CN115856409A

CN115856409A - 一种电流检测装置、方法、设备、系统及介质

Info

Publication number: CN115856409A
Application number: CN202211427565.9A
Authority: CN
Inventors: 卢帆; 王建华; 赵利波; 马越; 田晓杰; 江泽安
Original assignee: Qingdao Topscomm Communication Co Ltd
Current assignee: Qingdao Topscomm Communication Co Ltd
Priority date: 2022-11-15
Filing date: 2022-11-15
Publication date: 2023-03-28

Abstract

本申请公开了一种电流检测装置、方法、设备、系统及介质，涉及检测技术领域。该装置为：多个H桥驱动激励均与线圈连接；采样电阻的第一端与线圈的第一绕阻端连接，采样电阻的第二端与线圈的第二绕阻端连接，采集待检测激励电压信号；DSP的输入端与采样电阻的第一端和采样电阻的第二端均连接；比较器与DSP的输出端连接，用于根据DSP生成的直流特征值和交流特征值检测并确定待检测激励电压信号对应的B型电流的种类。通过多个H桥驱动激励和线圈，集成直流类电流和交流类电流的检测，且通过采样电阻、DSP、比较器得到的直流特征值和交流特征值检测并确定待检测激励电压信号对应的B型电流的种类，此时能够实现全面检测B型电流的种类。

Description

一种电流检测装置、方法、设备、系统及介质

技术领域

本申请涉及检测技术领域，特别是涉及一种电流检测装置、方法、设备、系统及介质。

背景技术

随着现代工业科学技术的不断发展，自动化、电气化的水平也在不断提高，电能在各个领域中得到了越来越广泛的应用，与此同时，发生触电事故的机率也随之增大，且多年来，电气火灾在我国各类火灾中一直高居首位。人身触电和电气火灾事故给国家和人民的生命财产造成了巨大损失，安全科学地用电是社会和谐发展的需要。由于非线性用电设备使用的增加，剩余电流波形不再是单一频率的正弦波，而是含有多种交直流分量的复杂波形和平滑直流波形。交流剩余电流对人身危害极大，50mA/s即会造成心室颤抖；目前的直流电应用广泛，包括直流充电桩和家用的微波炉、洗衣机等，而这些产品多使用B型以及规格更高的剩余电流，其中，根据漏电检测标准GB/T 22794-2017规定，B型剩余电流类别包括正弦交流、脉动直流、复合剩余电流、脉动直流叠加平滑直流、1kHz以下正弦交流、交流剩余电流叠加平滑直流以及平滑直流等七类剩余电流。现有的检测剩余电流的方法有霍尔效应法、磁光效应法等等。其中，霍尔效应法是利用霍尔效应将电流磁场信号转换为电信号，实现交直流电流测量，其电流测量范围可达数千安培，检测带宽为0～200kHz，但易受外部大电流磁场的影响而造成较大的测量误差，并且霍尔传感器的温漂和零点失调较大。因此，霍尔电流传感器不适合交直流剩余电流测量。此外，磁光效应法中的光学电流传感器没有磁芯，不存在磁饱和问题，具有体积小、频率响应宽、易于与数字设备接口等优点，得到国内外学者的广泛关注，但其测量精度相对较低，易于受到环境温度和振动的影响，而且存在光纤固有的线性双折射问题，因此光学电流传感器也不适合平滑直流剩余电流的测量。

鉴于上述存在的问题，寻求如何全面检测B型电流的种类是本领域技术人员竭力解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种电流检测装置、方法、设备、系统及介质，用于全面检测B型电流的种类。

为解决上述技术问题，本申请提供一种电流检测装置，包括：多个H桥驱动激励、线圈、采样电阻、DSP、比较器；

多个H桥驱动激励均与线圈连接，用于将多个H桥驱动激励输出的激励电压信号传输至线圈，其中，激励电压信号包括正电压信号和负电压信号，正电压信号用于使得线圈工作于正向磁饱和区，负电压信号用于使得线圈工作于负向磁饱和区；

采样电阻的第一端与线圈的第一绕阻端连接，采样电阻的第二端与线圈的第二绕阻端连接，用于采集待检测激励电压信号；

DSP的输入端与采样电阻的第一端和采样电阻的第二端均连接，用于生成直流特征值和交流特征值；

比较器与DSP的输出端连接，用于根据直流特征值和交流特征值检测并确定待检测激励电压信号对应的B型电流的种类。

优选地，还包括：信号调理采样电路；

信号调理采样电路的第一输入端与采样电阻的第一端连接，信号调理采样电路的第二输入端与采样电阻的第二端连接，信号调理采样电路的输出端与DSP的输入端连接，用于生成准确的待检测激励电压信号，并传输待检测激励电压信号至DSP。

优选地，信号调理采样电路包括：ADC、全差分放大电路；

全差分放大电路的第一输入端作为信号调理采样电路的第一输入端，全差分放大电路的第二输入端作为信号调理采样电路的第二输入端，全差分放大电路的输出端与ADC的输入端连接，ADC的输出端作为信号调理采样电路的输出端。

优选地，全差分放大电路包括：第一输入电阻、第二输入电阻、差分放大器、第一全差分电阻、第二全差分电阻；

第一输入电阻的第一端作为全差分放大电路的第一输入端，第二输入电阻的第一端作为全差分放大电路的第二输入端，第一输入电阻的第二端与由第一全差分电阻的第一端和差分放大器的正相输入端构成的公共端连接，第二输入电阻的第二端与由第二全差分电阻的第一端和差分放大器的反相输入端构成的公共端连接，由差分放大器的输出端、第一全差分电阻的第二端、第二全差分电阻的第二端构成的公共端作为全差分放大电路的输出端。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种电流检测方法，包括：

