CN117388562B - 可变磁电感式电流传感器及其标定方法 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例中提供可变磁电感式（Variable Magneto Inductor，V.M.I.）电流传感器及其标定方法，传感器包括：至少一个电感元件；激励电路，耦接于至少一个电感元件，响应于脉冲信号，施加脉冲电压于电感元件以产生激励电流信号并采集电流变化信息；激励电流磁场与待测电流磁场平行；在受到待测电流磁场的作用下，引起激励电流信号的幅值随时间变化率的变化；处理单元，耦接于所述激励电路，用于向所述激励电路输出所述脉冲信号，并获取电流变化信息，以根据预设关联信息确定与所述电流变化信息关联的待测电流值。相比传统电流传感器而言，本公开的可变磁电感式电流传感器可以无需较大磁芯或惠斯通电桥，体积小，重量轻，电流测量计算准确且效率高。
Description
技术领域
本公开涉及利用电磁感应技术测量电流的技术领域，尤其涉及可变磁电感式电流传感器及其标定方法。
背景技术
电流传感器在电池、变换器、充电器、可再生能源、工业、机动车辆等各行各业都有应用。目前检测电流的电流传感器主要有分流器，电流互感器、霍尔效应传感器、磁电阻和磁通门技术的传感器。
而应用最为广泛地，就是基于霍尔效应的霍尔效应传感器，其主要原因在于其具有较好的可靠性和低功耗，且也属于非接触式测量。但是根据霍尔效应的原理可以知晓，基于霍尔效应的霍尔效应传感器需要使用磁芯来集中由待测电流产生的磁通量，且由磁芯形成的磁场需要与待测电流的方向垂直，因此，基于霍尔效应的霍尔效应传感器体积往往较大。而如果不带磁芯使用时，这种霍尔效应电流传感器就会受到EMC干扰，从而使得检测的精度较低。
如美国专利US2022260652A1或US2022357366A1。该专利采用磁通门测量设备测量电流，但这种测量设备依旧是围绕一个或多个磁芯构建。这种技术的主要缺点在于需要使用体积大、重量重的磁芯，以及激发磁通门次级所需的功耗较高。
世界知识产权局公开的公开号为WO2020023127A1、美国专利公开号为US2011227560A1或中国公开号为CN114994386A的专利中，分别记载了通过xMR型电流测量设备测量电流的方案，但是其测量设备都是围绕一个或多个磁阻元件周围构建。这些磁阻元件的组装复杂。此外，这些专利中都需要围绕惠斯通电桥建造而成，故而这类测量设备容易受到集肤效应的影响，在大电流的情况下会引起显著的测量误差。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本公开的目的在于提供可变磁电感式（VariableMagneto Inductor，V.M.I.）电流传感器及其标定方法，解决相关技术中的问题。
为便于表述，以下对“可变磁电感式电流传感器”简称为“V.M.I.电流传感器”。
本公开第一方面提供一种V.M.I.电流传感器，包括：至少一个电感元件；激励电路，耦接于所述至少一个电感元件，用于响应于脉冲信号，施加脉冲电压于所述至少一个电感元件以产生激励电流信号；其中，所述激励电流信号用于提取电流变化信息；每个所述激励电流信号形成激励电流磁场与待测电流形成的待测电流磁场平行；在受到待测电流磁场的作用下，引起所述激励电流信号的幅值随时间变化率的变化；处理单元，耦接于所述激励电路，用于向所述激励电路输出所述脉冲信号，并获取电流变化信息，以根据预设关联信息确定与所述电流变化信息关联的待测电流值；所述预设关联信息预先基于多组采样值经数学拟合得到，每组所述采样值包括电流变化信息及其关联的预设待测电流的电流值。
在第一方面的实施例中，所述电流变化信息包括以下至少一种：与激励电流随时间变化的幅值相关的信号表示信息、以及与所述幅值变化的积分结果相关的信号表示信息；其中，所述与激励电流随时间变化的幅值相关的信号表示信息包括：激励电流在给定时长内所达到电流幅值相关的幅值表示信息；以及，激励电流的幅值变化至给定电流幅值的时长相关的时长表示信息。
在第一方面的实施例中，所述至少一个电感元件包括：被配置成激励电流磁场方向相反的一对电感元件；或者，被配置成随时间变化交替形成磁场方向相反的激励电流磁场的一个电感元件。
在第一方面的实施例中，所述激励电路，用于基于所述一对电感元件或者一个电感元件所在导电回路中的两个信号点形成两个输出端，以输出一对电流变化信号，所述一对电流变化信号分别相关于形成相反磁场方向的激励电流磁场的激励电流；所述V.M.I.电流传感器包括差分运算电路，用于基于所述一对电流变化信号的差分计算得到所述电流变化信息。
在第一方面的实施例中，所述一对电感元件包括第一电感元件和第二电感元件；所述激励电路包括：第一导电回路，供布置所述第一电感元件及其串联的第一电阻；第二导电回路，供布置所述第二电感元件及其串联的第二电阻；第一开关组，设于所述第一导电回路和第二导电回路中，用于被一个所述脉冲信号设置开关状态以同步通/断所述第一导电回路和第二导电回路；其中，所述第一导电回路和第二导电回路中对称的两个信号点引出一对输出端以输出一对电信号作为所述一对电流变化信号。
在第一方面的实施例中，所述第一开关组包括：第一开关和第二开关；所述第一电感元件的一端耦接第一电阻并引出第一输出端，且第一电阻的另一端耦接电源；所述第一电感元件的另一端耦接所述第一开关第一端，所述第一开关的第二端接地；所述第一开关的用于设置第一端和第二端通/断的第三端接收所述脉冲信号；所述第二电感元件的一端耦接第二电阻并引出第二输出端，且第二电阻的另一端耦接电源；所述第二电感元件的另一端耦接所述第二开关第一端，所述第二开关的第二端耦接至地；所述第二开关的用于设置第一端和第二端通/断的第三端接收所述脉冲信号。
在第一方面的实施例中，所述一个电感元件包括一个第三电感元件，所述激励电路包括：第三导电回路和第四导电回路，被配置成具有共同线路，所述第三电感元件被设于所述共同线路中；第二开关组，设于所述第三导电回路和第四导电回路中，被同频且具有相位差的两个脉冲信号设置开关状态，以交替地通/断所述第三导电回路和第四导电回路；其中，所述第三导电回路和第四导电回路在导通时在所述共同线路两端施加极性相反的电压，以形成所述一个电感元件中方向相反的激励电流；第三电阻，与所述第三电感元件串联地设于所述共同线路中；形成于所述第三电阻两端的两个信号点引出一对输出端以输出一对电信号作为所述一对电流变化信号。
在第一方面的实施例中，所述第二开关组包括：第三开关、第四开关、第五开关及第六开关；所述第三开关的第一端耦接电源，所述第三开关的第二端耦接第四开关的第一端并引出第一共接端，所述第四开关的第二端耦接至地；所述第三开关和第四开关的用于设置第一端和第二端通/断的第三端接收一第一脉冲信号，并且所述第三开关和第四开关在所述第一脉冲信号作用下呈相反开关状态；所述第五开关的第一端耦接电源，所述第五开关的第二端耦接第六开关的第一端并引出第二共接端，所述第六开关的第二端耦接至地；所述第五开关和第六开关的用于设置第一端和第二端通/断的第三端接收一第二脉冲信号，并且所述第五开关和第六开关在所述第二脉冲信号作用下呈相反开关状态；所述第一脉冲信号和第二脉冲信号之间同频且具有相位差；所述第三电感元件的一端耦接所述第一共接端，另一端经所述第三电阻耦接至所述第二共接端，以形成第一共接端和第二共接端之间的共同线路；其中，所述第三开关和第六开关之间开关状态相同，以形成所述第三导电回路；所述第四开关和第五开关之间开关状态相同，以形成所述第四导电回路。
