CN118584175A - 抗扰型磁敏电流传感器阵列结构、装置及电流测量方法 - Google Patents
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Abstract
抗扰型磁敏电流传感器阵列结构、装置及电流测量方法，包括偶数组TMR传感器；各TMR传感器组等距对称分布于待测电流周围；每个TMR传感器组包括两个磁敏感方向相互垂直的TMR传感器，每个TMR传感器组中的其中一个TMR传感器磁敏感方向沿着待测电流产生的磁感应强度方向，另一个TMR传感器磁敏感方向垂直于待测电流产生的磁感应强度方向；通过任意两对称设置的TMR传感器组中的四个TMR传感器所输出的电压值，求出待测电流值。本发明电路简单，只需要读取四个传感器的输出电压值，进行简单的运算即可，算法简单，成本低，精确度高，实用性强。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种抗扰型磁敏电流传感器阵列结构、装置及电流测量方法。
背景技术
随着我国能源行业向清洁低碳、安全高效转型，电网、新能源汽车对高灵敏度、高可靠性传感器有十分迫切的需求。面向电网数字化转型和“源网荷储”广域、分布式全景信息感知，为强化电力系统可观、可测、可控能力，需要微型化、高灵敏、低功耗的磁敏传感器提供复杂工况下的交直流磁场及电流信号高精度感知量测能力，为电网设备安全运行和可靠供电提供重要保障。目前，电流测量的主要方法有电流互感器、分流电阻、光纤电流互感器、零磁通电流互感器以及基于磁敏芯片的电流传感器。隧穿磁阻器件TMR是目前最新一代基于磁阻效应的磁场测量技术，其相比传统的霍尔器件、各向异性磁阻器件以及巨磁阻器件拥有更高的灵敏度，在电力系统电流测量领域拥有广泛的应用前景。
CN116415458A介绍了一种阵列的TMR电流传感器，建立TMR传感器数字孪生模型，输入融合与更新后的电流模型，基于贝叶斯滤波方法剔除异常电流数据，基于ARMA预测及贝叶斯分析算法输出阈值满足要求的TMR传感器阵列布置结构。但是其使用的方法需要建立复杂的数学模型和对当前环境的物理量的实时监测，需要复杂的电路系统和复杂的算法，成本高，实用性不强，缺少抗干扰性分析。
CN109444510A公开了一种适用于智能电网保护系统的非接触式电流测量装置，采用三组分布于同一个圆上的隧穿磁阻效应传感器TMR阵列构建，每组TMR传感器阵列由两个磁敏感平行，但方向相反的TMR传感器组成，TMR传感器阵列之间相角为120°，均与所述圆的切线平行，到所述圆的圆心距离相等，每组TMR传感器阵列内外两个TMR传感器均距离圆心分别为R1和R2的测量点位置，用于测量载流导体产生磁场在测量点位置的磁通密度大小，这样获得的6个磁通密度可以通过求解方程组的方式，得到载流导体的电流，同时，抵消了周围电气设备的干扰电流所产生磁场以及来自地磁场的干扰。该专利需要求解复杂的方程组，并且对传感器的坐标值精度要求较高。本发明只需传感器位置对称且测量传感器输出电压即可。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种抗扰型磁敏电流传感器阵列结构、装置及电流测量方法。
本发明采用如下的技术方案。
一种抗扰型磁敏电流传感器阵列结构，包括至少两个TMR传感器组，其特征在于：
传感器组数量为偶数，各TMR传感器组等距对称分布于待测电流周围；
每个TMR传感器组包括两个磁敏感方向相互垂直的TMR传感器，每个TMR传感器组中的其中一个TMR传感器磁敏感方向沿着待测电流产生的磁感应强度方向，另一个TMR传感器磁敏感方向垂直于待测电流产生的磁感应强度方向；
通过任意两对称设置的TMR传感器组中的四个TMR传感器所输出的电压值，求出待测电流值。
本发明进一步包括以下优选方案。
TMR传感器组布置在中心对称的电路板上，待测电流的导线从中心点垂直穿过。
每一TMR传感器组中的两个TMR设置在电路板的正反面，距离待测电流的距离相等、位置重叠，且其中的两个TMR的磁敏感方向分别沿着和垂直于待测电流产生的磁感应强度方向。
一种抗扰型磁敏电流传感器装置，包括至少两个TMR传感器组、信号采集模块、计算模块、待测电流值获取模块；其特征在于：
传感器组数量为偶数，各TMR传感器组等距对称分布于待测电流周围；
每个TMR传感器组包括两个磁敏感方向相互垂直的TMR传感器，每个TMR传感器组中的其中一个TMR传感器磁敏感方向沿着待测电流产生的磁感应强度方向，另一个TMR传感器磁敏感方向垂直于待测电流产生的磁感应强度方向；