控制多个H桥驱动激励均输出激励电压信号，激励电压信号包括正电压信号和负电压信号，正电压信号用于使得线圈工作于正向磁饱和区，负电压信号用于使得线圈工作于负向磁饱和区；

通过采样电阻采集并传输待检测激励电压信号至DSP；

获取DSP根据待检测激励电压信号生成的直流特征值和交流特征值；

根据直流特征值和交流特征值检测并确定待检测激励电压信号对应的B型电流的种类。

优选地，获取DSP根据待检测激励电压信号生成的直流特征值和交流特征值包括：

在正向磁线性区提取激励电压信号所对应的多个正向电压值，在负向磁线性区提取激励电压信号所对应的多个负向电压值；

将多个正向电压值作为第一序列，并确定第一序列的第一平均值，将多个负向电压值作为第二序列，并确定第二序列的第二平均值，其中，第一平均值和第二平均值的个数均与H桥驱动激励的个数相等；

差分处理第一平均值和第二平均值，得到全部差分值，并将全部差分值合并作为差分序列；

对差分序列进行奇数取反处理，得到奇数序列和偶数序列；

以预设取样长度为条件，对基本序列进行取样，得到取样序列，其中基本序列由奇数序列和偶数序列组成；

将根据取样序列确定的第三平均值作为直流特征值；

基于DFT，根据取样序列确定交流特征值。

优选地，根据直流特征值和交流特征值检测并确定待检测激励电压信号对应的B型电流的种类包括：

判断取样序列中各元素的值是否大于第一阈值；

若是，则归纳大于第一阈值的各元素，并得到第一分序列；

若否，则归纳不大于第一阈值的各元素，并得到第二分序列；

根据第一分序列和第二分序列中含有的元素的个数以及第一分序列和第二分序列是否达到B型电流的种类为脉动直流的标准确定B型电流的种类，其中，脉动直流的标准为，在一个周期内为0的信号值和/或不超过6mA的信号值的采样点数大于总采样点数的40％。

优选地，在判断取样序列中各元素的值是否大于第一阈值之前，还包括：

判断直流特征值是否超过第二阈值；

若是，则确定激励电压信号中含有直流类电流；

若否，则确定激励电压信号中含有交流类电流。

优选地，根据第一分序列和第二分序列中含有的元素的个数以及第一分序列和第二分序列是否达到B型电流的种类为脉动直流的标准确定B型电流的种类包括：

当第一分序列中含有的元素的个数大于第二分序列中含有的元素的个数且第一分序列达到B型电流的种类为脉动直流的标准时，判断第一分序列是否包含负数；

若第一分序列包含负数，则确定B型电流的种类为负向脉动直流叠加正极性直流；

若第一分序列不包含负数，则确定B型电流的种类为正向脉动直流叠加正极性直流；

当第二分序列中含有的元素的个数大于第一分序列中含有的元素的个数且第二分序列达到B型电流的种类为脉动直流的标准时，判断第二分序列是否包含正数；

若第二分序列包含正数，则确定B型电流的种类为正向脉动直流叠加负极性直流；

若第二分序列不包含正数，则确定B型电流的种类为负向脉动直流叠加负极性直流。

优选地，在根据第一分序列和第二分序列中含有的元素的个数以及第一分序列和第二分序列是否达到B型电流的种类为脉动直流的标准确定B型电流的种类之后，还包括：

根据B型电流的种类确定表征是否含有脉动直流的取样序列直流值；

判断取样序列直流值是否超过脉动直流的标准；

若是，则确定存在脉动直流；

若否，则确定不存在脉动直流。

优选地，根据直流特征值和交流50Hz特征值检测并确定待检测电压信号对应的B型电流的种类包括：

利用信号调理采样电路过滤在采样电阻两端采集到的激励电压信号；

对过滤后的激励电压信号设置加窗函数；

以频谱分辨率为50Hz为条件，基于FFT确定激励电压信号FFT幅值；

根据FFT幅值确定B型电流的种类。

优选地，在根据B型电流的种类确定表征是否含有脉动直流电流的取样序列直流值之后，还包括：

当确定激励电压信号中含有直流类电流且确定存在脉动直流电流时，确定取样序列中含有的多个元素中的最大值和最小值的差值的绝对值；

判断差值是否超过6mA；

若差值未超过6mA，则确定B型电流的种类为平滑直流，且确定直流特征值为平滑直流的幅值；

若差值超过6mA，则判断差值是否超过第三阈值；

若差值超过第三阈值，则确定B型电流的种类为脉动直流叠加平滑直流，且根据直流特征值和交流特征值确定脉动直流叠加平滑直流的幅值；

若差值未超过第三阈值，则确定B型电流的种类为脉动直流，且确定交流特征值为脉动直流的幅值；

当确定激励电压信号中含有直流类电流且确定不存在脉动直流电流时，确定B型电流的种类为交流剩余电流叠加平滑直流，且根据直流特征值和交流特征值确定交流剩余电流叠加平滑直流的幅值；

当确定激励电压信号中含有交流类电流且确定存在脉动直流电流时，判断差值是否超过第三阈值；

若差值超过第三阈值，则确定B型电流的种类为脉动直流叠加平滑直流；

若差值未超过第三阈值，则确定B型电流的种类为脉动直流。

优选地，根据FFT幅值确定B型电流的种类包括：

当确定激励电压信号中含有交流类电流且确定不存在脉动直流电流时，根据交流特征值与第四阈值的关系以及FFT幅值与预设个数的关系确定B型电流的种类；

当交流特征值超过第四阈值，且FFT幅值等于预设个数时，确定B型电流的种类为正弦交流；其中，预设个数为FFT幅值超出表征FFT预设值的第五阈值的个数；

当交流特征值超过第四阈值，且FFT幅值大于预设个数时，确定B型电流的种类为复合剩余电流；

当交流特征值未超过第四阈值，且FFT幅值等于预设个数时，确定B型电流的种类为1kHz以下的正弦交流信号；

当交流特征值未超过第四阈值，且FFT幅值大于预设个数时，确定B型电流的种类为复合剩余电流。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种电流检测设备，包括：