在第一方面的实施例中，所述激励电路包括：一对积分电路，分别耦接在所述两个信号点且分别引出输出端，以输出两个积分结果对应的电信号以作为所述一对电流变化信号。
在第一方面的实施例中，所述积分电路包括电阻-电容积分电路，所述输出端从电阻与电容的耦接端引出。
在第一方面的实施例中，所述V.M.I.电流传感器包括：第一比较器和第二比较器；所述一对电流变化信号包括第一电流变化信号和第二电流变化信号；所述第一比较器，耦接至所述激励电路，用于比较所述第一电流变化信号与一参考信号幅值，并在所述第一电流变化信号达到所述参考信号幅值时，输出第一触发信号；其中，所述参考信号幅值对应于激励电流的一给定电流幅值；所述第二比较器，耦接至所述激励电路，用于比较所述第二电流变化信号与所述参考信号幅值，并在所述第二电流变化信号达到所述参考信号幅值时，输出第二触发信号；所述处理单元，耦接于所述第一比较器和第二比较器，用于获取从形成所述第一电流变化信号的脉冲起始时间至接收所述第一触发信号的目的时间的第一间隔时长，且获取从形成所述第二电流变化信号的脉冲起始时间至接收所述第二触发信号的目的时间的第二间隔时长；并且，基于第一间隔时长和第二间隔时长的差分运算得到所述电流变化信息。
在第一方面的实施例中，所述差分运算电路包括：前级差分运算放大电路，用于基于所述一对电流变化信号的差分计算以得到电流变化差分信号；至少一级后级差分运算放大电路，用于基于所述电流变化差分信号与预设信号阈值之间的差分计算，去除所述电流变化差分信号的原始幅值中对应待测电流值的电流值整数部分的第一信号部分，得到原始幅值中对应待测电流值的小数部分的第二信号部分，且放大所述第二信号部分后输出；信号值组合电路，用于根据放大后的第二信号部分和第一信号部分组合处理，以得到对应于包含所述整数部分及小数部分的待测电流值的电流变化信息。
在第一方面的实施例中，预先获得对应各种待测电流的整数电流值的预设信号阈值，并向所述至少一级后级差分运算放大电路逐个输入每个预设信号阈值，以在被输入的后级差分运算放大电路不饱和的状态下，获得对应所述小数部分的第二信号部分；和/或，至少一级后级差分运算放大电路的一个输入端引入偏置信号，用于调节该级的后级差分运算放大电路的输出信号值为正值。
在第一方面的实施例中，所述激励电路，用于基于激励电流在一脉冲到来后的预判时长内所达到的电流幅值同预设选择阈值的比较结果，选择获取所述幅值表示信息或所述时长表示信息作为所述电流变化信息。
本公开第二方面提供一种V.M.I.电流传感器的标定方法，应用于一计算机装置，所述计算机装置同如第一方面中任一项所述的V.M.I.电流传感器之间通信连接；所述方法包括：所述计算机装置在每个采集时刻，从所述可变磁电感式电流传感器采集激励电流的电流变化信息，并与预设的待测电流的电流值之间关联形成一组采样值；所述计算机装置基于多组采样值进行数学拟合得到所述预设关联信息；所述计算机装置将所述预设关联信息设置到所述V.M.I.电流传感器。
如上所述，本公开实施例中提供可变磁电感式（Variable Magneto Inductor，V.M.I.）电流传感器及其标定方法，传感器包括：至少一个电感元件；激励电路，耦接于至少一个电感元件，响应于脉冲信号，施加脉冲电压于电感元件以产生激励电流信号并采集电流变化信息；激励电流磁场与待测电流磁场平行；在受到待测电流磁场的作用下，引起激励电流信号的幅值随时间变化率的变化；处理单元，耦接于所述激励电路，用于向所述激励电路输出所述脉冲信号，并获取电流变化信息，以根据预设关联信息确定与所述电流变化信息关联的待测电流值；所述预设关联信息预先基于多组采样值经数学拟合得到，每组所述采样值包括电流变化信息及其关联的预设待测电流的电流值。相比传统电流传感器而言，本公开的V.M.I.电流传感器可以仅需与电感体积适配的磁芯，无需如霍尔传感器的U形或C形的较大磁芯，或其它类型电流传感器中的惠斯通电桥，体积小，重量轻，电流测量计算准确且效率高，功耗也相应较低。
附图说明
图1A展示本公开一实施例中电感元件为螺线管线圈的结构示意图。
图1B展示本公开一实施例中电感元件为平面线圈的结构示意图。
图2展示本公开一实施例中V.M.I.电流传感器的结构示意图。
图3展示本公开一实施例中由脉冲信号产生脉冲电压信号及相应的激励电流信号的波形示意图。
图4A展示本公开一实施例中幅值法的原理示意图。
图4B展示本公开一实施例中时间法的原理示意图。
图5A展示本公开一实施例中采用一对电感元件形成相反磁场方向的激励电流磁场的原理示意图。
图5B和图5C分别展示本公开一实施例中采用一个电感元件形成相反磁场方向的激励电流磁场的原理示意图。
图6展示本公开又一个实施例中V.M.I.电流传感器的结构示意图。
图7展示本公开一实施例中对应一对电感元件的激励电路的结构示意图。
图8A展示本公开一实施例中对应一对电感元件的激励电路的电路原理示意图。
图8B展示本公开又一实施例中对应一对电感元件的激励电路的电路原理示意图。
图9展示本公开一实施例中对应一个电感元件的激励电路的结构示意图。
图10展示本公开一实施例中两个同频但存在相位差的脉冲信号及其作用下产生的一种电流变化信息的波形示意图。
图11A展示本公开一实施例中对应一个电感元件的激励电路的电路原理示意图。
图11B展示本公开又一实施例中对应一个电感元件的激励电路的电路原理示意图。
图12展示本公开一实施例中信号提取电路的结构示意图。
图13展示本公开一实施例中差分运算电路的结构示意图。
图14展示本公开一实施例中差分运算电路的电路原理图。
图15展示本公开一实施中的V.M.I.电流传感器的标定方法的流程示意图。
图16展示本公开一实施例中计算机装置的结构示意图。
附图标记：
螺线管线圈100A；平面线圈100B；
V.M.I.电流传感器200；电感元件201；第一激励电路202；第一处理单元203；
电感元件501A；电感元件502A；电感元件503A；电感元件501B；
电感元件601；第二激励电路602；输出端621；输出端622；第二处理单元603；第一差分运算电路604；
第一电感元件701；第二电感元件702；第一导电回路703；第二导电回路704；第一开关组705；第一电阻706；第二电阻707；输出端708；输出端709；
第三电感元件901；第三导电回路903；第四导电回路904；及第二开关组905；共同线路906；第三电阻907；输出端908；输出端909；
第一比较器1201；第二比较器1202；负极输入端1211；正极输入端1212；输出端1213；第三激励电路1203；第三处理单元1204；正输入端1222；负极输入端1221；输出端1223；
第二差分运算电路1300；前级差分运算放大电路1301；至少一级后级差分运算放大电路1302；信号值组合电路1303。
计算机装置1600；总线1601；处理器1602；存储器1603；通信器1604。
具体实施方式