信号采集模块获取TMR传感器组中TMR传感器所输出的电压值；
计算模块根据任意两个对称设置的TMR传感器组中相互垂直布设的TMR传感器所输出的电压值，计算得出待测电流产生的磁感应强度；或计算得到在无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值；
所述待测电流值获取模块，根据计算模块得出的待测电流产生的磁感应强度，或在无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值，求出待测电流值。
本发明进一步包括以下优选方案。
TMR传感器组布置在中心对称的电路板上，待测电流的导线从中心点垂直穿过。
每一TMR传感器组中的两个TMR可以设置在电路板的正反面，距离待测电流的距离相等、位置重叠，且其中的两个TMR的磁敏感方向分别沿着和垂直于待测电流产生的磁感应强度方向。
所述TMR传感器，采集磁感应强度B，并将其输出为电压V，输出电压V与磁感应强度B的关系如下：
V＝B·S
其中，V是TMR的输出电压，B是TMR所在位置朝向磁敏感方向的磁感应强度，S是传感器灵敏度。
当S已知时，在计算模块，通过以下公式计算待测电流产生的磁感应强度B0：
其中，a1是AS传感器组中沿着待测电流的磁感应强度磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第一电压对应的第一磁感应强度，a2是AS传感器组中垂直待测电流的磁感应强度磁敏感方向的TMR输出的AS组第二电压对应的第二磁感应强度，b1是与AS传感器组对称设置的BS传感器组中沿着待测电流的磁感应强度磁敏感方向的TMR输出的BS组第一电压对应的第一磁感应强度，b2是与AS传感器组对称设置的BS传感器组中垂直待测电流的磁感应强度磁敏感方向的TMR输出的BS组第二电压对应的第二磁感应强度。
待测电流值获取模块通过毕奥-萨伐尔定律来实现磁感应强度和待测电流的换算。
在计算模块，还可以通过以下公式计算无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值V0：
其中，其中，V0是无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值，V1是AS传感器组中沿着B0磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第一电压，V2是AS传感器组中垂直B0磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第二电压，V3是BS传感器组中沿着B0磁敏感方向的TMR传感器输出的BS组第一电压，V4是BS传感器组中垂直B0磁敏感方向的TMR传感器输出的BS组第二电压。
待测电流值获取模块，通过标定校准的方法来实现无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值和待测电流的换算。
所述标定校准的方法是指，固定待测电流导线与抗扰型磁敏电流传感器装置之间的距离，对导线施加不同的已知电流，抗扰型磁敏电流传感器装置测试得到对应不同电流的无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值，并将其作为抗扰型磁敏电流传感器装置的电压测试值，通过标定抗扰型磁敏电流传感器装置的电压测试值与所测电流之间的对应系数，计算实际测量的待测电流值。
本申请还公开了一种基于前述抗扰型磁敏电流传感器装置的电流测量方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：在待测电流周围等距对称设置至少两个TMR传感器组，每个TMR传感器组包括两个磁敏感方向相互垂直的TMR传感器，每个TMR传感器组中的其中一个TMR传感器磁敏感方向沿着待测电流产生的磁感应强度方向，另一个TMR传感器磁敏感方向垂直于待测电流产生的磁感应强度方向；
步骤2：采集各TMR传感器组中TMR传感器的输出电压值；
步骤3：根据任意两对称设置的TMR传感器组中各TMR输出的电压值联立方程，求解得到待测电流产生的磁感应强度，或得到在无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值；
步骤4：根据待测电流产生的磁感应强度值计算得到待测电流值，或者根据在无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值，通过标定校准的方法得到待测电流值。