控制模块，用于控制多个H桥驱动激励均输出激励电压信号，激励电压信号包括正电压信号和负电压信号，正电压信号用于使得线圈工作于正向磁饱和区，负电压信号用于使得线圈工作于负向磁饱和区；

采集并传输模块，用于通过采样电阻采集并传输待检测激励电压信号至DSP；

获取模块，用于获取DSP根据待检测激励电压信号生成的直流特征值和交流特征值；

检测并确定模块，用于根据直流特征值和交流特征值检测并确定待检测激励电压信号对应的B型电流的种类。

此外，该装置还包括以下模块：

提取模块，用于在正向磁线性区提取激励电压信号所对应的多个正向电压值，在负向磁线性区提取激励电压信号所对应的多个负向电压值；

第一确定模块，用于将多个正向电压值作为第一序列，并确定第一序列的第一平均值，将多个负向电压值作为第二序列，并确定第二序列的第二平均值，其中，第一平均值和第二平均值的个数均与H桥驱动激励的个数相等；

差分处理模块，用于差分处理第一平均值和第二平均值，得到全部差分值，并将全部差分值合并作为差分序列；

奇数取反模块，用于对差分序列进行奇数取反处理，得到奇数序列和偶数序列；

取样模块，用于以预设取样长度为条件，对基本序列进行取样，得到取样序列，其中基本序列由奇数序列和偶数序列组成；

第二确定模块，用于将根据取样序列确定的第三平均值作为直流特征值；

第三确定模块，用于基于DFT，根据取样序列确定交流特征值。

第一判断模块，用于判断取样序列中各元素的值是否大于第一阈值；

若是，则触发第一归纳模块，用于归纳大于第一阈值的各元素，并得到第一分序列；

若否，则触发第二归纳模块，用于归纳不大于第一阈值的各元素，并得到第二分序列；

第四确定模块，用于根据第一分序列和第二分序列中含有的元素的个数以及第一分序列和第二分序列是否达到B型电流的种类为脉动直流的标准确定B型电流的种类，其中，脉动直流的标准为，在一个周期内为0的信号值和/或不超过6mA的信号值的采样点数大于总采样点数的40％。

第二判断模块，用于判断直流特征值是否超过第二阈值；

若是，则触发第五确定模块，用于确定激励电压信号中含有直流类电流；

若否，则触发第六确定模块，用于确定激励电压信号中含有交流类电流。

第三判断模块，用于当第一分序列中含有的元素的个数大于第二分序列中含有的元素的个数且第一分序列达到B型电流的种类为脉动直流的标准时，判断第一分序列是否包含负数；

第七确定模块，用于若第一分序列包含负数，则确定B型电流的种类为负向脉动直流叠加正极性直流；

第八确定模块，用于若第一分序列不包含负数，则确定B型电流的种类为正向脉动直流叠加正极性直流；

第四判断模块，用于当第二分序列中含有的元素的个数大于第一分序列中含有的元素的个数且第二分序列达到B型电流的种类为脉动直流的标准时，判断第二分序列是否包含正数；

第九确定模块，用于若第二分序列包含正数，则确定B型电流的种类为正向脉动直流叠加负极性直流；

第十确定模块，用于若第二分序列不包含正数，则确定B型电流的种类为负向脉动直流叠加负极性直流。

第十一确定模块，用于根据B型电流的种类确定表征是否含有脉动直流的取样序列直流值；

第五判断模块，用于判断取样序列直流值是否超过脉动直流的标准；

若是，则触发第十二确定模块，用于确定存在脉动直流；

若否，则触发第十三确定模块，用于确定不存在脉动直流。

过滤模块，用于利用信号调理采样电路过滤在采样电阻两端采集到的激励电压信号；

设置模块，用于对过滤后的激励电压信号设置加窗函数；

第十四确定模块，用于以频谱分辨率为50Hz为条件，基于FFT确定激励电压信号FFT幅值；

第十五确定模块，用于根据FFT幅值确定B型电流的种类。

第十六确定模块，用于当确定激励电压信号中含有直流类电流且确定存在脉动直流电流时，确定取样序列中含有的多个元素中的最大值和最小值的差值的绝对值；

第六判断模块，用于判断差值是否超过6mA；

第十七确定模块，用于若差值未超过6mA，则确定B型电流的种类为平滑直流，且确定直流特征值为平滑直流的幅值；

第七判断模块，用于若差值超过6mA，则判断差值是否超过第三阈值；

第十八确定模块，用于若差值超过第三阈值，则确定B型电流的种类为脉动直流叠加平滑直流，且根据直流特征值和交流特征值确定脉动直流叠加平滑直流的幅值；

第十九确定模块，用于若差值未超过第三阈值，则确定B型电流的种类为脉动直流，且确定交流特征值为脉动直流的幅值；

第二十确定模块，用于当确定激励电压信号中含有直流类电流且确定不存在脉动直流电流时，确定B型电流的种类为交流剩余电流叠加平滑直流，且根据直流特征值和交流特征值确定交流剩余电流叠加平滑直流的幅值；