以下通过特定的具体示例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本公开所揭露的消息轻易地了解本公开的其他优点与功效。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用模块，本公开中的各项细节也可以根据不同观点与应用模块，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面以附图为参考，针对本公开的实施例进行详细说明，以便本公开所属技术领域的技术人员能够容易地实施。本公开可以以多种不同形态体现，并不限定于此处说明的实施例。
在本公开的表示中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的表示意指结合该实施例或示例表示的具体特征、结构、材料或者特点包括于本公开的至少一个实施例或示例中。而且，表示的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或一组实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本公开中表示的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于表示目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本公开的表示中，“一组”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了明确说明本公开，省略与说明无关的器件，对于通篇说明书中相同或类似的构成要素，赋予了相同的参照符号。
在通篇说明书中，当说某器件与另一器件“耦接”时，这不仅包括“直接耦接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接耦接”的情形。另外，当说某种器件“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。
虽然在一些示例中术语第一、第二等在本文中用来表示各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一接口及第二接口等表示。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、模块、项目、种类、和/或组，但不排除一个或一组其他特征、步骤、操作、元件、模块、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
此处使用的专业术语只用于言及特定实施例，并非意在限定本公开。此处使用的单数形态，只要语句未明确表示出与之相反的意义，那么还包括复数形态。在说明书中使用的“包括”的意义是把特定特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份具体化，并非排除其它特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份的存在或附加。
虽然未不同地定义，但包括此处使用的技术术语及科学术语，所有术语均具有与本公开所属技术领域的技术人员一般理解的意义相同的意义。普通使用的字典中定义的术语追加解释为具有与相关技术文献和当前提示的消息相符的意义，只要未进行定义，不得过度解释为理想的或非常公式性的意义。
电流传感器在很多场景下获得应用，但是，传统类型的电流传感器均存在一定的问题。例如，应用最为广泛的霍尔效应传感器，其通常使用较大体积的U形或C形铁芯来集中由待测电流产生的磁通量，传感器体积往往较大。再有，磁通门类型的测量设备也需要使用体积大，重量重的磁芯，而且磁通门类型的测量设备，激发磁通门次级所需的功耗较高。另外，例如xMR型电流测量设备，围绕一个或多个磁阻元件构建。一方面磁阻元件组装复杂，另一方面，此类型电流测量设备需要实现惠斯通电桥，容易受到集肤效应影响，在大电流的情况下会引起显著的测量误差。
鉴于以上问题，本公开实施例中提供V.M.I.电流传感器，以解决以上问题。
简单介绍所述V.M.I.电流传感器测量电流的原理。所述V.M.I.电流传感器包含一个电感元件，所述电感元件可以包括在内的任何具有电感属性的元件。作为示例，所述线圈的可以是如图1A所示的螺旋缠绕的螺线管线圈100A，也可以是如图1B所示的螺旋缠绕的平面线圈100B。
当所述线两端施加电压时，可形成流过电感的电流，所述电流会形成磁场。根据安培定则，当右手握住线圈时，4指指向指示电流方向，则大拇指指示电流产生的磁场方向（指向N极）。或者，当右手握住直线电流，大拇指指向指示电流方向，则4指指向指示电流产生的磁场方向。以图1A中电感元件为螺线管线圈为例，其磁场方向与其轴线方向一致。
基于物理知识，可知电感的特性公式为：
U=L*di/dt（1）
其中，U为电感两端电压，L是电感量，di/dt代表电流对时间的导数，可以理解为电流随时间的变化率。
并且，线圈的电感计算公式为：
L=μN2S/l （2）
其中，L是电感量，μ是磁导率，N是线圈匝数，S是线圈截面积，l是线圈长度。
当所述电感元件通电形成的电磁体位于待测导体旁时，若待测导体中流过的待测电流I产生的待测电流磁场耦合作用于电感电流产生的磁场，会使电磁体的磁导率μ发生变化。磁导率μ为磁场某点磁感应强度B与磁场强度H的比值，也就是磁滞（B-H）曲线中的斜率，磁导率μ并非随B、H的变化单调变化，而是有上升及下降的。
基于公式（2）可知，磁导率的变化会引起电感量L的变化，则在公式（1）中，若电感两端施加的电压值U是固定的，则L变化会引起di/dt的相应变化，可以通过在电流-时间的二维坐标系内，在极短时隙中呈现出的i近似于线性变化的斜率大小来表示。
由此可知，di/dt和I之间相关联。如果能获得该关联关系，例如关系函数或关系表等，就可以通过测量di/dt来得到待测的I值，完成待测电流的测量。
基于以上原理，图2中展示本公开一实施例中V.M.I.电流传感器的结构示意图。
所述V.M.I.电流传感器200包括：至少一个电感元件201、激励电路（示例性地展示为第一激励电路202）、及处理单元（示例性地展示为第一处理单元203）。每个所述电感元件201可以包含线圈，以图1A中的螺线管线圈示例性地表示。
所述第一激励电路202，耦接于所述电感元件201，用于响应于脉冲信号，施加脉冲电压（V）于所述电感元件201以产生激励电流信号。
关于脉冲电压信号和激励电流信号的关系，可见图3，展示一种示例中由脉冲信号产生脉冲电压信号及相应的激励电流信号的波形示意图。需特别说明的是，虽然图示中的脉冲信号、脉冲电压信号及激励电流信号之间的频率相同，且相位一致，但是仅为示例，在其它实施例中可以根据需求调整至不相同，并非以示例为限。
在图3中，当脉冲信号的上升沿到来时，触发激励电路输出脉冲电压施加于电感元件，电感元件上形成升高的激励电流。如之前所述，在极短的时间内（根据脉冲电压的脉宽确定，比如脉冲上升沿起数微秒，如3微秒等），激励电流的变化率近似于线性上升的状态，而当脉冲电压下降沿到来时，激励电流值变化为0，从而在其电流随时间变化的波形上呈现为锯齿波的形状，每个锯齿波的“斜率”即对应di/dt。在待测电流磁场的作用下，若磁导率减小引起L减小，则di/dt增加，呈现为某个锯齿的斜率增加；反之，若磁导率增加则引起L增加，则di/dt减小，呈现为某个锯齿的斜率减小。可以看到图中的A、B、C三个锯齿，A可能是没有待测导体300的待测电流磁场作用下的初始状态，即展示初始的di/dt变化率，B是在待测电流磁场一种作用下di/dt增加的状态，C是在待测电流磁场一种作用下di/dt减小的状态。