本发明进一步包括以下优选方案。
在步骤3中，当确定TMR传感器输出电压与所在位置磁感应强度的系数关系确定时，通过以下公式计算待测电流产生的磁感应强度B0：
其中，a1是AS传感器组中沿着待测电流的磁感应强度磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第一电压对应的第一磁感应强度，a2是AS传感器组中垂直待测电流的磁感应强度磁敏感方向的TMR输出的AS组第二电压对应的第二磁感应强度，b1是与AS传感器组对称设置的BS传感器组中沿着待测电流的磁感应强度磁敏感方向的TMR输出的BS组第一电压对应的第一磁感应强度，b2是与AS传感器组对称设置的BS传感器组中垂直待测电流的磁感应强度磁敏感方向的TMR输出的BS组第二电压对应的第二磁感应强度。
当存在多对等距离设置的TMR传感器组时，分别对每对对称设置的TMR传感器组计算得到待测电流产生的磁感应强度，然后计算平均值得到最终的待测电流产生的磁感应强度值。
在步骤3中，还可以通过以下公式计算无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值V0：
其中，其中，V0是无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值，V1是AS传感器组中沿着B0磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第一电压，V2是AS传感器组中垂直B0磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第二电压，V3是BS传感器组中沿着B0磁敏感方向的TMR传感器输出的BS组第一电压，V4是BS传感器组中垂直B0磁敏感方向的TMR传感器输出的BS组第二电压；
当存在多对等距离设置的TMR传感器组时，分别对每对对称设置的TMR传感器组计算得到无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值，然后计算平均值得到最终的无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过特殊的阵列设计和TMR排布，通过推导计算，所测待测电流产生的磁感应强度B0、无干扰情况下，TMR磁敏感方向沿着待测电流磁感应强度B0方向测量时，所输出的电压V0以及求出的电流值，均没有干扰电流产生的影响，所以这种结构具有抗干扰性；而且本发明安装简单、公式简单、实用性强、电路简单、成本低，精确度高。
附图说明
图1为TMR传感器组中两个TMR传感器设置方式图；
图2为干扰电流模型；
图3为实施例1中的阵列传感器排布方式布置图；
图4为实施例2中的阵列传感器排布方式布置图；
图5为抗扰型磁敏电流传感器电流测量方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明的实施例提供了一种抗扰型磁敏电流传感器阵列结构，包括至少两个TMR传感器组，其特征在于：
一般情况下，TMR传感器有一个磁敏感方向，磁感应强度沿着磁敏感方向时候，TMR传感器采集到的磁感应强度最大，在磁感应强度垂直于磁敏感方向时候，采集到的磁感应强度为0。
所述TMR传感器，采集磁感应强度，并将其输出为电压，输出电压与磁感应强度的关系如下：
V＝B·S
其中，V是TMR的输出电压，B是TMR所在位置朝向磁敏感方向的磁感应强度，S是传感器灵敏度；其中传感器灵敏度，是稳定工作时，输出电压与磁感应强度关系系数。
所述传感器组，参见附图1，是将两个TMR传感器当作一组，两者之间磁敏感方向互相垂直；每个TMR传感器组中的其中一个TMR传感器磁敏感方向沿着待测电流产生的磁感应强度方向，另一个TMR传感器磁敏感方向垂直于待测电流产生的磁感应强度方向；
传感器组数量为偶数，各TMR传感器组等距对称分布于待测电流周围；