第八判断模块，用于当确定激励电压信号中含有交流类电流且确定存在脉动直流电流时，判断差值是否超过第三阈值；

第二十一确定模块，用于若差值超过第三阈值，则确定B型电流的种类为脉动直流叠加平滑直流；

第二十二确定模块，用于若差值未超过第三阈值，则确定B型电流的种类为脉动直流。

优选地，根据FFT幅值确定B型电流的种类包括：

第二十三确定模块，用于当确定激励电压信号中含有交流类电流且确定不存在脉动直流电流时，根据交流特征值与第四阈值的关系以及FFT幅值与预设个数的关系确定B型电流的种类；

第二十四确定模块，用于当交流特征值超过第四阈值，且FFT幅值等于预设个数时，确定B型电流的种类为正弦交流；其其中，预设个数为FFT幅值超出表征FFT预设值的第五阈值的个数；

第二十五确定模块，用于当交流特征值超过第四阈值，且FFT幅值大于预设个数时，确定B型电流的种类为复合剩余电流；

第二十六确定模块，用于当交流特征值未超过第四阈值，且FFT幅值等于预设个数时，确定B型电流的种类为1kHz以下的正弦交流信号；

第二十七确定模块，用于当交流特征值未超过第四阈值，且FFT幅值大于预设个数时，确定B型电流的种类为复合剩余电流。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种电流检测系统，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于指向计算机程序，实现电流检测方法的步骤。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现上述全部电流检测方法的步骤。

本申请所提供的一种电流检测装置，包括：多个H桥驱动激励、线圈、采样电阻、DSP、比较器。多个H桥驱动激励均与线圈连接，用于将多个H桥驱动激励输出的激励电压信号传输至线圈，其中，激励电压信号包括正电压信号和负电压信号，正电压信号用于使得线圈工作于正向磁饱和区，负电压信号用于使得线圈工作于负向磁饱和区；采样电阻的第一端与线圈的第一绕阻端连接，采样电阻的第二端与线圈的第二绕阻端连接，用于采集待检测激励电压信号；DSP的输入端与采样电阻的第一端和采样电阻的第二端均连接，用于生成直流特征值和交流特征值；比较器与DSP的输出端连接，用于根据直流特征值和交流特征值检测并确定待检测激励电压信号对应的B型电流的种类。通过多个H桥驱动激励和线圈、既能实现检测直流类电流也能实现检测交流类电流，此外还通过采样电阻、DSP、比较器互相进一步实现具体功能，通过得到的直流特征值和交流特征值检测并确定待检测激励电压信号对应的B型电流的种类，此时能够实现全面检测B型电流的种类。

本申请还提供了一种电流检测方法、设备、系统及介质，效果同上。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种电流检测装置结构图；

图2为本申请实施例所提供的一种电流检测方法流程图；

图3为本申请实施例所提供的一种电流检测设备结构图；

图4为本申请实施例所提供的一种电流检测系统结构图。

其中，10为H桥驱动激励，11为DSP，12为比较器，13为信号调理采样电路，14为ADC，15为全差分放大电路。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护范围。

本申请的核心是提供一种电流检测装置、方法、设备、系统及介质，其能够全面检测B型电流的种类。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

图1为本申请实施例所提供的一种电流检测装置结构图。如图1所示，该电流检测装置，包括：多个H桥驱动激励、线圈Rt、采样电阻Rs、DSP、比较器。多个H桥驱动激励均与线圈连接，用于将多个H桥驱动激励输出的激励电压信号传输至线圈，其中，激励电压信号包括正电压信号和负电压信号，正电压信号用于使得线圈工作于正向磁饱和区，负电压信号用于使得线圈工作于负向磁饱和区；采样电阻的第一端与线圈的第一绕阻端连接，采样电阻的第二端与线圈的第二绕阻端连接，用于采集待检测激励电压信号；DSP的输入端与采样电阻的第一端和采样电阻的第二端均连接，用于生成直流特征值和交流特征值；比较器与DSP的输出端连接，用于根据直流特征值和交流特征值检测并确定待检测激励电压信号对应的B型电流的种类。

此外，为了提高采样电阻两端采集到的待检测激励电压信号的精度，该装置还设置有信号调理采样电路。信号调理采样电路的第一输入端与采样电阻的第一端连接，信号调理采样电路的第二输入端与采样电阻的第二端连接，信号调理采样电路的输出端与DSP的输入端连接，用于生成准确的待检测激励电压信号，并传输待检测激励电压信号至DSP。其中，信号调理采样电路包括由ADC、全差分放大电路组成，且该信号调理采样电路用于提高待检测激励电压信号的精度。全差分放大电路的第一输入端作为信号调理采样电路的第一输入端，全差分放大电路的第二输入端作为信号调理采样电路的第二输入端，全差分放大电路的输出端与ADC的输入端连接，ADC的输出端作为信号调理采样电路的输出端。

还需要说明的是，全差分放大电路包括：第一输入电阻Rin1、第二输入电阻Rin2、差分放大器U1、第一全差分电阻Rf1、第二全差分电阻Rf2。第一输入电阻的第一端作为全差分放大电路的第一输入端，第二输入电阻的第一端作为全差分放大电路的第二输入端，第一输入电阻的第二端与由第一全差分电阻的第一端和差分放大器的正相输入端构成的公共端连接，第二输入电阻的第二端与由第二全差分电阻的第一端和差分放大器的反相输入端构成的公共端连接，由差分放大器的输出端、第一全差分电阻的第二端、第二全差分电阻的第二端构成的公共端作为全差分放大电路的输出端。此时，全差分运放放大电路用于调节待检测激励电压信号的放大倍数，即差分放大器的放大倍数，输入采样电阻的电压信号，输出放大后的电压信号，通过ADC将数字信号输入到DSP中，进行滤波和相关计算。需要说明的是，DSP中还集成有抗混叠滤波器，切了更进一步得到高精度的激励电压信号。

