁阻传感器3分别放置在M点和N点处；
步骤三、坐标建立，M点和N点的连线为X轴，Y轴与X轴垂直且与线缆1的切面平行；
步骤四、测量，在无干扰的情况下，线缆1中通过电流I后，N点的磁场强度B1分解成BX1与BY1，M点磁场强度B2分解成BX2与BY2，两个磁阻传感器3可分别测得BY1与BY2磁场强度大小，BY1与BY2相等且方向相反，在有共模干扰的情况下，设Y轴方向的磁场强度为By，N点处磁阻传感器3测出的磁场强度:BY1＇＝BY1+By，M点处磁阻传感器3测出的磁场强度:BY2＇＝BY2-By；
步骤五、计算，M点和N点之间的距离为L，线缆半径为R，L/2>R，线缆的顶部与载体之间的距离为H。
在无干扰的情况下，M、N点真实磁场强度大小：
|B|＝|B1|＝|B2|
＝|BY2|/COSβ＝|BY1|/COSβ
＝(|BY1|+|BY2|)/(2COSβ)，
在有共模干扰的情况下，真实的磁场强度大小为：
|B|＝(|BY1＇|+|BY2＇|)/(2COSβ)
＝(|BY1|+|By|+|BY2|-|By|)/2COSβ
＝(|BY1|+|BY2|)/(2COSβ)，
其中，
根据安培定律和毕奥-萨伐尔定律：
I＝K*B/(R+H)，K为常系数，
求出I电流。
本发明结构简单，安装便捷，简单的平板状载体2，两个磁阻传感器3放置在以导线中心为对称轴的载体2上两侧，无需改变导线结构；适用于各种不同线径的导体，实用性强，应用价值高；能够消除共模干扰，提高测量精度。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于磁阻传感器可消除共模干扰的电流测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、布置载体，将载体设置于线缆的上方，载体垂直于线缆的切面；
步骤二、布置磁阻传感器，线缆的中心点为O点，在载体的顶部选取M点和N点，使OM＝ON，两个磁阻传感器分别放置在M点和N点；
步骤三、坐标建立，M点和N点的连线为X轴，Y轴与X轴垂直且与线缆的切面平行；
步骤四、测量，在无干扰的情况下，线缆中通过电流I后，N点的磁场强度B1分解成BX1与BY1，M点磁场强度B2分解成BX2与BY2，两个磁阻传感器可分别测得BY1与BY2磁场强度大小，BY1与BY2相等且方向相反，在有共模干扰的情况下，设Y轴方向的干扰磁场强度为By，N点处磁阻传感器测出的磁场强度:BY1＇＝BY1+By，M点处磁阻传感器测出的磁场强度:BY2＇＝BY2-By；
步骤五、计算，M点和N点之间的距离为L，线缆半径为R，L/2>R，线缆的顶部与载体之间的距离为H，在无干扰的情况下，M、N点真实磁场强度大小：
|B|＝|B1|＝|B2|
＝|BY2|/COSβ＝|BY1|/COSβ
＝(|BY1|+|BY2|)/(2COSβ)，
存在共模干扰的情况下，M、N点真实的磁场强度大小为：
|B|＝(|BY1＇|+|BY2＇|)/(2COSβ)
＝(|BY1|+|By|+|BY2|-|By|)/2COSβ
＝(|BY1|+|BY2|)/(2COSβ)，
其中，
根据安培定律和毕奥-萨伐尔定律：
I＝K*B/(R+H)，K为常系数，
求出I电流。
2.根据权利要求1所述的基于磁阻传感器可消除共模干扰的电流测量方法，其特征在于：所述载体为平板状。
3.根据权利要求2所述的基于磁阻传感器可消除共模干扰的电流测量方法，其特征在于：所述载体采用PCB板。
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