回到图2中，所述激励电流信号用于提取电流变化信息，即与激励电流的di/dt相关的信息。
所述第一处理单元203耦接于第一激励电路202，用于向所述第一激励电路202输出所述脉冲信号，并获取电流变化信息，以根据预设关联信息确定与所述电流变化信息关联的待测电流值；所述预设关联信息预先基于多组采样值经数学拟合得到，每组所述采样值包括电流变化信息及其关联的预设待测电流的电流值。其中，所述电流变化信息可以由激励电路直接采集，也可以由激励电路发出至少一个电流变化信号以被处理单元、或者处理单元和激励电路之间的电路提取得到。
在一些实施例中，所述第一处理单元203可以基于例如微控制单元（MCU）、片上系统（SoC）或可编程逻辑门电路（FPGA）等实现。在一些实施例中，所述预设关联信息可以为关系函数或者关系表等，预先标定于所述第一处理单元203。
基于图3可知，所述电流变化信息为测量的di/dt锯齿波的斜率、或者与斜率相关的信号表示。在一些示例中，所述电流变化信息包括以下至少一种：与激励电流随时间的幅值变化相关（即di/dt）的信号值（例如模拟或数字电压值、电流值等）、以及与所述幅值变化的积分结果（即di/dt在一段时间上的积分）相关的信号表示信息（（例如模拟或数字电压值、电流值等）。
在进一步示例中，所述与激励电流随时间变化的幅值相关的信号表示信息包括：激励电流在给定时长内所达到电流幅值相关的幅值表示信息，例如模拟或数字电压值、电流值等；以及，激励电流的幅值变化至给定电流幅值的时长相关的时长表示信息，例如处理单元内部表示时长的计数值等。具体的，在给定时长t0的情况下，该斜率可以通过到达给定时长的幅值来衡量，例如图4A中的两个电流信号的幅值A1、A2；斜率越大，到达给定时长时的幅值越高。或者，在给定幅值A的情况下，该斜率可以通过电感电流值达到A的时间来衡量，例如图4B中的两个电流信号的时间t1、t2；斜率越大，则到达给定幅值A的时间越短。
其中，获取di/dt斜率相关信号表示信息即电流变化信息的方法可称为“di/dt法”。进一步细分的，在给定时长内获取幅值的信号表示信息的方法可称为“幅值法”，获取达到给定幅值所需时长的信号表示信息的方法可称为“时间法”。获取di/dt积分的相关信号表示信息的方法可称为“积分法”。
在一些实施例中，在采集电流变化信息时，所述第一激励电路202可以根据激励电流信号所能在幅值或时间上达到的测量范围更大为条件，来选择所述“幅值法”或“时间法”。以图3中的锯齿波为参考，若一个锯齿的斜率很大，则使用“幅值法”可以获得在幅值维度的更多信息，或者，若一个锯齿的斜率很小，则使用“时间法”可以获得在时间维度的更多信息。从而，可以使提取到的电流变化信息的信息量更大，测量更加精准。
由此，所述第一激励电路202可以基于激励电流在一脉冲到来后的预判时长内所达到的电流幅值同预设选择阈值的比较结果，选择获取所述幅值表示信息或所述时长表示信息作为所述电流变化信息。所述预判时长小于所述给定时长。具体而言，若所达到的电流幅值大于或等于一个预设选择阈值，则说明电流幅值较大，可选用“幅值法”以提取幅值表示信息作为电流变化信息；或者，若所达到的电流幅值小于一个预设选择阈值，则说明电流幅值较小，可选用“时间法”以提取时长表示信息作为电流变化信息。
在一些实施例中，所述至少一个电感元件201可以包括一个电感元件或者一对电感元件。为放大获得的电流变化信息，可以通过配置所述一对电感元件或者一个电感元件的方位或者脉冲电压的方向，产生对应不同磁场方向的激励电流磁场的两个激励电流，两个激励电流磁场中的一个会被待测电流磁场的作用增强（比如和待测电流磁场的磁场方向相同），则另一个会被减弱（比如和待测电流磁场的磁场方向相反），即可分别得到相反的两部分电流变化信息，基于差分思想，将两部分电流变化信息差分既可消除存在的噪声，又能得到两部分电流变化信息的叠加的电流变化信息。
如图5A所示，展示为一对电感元件501A、502A。所述一对电感元件501A、502A被配置成所形成激励电流磁场方向相反。在实现示例中，所述一对电感元件501A、502A分别为螺线管线圈，两个螺线管线圈的轴线方向平行，设置的方向相反，以令产生的激励电流磁场方向相反。待测导体中待测电流产生的待测电流磁场的磁场方向（如箭头X所示）可以与其中一个电感元件501A、502A的激励电流磁场方向相同，则会与另一个磁场方向相反。或者，在其它实施例中，两个螺线管线圈可以相同方向摆放而通不同方向电流。
如图5B和图5C所示，展示为一个电感元件501B。所述一个电感元件501B可以被配置成随时间变化交替形成磁场方向相反的激励电流磁场。在实现示例中，所述一个电感元件501B可被在两端施加随时间变化极性交替的脉冲电压，以产生相反的激励电流I1、I2，从而产生方向相反的激励电流磁场。
与之相应的，如图6所示，展示本公开又一个实施例中V.M.I.电流传感器的结构示意图。
在图6中，激励电路展示为第二激励电路602，用于基于至少一个电感元件601所在导电回路中的两个信号点形成两个输出端621、622，以输出一对电流变化信号，包括第一电流变化信号和第二电流变化信号。所述一对电流变化信号分别相关于形成相反磁场方向的激励电流磁场的激励电流。
所述V.M.I.电流传感器还可包括差分运算电路，在图6中展示为第一差分运算电路604，耦接于所述第二激励电路602和第二处理单元603，用于基于所述一对电流变化信号的差分计算得到所述电流变化信息。示例性地，所述第一差分运算电路604可以独立于第二处理单元603外，或者也可以全部或部分集成于第二处理单元603内。所述第二处理单元602也可以通过如MCU、SoC等实现。
以一对电感元件（例如图5A）为例，对第二激励电路的电路实现进行说明。
如图7所示，展示本公开一实施例中对应一对电感元件的激励电路的结构示意图。图7中的激励电路可用于实现第二激励电路。
所述一对电感元件包括第一电感元件701和第二电感元件702。
图7中的激励电路包括：第一导电回路703、第二导电回路704及第一开关组705。其中，导电回路指的是从电源出发至接地的导电线路。
所述第一导电回路703，供布置所述第一电感元件701及其串联的第一电阻706。
所述第二导电回路704，供布置所述第二电感元件702及其串联的第二电阻707。
所述第一开关组705，设于所述第一导电回路703和第二导电回路704中，用于被处理单元的一个所述脉冲信号设置开关状态以同步通/断所述第一导电回路703和第二导电回路704。其中，所述第一导电回路703和第二导电回路704中对称的两个信号点引出一对输出端708、709以输出一对电信号作为所述一对电流变化信号。图中线路中的点虚线部分表示不排除可设置其它元件，例如电阻、开关灯。
示例性地，所述第一开关组705可以包括分别接入所述第一导电回路703和第二导电回路704中的两个开关，由同一个所述脉冲信号来控制导通。所述开关可以包括晶体管开关，比如MOS管或三极管等，所述MOS管可以是NMOS、PMOS。
可参阅图8A，展示本公开实施例中对应一对电感元件的激励电路的电路原理示意图。图8A中的激励电路可用于实现所述第二激励电路。
所述第一开关组包括第一开关Q1和第二开关Q2。作为示例，Q1和Q2可为NMOS，它们的第一端为漏极（D），第二端为源极（S），第三端为栅极（G）。