在本实施例中，需要说明的是，比较器仅用于比较两个值之间的大小关系，不起到控制器的作用。在本实施例中，额外还提供有控制器，控制器的作用与该装置对应的方法一致，可见以下实施例的具体说明，在此处不再赘述。另外，本实施例中所提及的线圈也可以理解为绕组，对于该绕组的线圈匝数不作限定，可根据具体实施场景确定其实施方式。同样的，对于本实施例中所提及的第一输入电阻、第二输入电阻、第一全差分电阻、第二全差分电阻的阻值、型号、种类等均不作限定，但一般来说，只要选用合适阻值的电阻能实现该全差分放大电路的滤波作用即可，具体阻值的设置可根据实施场景确定其实施方式。同时，对于本实施例中所提及的差分放大器的型号、种类等均不作限定，只要该差分放大器能够根据第一输入电阻、第二输入电阻、第一全差分电阻、第二全差分电阻实现全差分放大电路的滤波作用即可。此时，通过多个H桥驱动激励和线圈、既能实现检测直流类电流也能实现检测交流类电流，此外还通过采样电阻、DSP、比较器互相进一步实现具体功能，通过得到的直流特征值和交流特征值检测并确定待检测激励电压信号对应的B型电流的种类，此时能够实现全面检测B型电流的种类。

图2为本申请实施例所提供的一种电流检测方法流程图。如图2所示，该电流检测方法，包括：

S20：控制多个H桥驱动激励均输出激励电压信号。

激励电压信号包括正电压信号和负电压信号，正电压信号用于使得线圈工作于正向磁饱和区，负电压信号用于使得线圈工作于负向磁饱和区。

通过H桥驱动激励输出正负方波形式示出的电压信号，使得线圈来回翻转，并使该线圈能够工作于正向磁饱和区和负向磁饱和区。

S21：通过采样电阻采集并传输待检测激励电压信号至DSP。

S22：获取DSP根据待检测激励电压信号生成的直流特征值和交流特征值。

S23：根据直流特征值和交流特征值检测并确定待检测激励电压信号对应的B型电流的种类。

其中，获取DSP根据待检测激励电压信号生成的直流特征值和交流特征值包括以下步骤：

可以将磁导率快速变化的区域成为线性区，且线性区一般位于磁滞回线磁场强度H＝0附近。

将多个正向电压值作为第一序列x₁＝[x₁₁,x₁₂,…,x_1N1]，并确定第一序列的第一平均值

，将多个负向电压值作为第二序列x₂＝[x₂₁,x₂₂,…,x_2N2]，并确定第二序列的第二平均值/>

，其中，第一平均值和第二平均值的个数均与H桥驱动激励的个数相等；其中，N1表示第一序列共含有N1个元素(即为正向电压值)，N2表示第二序列共含有N2个元素(即为负向电压值)。/>

差分处理第一平均值和第二平均值，得到全部差分值Y，其中，

并将全部差分值合并作为差分序列，此时，将差分序列即为y1；

对差分序列进行奇数取反处理，得到奇数序列和偶数序列；其中，对差分序列进行奇数取反处理后得到的基本序列可以表示为以下形式：

其中，-Y[i]为奇数序列，Y[i]为偶数序列，i为第i个H桥驱动激励对应的均值求差分后的值。

以预设取样长度L为条件，对基本序列进行取样，得到取样序列y；

将根据取样序列确定的第三平均值作为直流特征值；

基于DFT，根据取样序列确定交流特征值，其中，交流特征值对应正弦交流50Hz的交流特征值，且基于DFT确定的交流特征值公式如下：

其中，n为共i个H桥驱动激励对应的均值求差分后的值中的任意一个，j为复数的虚部(交流特征值为以复数形式表示的值)。

另外还需要说明的是，当H桥驱动激励不输出正负方波形式的电压信号时，通过线圈的感应电流来判断交流类电流。具体为，根据步骤S23：直流特征值和交流50Hz特征值检测并确定待检测电压信号对应的B型电流的种类包括：

利用信号调理采样电路过滤在采样电阻两端采集到的激励电压信号；此时将信号调理采样电路中的ADC的采样速率设置为1Msps的高频采样，同时，对采样电阻两端采集到的激励电压信号进行下采样设置，以达到降低计算点数的目的；需要说明的是，此时，H桥驱动激励不输出正向电压值和负向电压值，激励电压信号为线圈通过电磁感应获得的感应电流，此时信号调理采样电路的作用为进行低通滤波，滤除感应电流的高频干扰；

对过滤后的激励电压信号设置加窗函数；该加窗函数设置为20ms，以达到减少频谱泄露的目的；此处的激励电压信号仍为线圈通过电磁感应获得的感应电流；

以频谱分辨率为50Hz为条件，基于FFT确定激励电压信号FFT幅值；此时得到的FFT幅值为50Hz至1kHz的交流信号的FFT幅值，将50Hz至1kHz的交流信号按照预设频率组合设置多个通道，其中预设频率组合可以举例为：将50Hz、100Hz设、150Hz分别置为第一、二、三通道等等；FFT确定激励电压信号FFT幅值公式如下：

其中，N为FFT幅值的采样点数，k为N中的任意一个频率；

根据FFT幅值确定B型电流的种类。

根据直流特征值和交流特征值检测并确定待检测激励电压信号对应的B型电流的种类包括：

判断取样序列中各元素的值是否大于第一阈值；

若是，则归纳大于第一阈值的各元素，并得到第一分序列y_p＝[y_{1_p},y_{2_p},…,x_{P_p}]；其中，P表示在第一分序列中共含有P个元素；

若否，则归纳不大于第一阈值的各元素，并得到第二分序列y_q＝[y_{1_q},y_{2_q},…,x_{Q_q}]；其中，Q表示在第一分序列中共含有Q个元素；

此外，在判断取样序列中各元素的值是否大于第一阈值之前，还包括：

判断直流特征值是否超过第二阈值；

若是，则确定激励电压信号中含有直流类电流；其中，直流类电流一般包含平滑直流、交流叠加平滑直流、脉动直流叠加平滑直流、脉动直流；

若否，则确定激励电压信号中含有交流类电流；其中，交流类电流一般包含正弦交流、1kHz以下交流剩余电流、复合剩余电流。

其中，根据第一分序列和第二分序列中含有的元素的个数以及第一分序列和第二分序列是否达到B型电流的种类为脉动直流的标准确定B型电流的种类包括：

当第一分序列中含有的元素的个数P大于第二分序列中含有的元素的个数Q且第一分序列达到B型电流的种类为脉动直流的标准时，判断第一分序列是否包含负数；

还需要说明的是，在根据第一分序列和第二分序列中含有的元素的个数以及第一分序列和第二分序列是否达到B型电流的种类为脉动直流的标准确定B型电流的种类之后，还包括：

根据B型电流的种类确定表征是否含有脉动直流的取样序列直流值y_DC；

判断取样序列直流值是否超过脉动直流的标准；

若是，则确定存在脉动直流；若否，则确定不存在脉动直流。

在上述实施例的基础上，在根据B型电流的种类确定表征是否含有脉动直流电流的取样序列直流值之后，还包括：

判断差值是否超过6mA；

若差值超过6mA，则判断差值是否超过第三阈值；

若差值超过第三阈值，则确定B型电流的种类为脉动直流叠加平滑直流，且根据直流特征值和交流特征值确定脉动直流叠加平滑直流的幅值。

若差值未超过第三阈值，则确定B型电流的种类为脉动直流。

在上述实施例的基础上，判断交流类电流的方式具体为，根据FFT幅值确定B型电流的种类包括：

当确定激励电压信号中含有交流类电流且确定不存在脉动直流电流时，根据交流特征值与第四阈值的关系以及FFT幅值与预设个数的关系确定B型电流的种类；其中预设个数为FFT幅值超出表征FFT预设值的第五阈值的个数，该数值一般设置为1；

当交流特征值超过第四阈值，且FFT幅值等于预设个数时，确定B型电流的种类为正弦交流；

在上述实施例中，对于电流检测方法进行了详细描述，本申请还提供电流检测设备对应的实施例。需要说明的是，本申请从两个角度对装置部分的实施例进行描述，一种是基于功能模块的角度，另一种是基于硬件的角度。

图3为本申请实施例所提供的一种电流检测设备结构图。如图3所示，本申请还提供了一种电流检测设备，包括：

控制模块30，用于控制多个H桥驱动激励均输出激励电压信号，激励电压信号包括正电压信号和负电压信号，正电压信号用于使得线圈工作于正向磁饱和区，负电压信号用于使得线圈工作于负向磁饱和区；

采集并传输模块31，用于通过采样电阻采集并传输待检测激励电压信号至DSP；

获取模块32，用于获取DSP根据待检测激励电压信号生成的直流特征值和交流特征值；

检测并确定模块33，用于根据直流特征值和交流特征值检测并确定待检测激励电压信号对应的B型电流的种类。

此外，该装置还包括以下模块：

第二判断模块，用于判断直流特征值是否超过第二阈值；

若是，则触发第十二确定模块，用于确定存在脉动直流；

若否，则触发第十三确定模块，用于确定不存在脉动直流。

设置模块，用于对过滤后的激励电压信号设置加窗函数；

第十五确定模块，用于根据FFT幅值确定B型电流的种类。

第六判断模块，用于判断差值是否超过6mA；

优选地，根据FFT幅值确定B型电流的种类包括：

第二十四确定模块，用于当交流特征值超过第四阈值，且FFT幅值等于预设个数时，确定B型电流的种类为正弦交流；其中，预设个数为FFT幅值超出表征FFT预设值的第五阈值的个数；

由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

图4为本申请实施例所提供的一种电流检测系统结构图，如图4所示，电流检测系统包括：

存储器40，用于存储计算机程序；

处理器41，用于执行计算机程序时实现如上述实施例中所提到的电流检测方法的步骤。

本实施例提供的电流检测系统可以包括但不限于智能手机、平板电脑、笔记本电脑或台式电脑等。

其中，处理器41可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器41可以采用数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable LogicArray，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。处理器41也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器41可以集成有图像处理器(Graphics Processing Unit，GPU)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器41还可以包括人工智能(Artificial Intelligence，AI)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。

存储器40可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器40还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。本实施例中，存储器40至少用于存储以下计算机程序，其中，该计算机程序被处理器41加载并执行之后，能够实现前述任意一个实施例公开的电流检测方法的相关步骤。另外，存储器40所存储的资源还可以包括操作系统和数据等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作系统可以包括Windows、Unix、Linux等。数据可以包括但不限于电流检测方法等。

在一些实施例中，电流检测系统还可包括有显示屏、输入输出接口、通信接口、电源以及通信总线。

本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构并不构成对电流检测系统的限定，可以包括比图示更多或更少的组件。

本申请实施例提供的电流检测系统，包括存储器40和处理器41，处理器41在执行存储器40存储的程序时，能够实现电流检测方法。

最后，本申请还提供一种计算机可读存储介质对应的实施例。计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述方法实施例中记载的步骤。