所述第一电感元件L1的一端耦接第一电阻R1一端并引出第一输出端O1，且第一电阻R1的另一端耦接电源VCC。可选地，第一电阻和第二电阻耦接电源的一端还可经一第一电容C1接地。
所述第一电感元件L1的另一端耦接所述第一开关Q1第一端，所述第一开关Q1的第二端接地。所述第一开关Q1的用于设置第一端和第二端通/断的第三端接收所述脉冲信号PULSE。
所述第二电感元件L2的一端耦接第二电阻R2并引出第二输出端O2，且第二电阻R2的另一端耦接电源VCC。所述第二电感L2的另一端耦接所述第二开关Q2的第一端，所述第二开关Q2的第二端耦接至地；所述第二开关Q2的用于设置第一端和第二端通/断的第三端接收所述脉冲信号PULSE。
在一些实施例中，所述激励电路也可包括一对积分电路，分别耦接在图7或图8A中的两个所述两个信号点且分别引出输出端，以输出两个积分结果对应的电信号以作为所述一对电流变化信号，从而可用于实现“积分法”的测量方式。进一步示例中，所述积分电路包括电阻-电容积分电路，所述输出端从电阻与电容的耦接端引出。
如图8B所示，展示本公开又一实施例中对应一对电感元件的激励电路的电路原理示意图。图8B中的激励电路在图8A基础上增加了两个电阻-电容（RC）的积分电路。图8B中的激励电路可用于实现所述第二激励电路。
在图8B中，第一个积分电路包括电阻R25及电容C7，电阻R25的一端耦接R1和L1之间的连接点，即一个信号点。并且，电阻R25和电容C7的耦接点引出输出端O1'。
相似的，第二个积分电路包括电阻R26及电容C8，电阻R26的一端耦接R2和L2之间的连接点，即另一个信号点。并且，电阻R26和电容C8的耦接点引出输出端O2'。
以一个电感元件（例如图5B中所展示）为例，对第二激励电路的电路实现进行说明。
如图9所示，展示本公开一实施例中对应一个电感元件的激励电路的结构示意图。图9中的激励电路可用于实现所述第二激励电路。
设所述一个电感元件包括第三电感元件901。
所述激励电路包括：第三导电回路903、第四导电回路904、及第二开关组905。
所述第三导电回路903、第四导电回路904被配置成具有共同线路906，所述第三电感元件901被设于所述共同线路906中。
所述第二开关组905可设于所述第三导电回路903和第四导电回路904中，被同频且具有相位差的两个脉冲信号（PULSE1、PULSE2）设置开关状态，以交替地通/断所述第三导电回路903和第四导电回路904；其中，所述第三导电回路903和第四导电回路904在导通时在所述共同线路906两端施加极性相反的电压，以形成所述一个电感元件中方向相反的激励电流。
第三电阻907，与所述第三电感元件901串联地设于所述共同线路906中；形成于所述第三电阻两端的两个信号点引出一对输出端908、909以输出一对电信号作为所述一对电流变化信号。
所述PULSE1、PULSE2的波形可示例性地参考图10所示。PULSE1、PULSE2电平相反时，可以导通第三导电回路903或第四导电回路904，以分别形成所述第三电感元件901上的相反激励电流；反之，在电平相同时，第三导电回路903、第四导电回路904都不导通即不产生激励电流。两个方向的激励电流的特征可以通过第三电阻907两端的一对电压信号捕捉，并可进一步通过差分运算电路由该对电压信号进行差分，得到第三电阻907两端的一个方向上的电压差作为电流变化信息，图10中也画出了输出端908电压减去输出端909电压后得到的电压差的信号波形，电压差的符号可指示激励电流的方向。
更具体的，再如图11A所示，展示本公开一实施例中对应一个电感元件的激励电路的电路原理示意图。图11A中的激励电路可用于实现所述第二激励电路。
所述第二开关组包括：第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5及第六开关Q6。其中，Q3、Q5示例为PMOS，Q4、Q6为NMOS，它们的第一端为漏极，第二端为源极，第三端为栅极。
所述第三开关Q3的第一端耦接电源VCC，所述第三开关Q3的第二端耦接第四开关的第一端并引出第一共接端A，所述第四开关的第二端耦接至地。所述第三开关Q3和第四开关Q4的用于设置第一端和第二端通/断的第三端接收一第一脉冲信号PULSE1，并且所述第三开关Q3和第四开关Q4在所述第一脉冲信号PULSE1作用下呈相反开关状态。
所述第五开关Q5的第一端耦接电源VCC。可选地，第三开关Q3和第五开关Q5的第一端还可经一第二电容C4接地。所述第五开关Q5的第二端耦接第六开关Q6的第一端并引出第二共接端B，所述第六开关Q6的第二端耦接至地。所述第五开关Q5和第六开关Q6的用于设置第一端和第二端通/断的第三端接收一第二脉冲信号PULSE2，并且所述第五开关Q5和第六开关Q6在所述第二脉冲信号PULSE2作用下呈相反开关状态。所述第一脉冲信号和第二脉冲信号之间同频且具有相位差，示例为图10所示。
所述电感元件L3的一端耦接所述第一共接端A，另一端经所述第三电阻R3耦接至所述第二共接端B，以形成第一共接端A和第二共接端B之间的共同线路。第三电阻R3两端引出一对输出端O3、O4，输出一对电流变化信号，以供差分运算得到电流变化信息，如图10所示例。其中，所述第三开关Q3和第六开关Q6之间开关状态相同，以形成所述第三导电回路。所述第四开关Q4和第五开关Q5之间开关状态相同，以形成所述第四导电回路。
如图11B所示，展示本公开又一实施例中对应一个电感元件的激励电路的电路原理示意图。图11B中的激励电路可用于实现所述第二激励电路。
图11B在图11A基础上增加一对积分电路，分别耦接在所述两个信号点且分别引出输出端，以输出两个积分结果对应的电信号以作为所述一对电流变化信号。所述一对积分电路可以是电阻-电容（RC）积分电路。所述输出端从电阻与电容的耦接端引出。
第一个积分电路包括电阻R27及电容C9，电阻R27的一端耦接R13和L3之间的连接点，即一个信号点。并且，电阻R27和电容C9的耦接点引出输出端O3'。
相似的，第二个积分电路包括电阻R28及电容C10，电阻R28的一端耦接R13另一端，即另一个信号点。并且，电阻R28和电容C10的耦接点引出输出端O4'。
对应于“时间法”的实施，本公开实施例中还可以提供相应的信号提取电路的电路结构。
如图12所示，展示本公开一实施例中信号提取电路的结构示意图。
设所述一对电流变化信号为第一电流变化信号和第二电流变化信号。
图12中的信号提取电路包括第一比较器1201和第二比较器1202。第一比较器1201和第二比较器1202可通过运算放大器实现。
所述第一比较器1201具有正、负极输入端（1212、1211），负极输入端1211耦接至第三激励电路1203（可例如由图7、图8A、图8B、图9、图11A或图11B任一实施例中的激励电路实现）的一个输出端（例如图8A中激励电路的O1、图8B中激励电路的O1'、图11A中激励电路的O3、图11B中激励电路的O3'），用于比较所述第一电流变化信号与一参考信号幅值（可为电压值），并在所述第一电流变化信号达到所述参考信号幅值时，在其输出端1213输出第一触发信号。
所述第二比较器1202具有正、负极输入端（1222、1221），负极输入端1212耦接至第三激励电路1203的一个输出端（例如图8A中激励电路的O2、图8B中激励电路的O2'、图11A中激励电路的O4、图11B中激励电路的O4'），用于比较所述第二电流变化信号与所述参考信号幅值，并在所述第二电流变化信号达到所述参考信号幅值时，在其输出端1223输出第二触发信号。