可以理解的是，如果上述实施例中的方法以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory)，ROM、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上对本申请所提供的一种电流检测装置、方法、设备、系统及介质进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims

1.一种电流检测装置，其特征在于，包括：多个H桥驱动激励(10)、线圈、采样电阻、DSP(11)、比较器(12)；

多个所述H桥驱动激励(10)均与所述线圈连接，用于将多个所述H桥驱动激励(10)输出的激励电压信号传输至所述线圈，其中，所述激励电压信号包括正电压信号和负电压信号，所述正电压信号用于使得所述线圈工作于所述正向磁饱和区，所述负电压信号用于使得所述线圈工作于所述负向磁饱和区；

所述采样电阻的第一端与所述线圈的第一绕阻端连接，所述采样电阻的第二端与所述线圈的第二绕阻端连接，用于采集待检测激励电压信号；

所述DSP(11)的输入端与所述采样电阻的第一端和所述采样电阻的第二端均连接，用于生成直流特征值和交流特征值；

所述比较器(12)与所述DSP(11)的输出端连接，用于根据所述直流特征值和所述交流特征值检测并确定所述待检测激励电压信号对应的B型电流的种类。

2.根据权利要求1所述的电流检测装置，其特征在于，还包括：信号调理采样电路(13)；

所述信号调理采样电路(13)的第一输入端与所述采样电阻的第一端连接，所述信号调理采样电路(13)的第二输入端与所述采样电阻的第二端连接，所述信号调理采样电路(13)的输出端与所述DSP(11)的输入端连接，用于生成准确的所述待检测激励电压信号，并传输所述待检测激励电压信号至所述DSP(11)。

3.根据权利要求2所述的电流检测装置，其特征在于，所述信号调理采样电路(13)包括：ADC(14)、全差分放大电路(15)；

所述全差分放大电路(15)的第一输入端作为所述信号调理采样电路(13)的第一输入端，所述全差分放大电路(15)的第二输入端作为所述信号调理采样电路(13)的第二输入端，所述全差分放大电路(15)的输出端与所述ADC(14)的输入端连接，所述ADC(14)的输出端作为所述信号调理采样电路(13)的输出端。

4.根据权利要求3所述的电流检测装置，其特征在于，所述全差分放大电路(15)包括：第一输入电阻、第二输入电阻、差分放大器、第一全差分电阻、第二全差分电阻；

所述第一输入电阻的第一端作为所述全差分放大电路(15)的第一输入端，所述第二输入电阻的第一端作为所述全差分放大电路(15)的第二输入端，所述第一输入电阻的第二端与由所述第一全差分电阻的第一端和所述差分放大器的正相输入端构成的公共端连接，所述第二输入电阻的第二端与由所述第二全差分电阻的第一端和所述差分放大器的反相输入端构成的公共端连接，由所述差分放大器的输出端、所述第一全差分电阻的第二端、所述第二全差分电阻的第二端构成的公共端作为所述全差分放大电路(15)的输出端。

5.一种电流检测方法，其特征在于，包括：

控制多个H桥驱动激励均输出激励电压信号，所述激励电压信号包括正电压信号和负电压信号，所述正电压信号用于使得所述线圈工作于所述正向磁饱和区，所述负电压信号用于使得所述线圈工作于所述负向磁饱和区；

通过采样电阻采集并传输待检测激励电压信号至DSP；

获取所述DSP根据所述待检测激励电压信号生成的直流特征值和交流特征值；

根据所述直流特征值和所述交流特征值检测并确定所述待检测激励电压信号对应的B型电流的种类。

6.根据权利要求5所述的电流检测方法，其特征在于，所述获取所述DSP根据所述待检测激励电压信号生成的直流特征值和交流特征值包括：

在正向磁线性区提取所述激励电压信号所对应的多个正向电压值，在负向磁线性区提取所述激励电压信号所对应的多个负向电压值；

将多个所述正向电压值作为第一序列，并确定所述第一序列的第一平均值，将多个所述负向电压值作为第二序列，并确定所述第二序列的第二平均值，其中，所述第一平均值和所述第二平均值的个数均与所述H桥驱动激励的个数相等；

差分处理所述第一平均值和所述第二平均值，得到全部差分值，并将全部所述差分值合并作为差分序列；

对所述差分序列进行奇数取反处理，得到奇数序列和偶数序列；

以预设取样长度为条件，对所述基本序列进行取样，得到取样序列，其中所述基本序列由所述奇数序列和所述偶数序列组成；

将根据所述取样序列确定的第三平均值作为所述直流特征值；

基于DFT，根据所述取样序列确定所述交流特征值。

7.根据权利要求5所述的电流检测方法，其特征在于，所述根据所述直流特征值和所述交流特征值检测并确定所述待检测激励电压信号对应的B型电流的种类包括：

判断所述取样序列中各元素的值是否大于第一阈值；

若是，则归纳大于所述第一阈值的各所述元素，并得到第一分序列；

若否，则归纳不大于所述第一阈值的各所述元素，并得到第二分序列；

根据所述第一分序列和所述第二分序列中含有的所述元素的个数以及所述第一分序列和所述第二分序列是否达到所述B型电流的种类为脉动直流的标准确定所述B型电流的种类，其中，所述脉动直流的所述标准为，在一个周期内为0的信号值和/或不超过6mA的信号值的采样点数大于总采样点数的40％。