所述第一触发信号和第二触发信号分别表示第一电流变化信号和第二电流变化信号达到所述参考信号幅值，所述参考信号幅值对应如之前“时间法”所描述的给定电流幅值。
在图12中，处理单元展示为第三处理单元1204，耦接于所述第一比较器1201和第二比较器1202，用于获取从形成所述第一电流变化信号的脉冲起始时间至接收所述第一触发信号的目的时间的第一间隔时长，且获取从形成所述第二电流变化信号的脉冲起始时间至接收所述第二触发信号的目的时间的第二间隔时长。并且，基于第一间隔时长和第二间隔时长的差分运算得到所述电流变化信息。
以一对电感为例，比如图8A和图8B，使用一个脉冲信号PULSE控制，PULSE上升沿时间设为t0。设第一触发信号的时间为t3，则第一间隔时长为t3-t0；设第二触发信号的时间为t4，则第二间隔时长为t4-t0。通过差分运算让一对电流变化信号叠加，实现（t3-t0）+（t4-t0）作为电流变化信息。
以一个电感为例，比如图11A和图11B，使用两个脉冲信号PULSE1和PULSE2控制（比如图8A和图8B），PULSE上升沿时间设为t0。设第一触发信号的时间为t3，则第一间隔时长为t3-t0；设第二触发信号的时间为t4，则第二间隔时长为t4-t0。可通过差分运算让一对电流变化信号叠加，将（t3-t0）+（t4-t0）作为电流变化信息。
在一些实施例中，差分运算电路由运算放大器实现，其可根据输入的一对电流变化信号转换成数字的电流变化信息，可例如为数字电压信号。该数字电压信号可能包含整数部分和小数部分，在对该数字电压信号通过运算放大器进行放大的过程中，可能由于输入过大，导致运算放大器的饱和而未对小数部分进行放大，存在不能完全获取小数部分的可能。由此，在一些实施例中，所述差分运算电路可以通过多级差分运算放大电路结构，以完整获取小数部分以向处理单元输出。
如图13所示，展示本公开一实施例中差分运算电路的结构示意图。
在图13中，展示了第二差分运算电路1300，所述第二差分运算电路1300可以是第一差分运算电路604的一种具体电路实现方式。所述第二差分运算电路1300包括：前级差分运算放大电路1301、和至少一级后级差分运算放大电路1302。
所述前级差分运算放大电路1301，用于基于所述一对电流变化信号的差分计算以得到电流变化差分信号。
所述至少一级后级差分运算放大电路1302，用于基于所述电流变化差分信号与预设信号阈值之间的差分计算，去除所述电流变化差分信号的原始幅值中对应待测电流值的电流值整数部分的第一信号部分，得到原始幅值中对应待测电流值的小数部分的第二信号部分，且放大所述第二信号部分后输出。
在一些实施例中，可预先经标定实验得到对应各种待测电流的整数部分的预设信号阈值（比如电压值）。进一步可选地，可在后级差分运算放大电路1302的输入端逐个输出每个预设信号阈值（比如按电压值从大到小，或者从小到大），以在所述后级差分运算放大电路不饱和时，获取对应小数部分的第二信号部分。
由于在经过至少一级后级差分运算放大电路1302时，未将信号的整数部分引入，因此不会在小数部分未得到放大的情况下即令运算放大电路饱和，由此解决小数部分丢失的问题，能让处理单元获得更精确的电流变化信息，也相应可以测量得到更加精确的待测电流值。在一些实施例中，所述后级差分运算放大电路可有两级，第一后级差分运算放大电路负责取出第二信号部分，再下一级的第二后级差分运算放大电路负责对第二信号部分进行放大。
信号值组合电路1303，用于根据放大后的第二信号部分和第一信号部分组合处理，以得到对应于包含所述整数部分及小数部分的待测电流值的电流变化信息。信号值组合电路可以集成在处理单元中。或者，在其它实施例中，所述信号值组合电路也可以独立于处理单元外。
在一些实施例中，前级差分运算放大电路1301、和至少一个后级差分运算放大电路1302中至少一个的一个输入端可以引入偏置信号，比如用于调节该级差分运算放大电路的输出信号值为正值。
如图14所示，展示本公开一实施例中差分运算电路的电路原理图。
在图14中，展示第一级、第二级和第三级运算放大电路。
第一级运算放大电路包括：第一运算放大器U1、第四电阻R15、第五电阻R16、第七电阻R17，第一运算放大器U1包括第一负极输入端、第一正极输入端、及第一输出端。所述第一负极输入端经R16引出第一输入端I1，第一正极输入端经R17引出第一输出端I2，第一输入端和第二输入端供输入一对电流变化信号，U1对一对电流变化信号进行差分运算并输出至下一级。可选的，第一正极输入端还可以经第八电阻R18连接参考设置端，以供引入所述偏置信号REF_SET。R15两端分别连接第一负极输入端和第一输出端，作为与R16成预设比例的参考电阻。另外，第一运算放大器的电源端和接地端分别接电源（VCC）和接地，可选地，其电源端还经一第三电容C5连接到地。
第二级运算放大电路包括：第二运算放大器U2、第九电阻R19、第十电阻R20、第十一电阻R21，第二运算放大器U2包括第二负极输入端、第二正极输入端、及第二输出端。所述第二负极输入端经R20耦接第一输出端，第二正极输入端经R21耦接参考阈值端，供输入对应所述整数部分的预设信号阈值DA_VALUE。可选的，第一正极输入端还可以经第十二电阻R22连接参考设置端，以供引入所述偏置信号（REF_SET）。R19两端分别连接第二负极输入端和第二输出端。U2用于将电流变化差分信号的电信号减去对应待测电流整数部分的第一信号部分，并输出对应待测电流小数部分的第二信号部分。另外，第二运算放大器的电源端和接地端分别接电源（VCC）和接地，可选地，其电源端还经一第四电容C6连接到地。
第三级运算放大电路包括：第三运算放大器U3、第十三电阻R24，第三运算放大器U3包括第三负极输入端、第三正极输入端、及第三输出端。所述第三负极输入端经R24耦接第三输出端；第三正极输入端耦接所述第二输出端，供输入所述小数部分。可选的，第三负极输入端还可以经第十四电阻R23连接参考设置端，以供引入所述偏置信号（REF_SET）。第三运算放大器用于将所述小数部分放大后输出。另外，图中未示出的，第三运算放大器的电源端和接地端分别接电源（VCC）和接地。
如图15所示，展示本公开一实施中的V.M.I.电流传感器的标定方法的流程示意图。
所述V.M.I.电流传感器的标定方法，可应用于一计算机装置，所述计算机装置同之前任一实施例中的所述的V.M.I.电流传感器之间通信连接。
所述标定方法包括：
步骤S1501：所述计算机装置在每个采集时刻，从所述可变磁电感式电流传感器采集激励电流的电流变化信息，并与预设的待测电流的电流值之间关联形成一组采样值。
在一些实施例中，所述电流变化信息的获取方式可以参考之前实施例。
步骤S1502：所述计算机装置基于多组采样值进行数学拟合得到所述预设关联信息。
作为示例，所述数学拟合的方法包括但不限于以下一种：最小二乘法（LeastSquares）、样条插值（Spline Interpolation）、多项式拟合（Polynomial Regression）、神经网络（Neural Networks）、支持向量机（Support Vector Machines，SVM）等。
步骤S1503：所述计算机装置将所述预设关联信息设置到所述V.M.I.电流传感器。