8.根据权利要求7所述的电流检测方法，其特征在于，在所述判断所述取样序列中各元素的值是否大于第一阈值之前，还包括：

判断所述直流特征值是否超过第二阈值；

若是，则确定所述激励电压信号中含有直流类电流；

若否，则确定所述激励电压信号中含有交流类电流。

9.根据权利要求8所述的电流检测方法，其特征在于，所述根据所述第一分序列和所述第二分序列中含有的所述元素的个数以及所述第一分序列和所述第二分序列是否达到所述B型电流的种类为脉动直流的标准确定所述B型电流的种类包括：

当所述第一分序列中含有的所述元素的个数大于所述第二分序列中含有的所述元素的个数且所述第一分序列达到所述B型电流的种类为所述脉动直流的所述标准时，判断所述第一分序列是否包含负数；

若所述第一分序列包含所述负数，则确定所述B型电流的种类为负向脉动直流叠加正极性直流；

若所述第一分序列不包含所述负数，则确定所述B型电流的种类为正向脉动直流叠加正极性直流；

当所述第二分序列中含有的所述元素的个数大于所述第一分序列中含有的所述元素的个数且所述第二分序列达到所述B型电流的种类为所述脉动直流的所述标准时，判断所述第二分序列是否包含正数；

若所述第二分序列包含所述正数，则确定所述B型电流的种类为正向脉动直流叠加负极性直流；

若所述第二分序列不包含所述正数，则确定所述B型电流的种类为负向脉动直流叠加负极性直流。

10.根据权利要求8所述的电流检测方法，其特征在于，在所述根据所述第一分序列和所述第二分序列中含有的所述元素的个数以及所述第一分序列和所述第二分序列是否达到所述B型电流的种类为脉动直流的标准确定所述B型电流的种类之后，还包括：

根据所述B型电流的种类确定表征是否含有脉动直流的取样序列直流值；

判断所述取样序列直流值是否超过所述脉动直流的所述标准；

若是，则确定存在脉动直流；

若否，则确定不存在脉动直流。

11.根据权利要求10所述的电流检测方法，其特征在于，所述根据所述直流特征值和所述交流50Hz特征值检测并确定所述待检测电压信号对应的B型电流的种类包括：

利用信号调理采样电路过滤在所述采样电阻两端采集到的所述激励电压信号；

对过滤后的所述激励电压信号设置加窗函数；

以频谱分辨率为50Hz为条件，基于FFT确定所述激励电压信号FFT幅值；

根据所述FFT幅值确定所述B型电流的种类。

12.根据权利要求10所述的电流检测方法，其特征在于，在所述根据所述B型电流的种类确定表征是否含有脉动直流电流的取样序列直流值之后，还包括：

当确定所述激励电压信号中含有所述直流类电流且确定存在所述脉动直流电流时，确定所述取样序列中含有的多个所述元素中的最大值和最小值的差值的绝对值；

判断所述差值是否超过6mA；

若所述差值未超过6mA，则确定所述B型电流的种类为平滑直流，且确定所述直流特征值为所述平滑直流的幅值；

若所述差值超过6mA，则判断所述差值是否超过第三阈值；

若所述差值超过所述第三阈值，则确定所述B型电流的种类为脉动直流叠加平滑直流，且根据所述直流特征值和所述交流特征值确定所述脉动直流叠加平滑直流的幅值；

若所述差值未超过所述第三阈值，则确定所述B型电流的种类为脉动直流，且确定所述交流特征值为所述脉动直流的幅值；

当确定所述激励电压信号中含有所述直流类电流且确定不存在所述脉动直流电流时，确定所述B型电流的种类为交流剩余电流叠加平滑直流，且根据所述直流特征值和所述交流特征值确定所述交流剩余电流叠加平滑直流的幅值；

当确定所述激励电压信号中含有所述交流类电流且确定存在所述脉动直流电流时，判断所述差值是否超过所述第三阈值；

若所述差值超过所述第三阈值，则确定所述B型电流的种类为所述脉动直流叠加平滑直流；

若所述差值未超过所述第三阈值，则确定所述B型电流的种类为所述脉动直流。

13.根据权利要求11所述的电流检测方法，其特征在于，所述根据所述FFT幅值确定所述B型电流的种类包括：

当确定所述激励电压信号中含有所述交流类电流且确定不存在所述脉动直流电流时，根据所述交流特征值与第四阈值的关系以及所述FFT幅值与预设个数的关系确定所述B型电流的种类；

当所述交流特征值超过所述第四阈值，且所述FFT幅值等于所述预设个数时，确定所述B型电流的种类为正弦交流；其中，所述预设个数为所述FFT幅值超出表征FFT预设值的第五阈值的个数；

当所述交流特征值超过所述第四阈值，且所述FFT幅值大于所述预设个数时，确定所述B型电流的种类为复合剩余电流；

当所述交流特征值未超过所述第四阈值，且所述FFT幅值等于所述预设个数时，确定所述B型电流的种类为1kHz以下的正弦交流信号；

当所述交流特征值未超过所述第四阈值，且所述FFT幅值大于所述预设个数时，确定所述B型电流的种类为所述复合剩余电流。

14.一种电流检测设备，其特征在于，包括：

控制模块，用于控制多个H桥驱动激励均输出激励电压信号，所述激励电压信号包括正电压信号和负电压信号，所述正电压信号用于使得所述线圈工作于所述正向磁饱和区，所述负电压信号用于使得所述线圈工作于所述负向磁饱和区；

获取模块，用于获取所述DSP根据所述待检测激励电压信号生成的直流特征值和交流特征值；

检测并确定模块，用于根据所述直流特征值和所述交流特征值检测并确定所述待检测激励电压信号对应的B型电流的种类。

15.一种电流检测系统，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求5至13任意一项所述的电流检测方法的步骤。

16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求5至13任意一项所述的电流检测方法的步骤。