从而，V.M.I.电流传感器中的处理单元可存储该预设关联信息，并在进行待测电流测量时，可以利用所述预设关联信息以根据所采集的电流变化信息来确定待测电流值。示例性地，若所述预设关联信息包括关系函数，则将电流变化信息输入关系函数计算得到电流值；或者，若所述预设关联信息包括关系表，则将电流变化信息通过查表法在所述关系表中直接确定待测电流的电流值。
在一些实施例中，所述V.M.I.电流传感器还可以根据“幅值法”、“时间法”、“积分法”等中的至少两种方法得到的待测电流值的测量结果计算加权和，多方法测量可以增加测量可靠性，减少单一方法的误差影响，以到更准确的待测电流值。
如图16所示，展示本公开一实施例中计算机装置的结构示意图。
所述计算机装置1600可示例为例如服务器、台式机、笔记本电脑、平板电脑、智能手机或其它终端。
所述计算机装置1600包括总线1601、处理器1602、存储器1603。处理器1602、存储器1603之间可以通过总线1601通信。所述存储器1603中可以存储有程序指令。所述处理器1602通过运行存储器1603中的程序指令来实现例如图16实施例中的标定方法。
总线1601可以是外设部件互连标准(Peripheral Component Interconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry Standard Architecture，EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，虽然图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
在一些实施例中，处理器1602可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、微处理单元（MCU）、片上系统（System On Chip）、或现场可编程逻辑阵列（FPGA）等实现。存储器1603可以包括易失性存储器(Volatile Memory)以用于运行程序时的数据暂存使用，例如随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)。
存储器1603还可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)以用于数据存储，例如只读存储器(Read-Only Memory，ROM)，快闪存储器，硬盘驱动器(Hard DiskDrive，HDD)或固态盘(Solid-State Disk，SSD)。
在一些实施例中，所述计算机装置1600还可以包括通信器1604。所述通信器1604用于与待测通信。在具体实例中，所述通信器1604可以包括一个或一组有线和/或无线通信电路模块。举例来说，所述通信器1604可以包括例如有线网卡、USB模块、串行接口模块等中的一种或多种。无线通信模块所遵循的无线通信协议包括：例如近距离无线通信(Nearfield communication，NFC)技术、红外(Infared，IR)技术、全球移动通讯系统(Global System for Mobile communications，GSM)、通用分组无线服务(General PacketRadio Service，GPRS)、码分多址引入(Code Division Multiple Access，CDMA)、宽带码分多址(Wideband Code division multiple access，WCDMA)、时分码分多址(Time-DivisionCode Division Multiple Access，TD-SCDMA)、长期演进(Long Term Evolution，LTE)、蓝牙(BlueTooth，BT)、全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)等中的一种或多种。
本公开实施例中还可以提供一种计算机可读存储介质，存储有程序指令，所述程序指令被运行时实现例如图15实施例中的标定方法；或者，所存储的程序指令被运行时可实现V.M.I.电流传感器中处理单元的功能。
即上述实施例中的方法步骤被实现为可存储在记录介质(诸如CD ROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘)中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此表示的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件(诸如ASIC或FPGA)的记录介质上的这样的软件处理。
综上所述，本公开实施例中提供可变磁电感式（Variable Magneto Inductor，V.M.I.）电流传感器及其标定方法，传感器包括：至少一个电感元件；激励电路，耦接于至少一个电感元件，响应于脉冲信号，施加脉冲电压于电感元件以产生激励电流信号并采集电流变化信息；激励电流磁场与待测电流磁场平行；在受到待测电流磁场的作用下，引起激励电流信号的幅值随时间变化率的变化；处理单元，耦接于所述激励电路，用于向所述激励电路输出所述脉冲信号，并获取电流变化信息，以根据预设关联信息确定与所述电流变化信息关联的待测电流值；所述预设关联信息预先基于多组采样值经数学拟合得到，每组所述采样值包括电流变化信息及其关联的预设待测电流的电流值。相比传统电流传感器而言，本公开的V.M.I.电流传感器可以仅需与电感体积适配的磁芯，无需如霍尔传感器的U形或C形的较大磁芯，或其它类型电流传感器中的惠斯通电桥，体积小，重量轻，电流测量计算准确且效率高，功耗也相应较低。
上述实施例仅例示性说明本公开的原理及其功效，而非用于限制本公开。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本公开的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本公开所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本公开的权利要求所涵盖。
Claims (15)
1.一种可变磁电感式电流传感器，其特征在于，包括：
至少一个电感元件；
激励电路，耦接于所述至少一个电感元件，用于响应于脉冲信号，施加脉冲电压于所述至少一个电感元件以产生激励电流信号；其中，所述激励电流信号用于提取电流变化信息；每个所述激励电流信号形成激励电流磁场与待测电流形成的待测电流磁场平行；在受到待测电流磁场的作用下，使所述至少一个电感元件的磁导率变化而引起电感量变化，引起所述激励电流信号的幅值随时间变化率的变化；
处理单元，耦接于所述激励电路，用于向所述激励电路输出所述脉冲信号，并获取电流变化信息，以根据预设关联信息确定与所述电流变化信息关联的待测电流值；所述预设关联信息预先基于多组采样值经数学拟合得到，每组所述采样值包括电流变化信息及其关联的预设待测电流的电流值。
2.根据权利要求1所述的可变磁电感式电流传感器，其特征在于，所述电流变化信息包括以下至少一种：与激励电流随时间变化的幅值相关的信号表示信息、以及与所述幅值变化的积分结果相关的信号表示信息；其中，所述与激励电流随时间变化的幅值相关的信号表示信息包括：激励电流在给定时长内所达到电流幅值相关的幅值表示信息；以及，激励电流的幅值变化至给定电流幅值的时长相关的时长表示信息。
3.根据权利要求1所述的可变磁电感式电流传感器，其特征在于，所述至少一个电感元件包括：被配置成激励电流磁场方向相反的一对电感元件；或者，被配置成随时间变化交替形成磁场方向相反的激励电流磁场的一个电感元件。
4.根据权利要求3所述的可变磁电感式电流传感器，其特征在于，所述激励电路，用于基于所述一对电感元件或者一个电感元件所在导电回路中的两个信号点形成两个输出端，以输出一对电流变化信号，所述一对电流变化信号分别相关于形成相反磁场方向的激励电流磁场的激励电流；所述可变磁电感式电流传感器包括差分运算电路，用于基于所述一对电流变化信号的差分计算得到所述电流变化信息。
5.根据权利要求4所述的可变磁电感式电流传感器，其特征在于，所述一对电感元件包括第一电感元件和第二电感元件；所述激励电路包括：
第一导电回路，供布置所述第一电感元件及其串联的第一电阻；
第二导电回路，供布置所述第二电感元件及其串联的第二电阻；
第一开关组，设于所述第一导电回路和第二导电回路中，用于被一个所述脉冲信号设置开关状态以同步通/断所述第一导电回路和第二导电回路；
其中，所述第一导电回路和第二导电回路中对称的两个信号点引出一对输出端以输出一对电信号作为所述一对电流变化信号。
6.根据权利要求5所述的可变磁电感式电流传感器，其特征在于，所述第一开关组包括：第一开关和第二开关；
所述第一电感元件的一端耦接第一电阻并引出第一输出端，且第一电阻的另一端耦接电源；所述第一电感元件的另一端耦接所述第一开关第一端，所述第一开关的第二端接地；所述第一开关的用于设置第一端和第二端通/断的第三端接收所述脉冲信号；
所述第二电感元件的一端耦接第二电阻并引出第二输出端，且第二电阻的另一端耦接电源；所述第二电感元件的另一端耦接所述第二开关第一端，所述第二开关的第二端耦接至地；所述第二开关的用于设置第一端和第二端通/断的第三端接收所述脉冲信号。
7.根据权利要求4所述的可变磁电感式电流传感器，其特征在于，所述一个电感元件包括一个第三电感元件，所述激励电路包括：
第三导电回路和第四导电回路，被配置成具有共同线路，所述第三电感元件被设于所述共同线路中；
第二开关组，设于所述第三导电回路和第四导电回路中，被同频且具有相位差的两个脉冲信号设置开关状态，以交替地通/断所述第三导电回路和第四导电回路；其中，所述第三导电回路和第四导电回路在导通时在所述共同线路两端施加极性相反的电压，以形成所述一个电感元件中方向相反的激励电流；
第三电阻，与所述第三电感元件串联地设于所述共同线路中；形成于所述第三电阻两端的两个信号点引出一对输出端以输出一对电信号作为所述一对电流变化信号。
8.根据权利要求7所述的可变磁电感式电流传感器，其特征在于，所述第二开关组包括：第三开关、第四开关、第五开关及第六开关；
所述第三开关的第一端耦接电源，所述第三开关的第二端耦接第四开关的第一端并引出第一共接端，所述第四开关的第二端耦接至地；所述第三开关和第四开关的用于设置第一端和第二端通/断的第三端接收一第一脉冲信号，并且所述第三开关和第四开关在所述第一脉冲信号作用下呈相反开关状态；
所述第五开关的第一端耦接电源，所述第五开关的第二端耦接第六开关的第一端并引出第二共接端，所述第六开关的第二端耦接至地；所述第五开关和第六开关的用于设置第一端和第二端通/断的第三端接收一第二脉冲信号，并且所述第五开关和第六开关在所述第二脉冲信号作用下呈相反开关状态；所述第一脉冲信号和第二脉冲信号之间同频且具有相位差；
所述第三电感元件的一端耦接所述第一共接端，另一端经所述第三电阻耦接至所述第二共接端，以形成第一共接端和第二共接端之间的共同线路；
其中，所述第三开关和第六开关之间开关状态相同，以形成所述第三导电回路；所述第四开关和第五开关之间开关状态相同，以形成所述第四导电回路。
9.根据权利要求4、5或7所述的可变磁电感式电流传感器，其特征在于，所述激励电路包括：一对积分电路，分别耦接在所述两个信号点且分别引出输出端，以输出两个积分结果对应的电信号以作为所述一对电流变化信号。
10.根据权利要求9所述的可变磁电感式电流传感器，其特征在于，所述积分电路包括电阻-电容积分电路，所述输出端从电阻与电容的耦接端引出。
11.根据权利要求4所述的可变磁电感式电流传感器，其特征在于，所述可变磁电感式电流传感器包括：第一比较器和第二比较器；所述一对电流变化信号包括第一电流变化信号和第二电流变化信号；
所述第一比较器，耦接至所述激励电路，用于比较所述第一电流变化信号与一参考信号幅值，并在所述第一电流变化信号达到所述参考信号幅值时，输出第一触发信号；其中，所述参考信号幅值对应于激励电流的一给定电流幅值；
所述第二比较器，耦接至所述激励电路，用于比较所述第二电流变化信号与所述参考信号幅值，并在所述第二电流变化信号达到所述参考信号幅值时，输出第二触发信号；
所述处理单元，耦接于所述第一比较器和第二比较器，用于获取从形成所述第一电流变化信号的脉冲起始时间至接收所述第一触发信号的目的时间的第一间隔时长，且获取从形成所述第二电流变化信号的脉冲起始时间至接收所述第二触发信号的目的时间的第二间隔时长；并且，基于第一间隔时长和第二间隔时长的差分运算得到所述电流变化信息。
12.根据权利要求4所述的可变磁电感式电流传感器，其特征在于，所述差分运算电路包括：
前级差分运算放大电路，用于基于所述一对电流变化信号的差分计算以得到电流变化差分信号；
至少一级后级差分运算放大电路，用于基于所述电流变化差分信号与预设信号阈值之间的差分计算，去除所述电流变化差分信号的原始幅值中对应待测电流值的电流值整数部分的第一信号部分，得到原始幅值中对应待测电流值的小数部分的第二信号部分，且放大所述第二信号部分后输出；
信号值组合电路，用于根据放大后的第二信号部分和第一信号部分组合处理，以得到对应于包含所述整数部分及小数部分的待测电流值的电流变化信息。
13.根据权利要求12所述的可变磁电感式电流传感器，其特征在于，预先获得对应各种待测电流的整数电流值的预设信号阈值，并向所述至少一级后级差分运算放大电路逐个输入每个预设信号阈值，以令其中一级后级差分运算放大电路在不饱和的状态下，获得对应所述小数部分的第二信号部分；和/或，至少一级后级差分运算放大电路的一个输入端引入偏置信号，用于调节该级的后级差分运算放大电路的输出信号值为正值。
14.根据权利要求2所述的可变磁电感式电流传感器，其特征在于，所述激励电路，用于基于激励电流在一脉冲到来后的预判时长内所达到的电流幅值同预设选择阈值的比较结果，选择获取所述幅值表示信息或所述时长表示信息作为所述电流变化信息。
15.一种可变磁电感式电流传感器的标定方法，其特征在于，应用于一计算机装置，所述计算机装置同如权利要求1至14中任一项所述的可变磁电感式电流传感器之间通信连接；所述方法包括：
所述计算机装置在每个采集时刻，从所述可变磁电感式电流传感器采集激励电流的电流变化信息，并与预设的待测电流的电流值之间关联形成一组采样值；
所述计算机装置基于多组采样值进行数学拟合得到所述预设关联信息；
所述计算机装置将所述预设关联信息设置到所述可变磁电感式电流传感器。
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