参见附图2，是防止相临电流干扰的阵列传感器模组的数学模型。其中AS，BS分别表示如图1中的一个传感器组。I1表示待测电流，I2表示干扰电流，r1和r2是干扰电流到AS、BS传感器组的距离，B1和B2是干扰电流在AS、BS传感器组处产生的磁强度，α是待测电流I1到AS传感器组处连线与干扰电流I2到AS传感器组处连线的夹角，β是待测电流I1到BS传感器组处连线与干扰电流I2到BS传感器组处连线的夹角。因为待测电流与AS、BS传感器组距离相同，所以产生的磁强度相同为B0；V1是AS传感器组中沿着B0磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第一电压，a1是AS组第一电压对应的第一磁感应强度，V2是AS传感器组中垂直B0磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第二电压，a2是AS组第二电压对应的第二磁感应强度，V3是BS传感器组中沿着B0磁敏感方向的TMR传感器输出的BS组第一电压，b1是BS组第一电压对应的第一磁感应强度，V4是BS传感器组中垂直B0磁敏感方向的TMR传感器输出的BS组第二电压，b2是BS组第二电压对应的第二磁感应强度。
AS传感器组中两个TMR采集到的数据：
B0+B1·cos(α)＝a1 (1)
B1·sin(α)＝a2 (2)
BS传感器组中两个TMR采集到的数据：
B0+B2·cos(β)＝b1 (3)
B2·sin(β)＝b2 (4)
根据(1)(2)(3)(4)得到待测电流产生的磁感应强度B0求解公式：
因为(5)中a1、a2、b1、b2为传感器输出电压计算得到的值，可以方便的求出B0，即待测电流产生的磁强度，最后通过毕奥-萨伐尔定律求出待测电流I1；
公式中没有干扰电流产生的影响，所以这种结构具有抗干扰性。
以上公式用于V＝B·S中所用TMR的S已知情况下，通常情况下，由于TMR输出的电压值可以准确测量，且对于TMR，磁感应强度B和输出电压V是线性关系，因此公式(5)中的磁感应强度a1，a2，b1，b2和B0，可以全换成V的形式：a1换成V1，a2换成V2，b1换成V3，b2换成V4和B0换成V0，所述V0是无干扰情况下，TMR磁敏感方向沿着待测电流磁感应强度方向测量时，输出的电压值；以下是更换后得到的：无干扰情况下，TMR磁敏感方向沿着待测电流磁感应强度B0方向测量时，所输出的电压V0求解公式：
解得V0后，通过标定校准求出待测电流值；
由V＝B·S可知，对于TMR，磁感应强度B和输出电压V是线性关系；由毕奥-萨伐尔定律可知，当r确定的情况下，磁感应强度B和产生该磁感应强度的电流I也是线性关系，从而在r确定的情况下，无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值V0和所测的电流I也是线性关系，因此在进行标定校准时，需要首先固定待测电流导线与抗扰型磁敏电流传感器装置之间的距离r，并将其记作rc，在r＝rc情况下对导线施加不同的已知电流I，抗扰型磁敏电流传感器装置测试得到对应不同已知电流I的无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值V0，首先利用公式求出代表一对V0和I的对应关系的系数，记作C1；将以上步骤再重复两次，得到代表另外两对V0和I对应的关系的系数C2和C3；为减小可能存在的测量误差带来的影响，对C1、C2和C3取平均，记作C，将C作为I和V0在r＝rc情况下的系数，建立所测I和V0的关系：I＝V0·C，从而完成标定。
因此，在解得V0后，通过标定校准求待测电流值时：
如果，TMR与待测电流I1的距离r值等于rc，则直接用I1＝V0·C求出待测电流I1；
如果，TMR与待测电流I1的距离r值不等于rc，则记此时的r为rs，通过公式：调整C为C0，其中C0是I和V0在r＝rs情况下的系数；再用I1＝V0·C0求出待测电流I1；
参见附图3，是一种阵列排布的实施例(实施例1)，四个传感器组对称分布于电路板周围，距离待定电流等距；传感器组中的两个TMR的磁敏感方向分别沿着和垂直于待测电流产生的磁感应强度方向；传感器组的数量应该为偶数，以待测电流中心对称；该实施例包括两对抗扰型磁敏电流传感器阵列结构，通过对两对抗扰型磁敏电流传感器阵列结构求出的待测电流值取平均，降低了测量误差带来的影响，从而提高了准确度。
参见附图4，是另一种阵列排布的实施例(实施例2)，每个传感器组中的两个TMR都分别位于电路板的正反面；传感器组中的两个TMR的磁敏感方向分别沿着和垂直于待测电流产生的磁感应强度方向；两个TMR的位置要求重叠。
本发明的实施例提供了一种抗扰型磁敏电流传感器装置，包括至少两个TMR传感器组、信号采集模块、计算模块、待测电流值获取模块；其特征在于：
传感器组数量为偶数，各TMR传感器组等距对称分布于待测电流周围；
每个TMR传感器组包括两个磁敏感方向相互垂直的TMR传感器，每个TMR传感器组中的其中一个TMR传感器磁敏感方向沿着待测电流产生的磁感应强度方向，另一个TMR传感器磁敏感方向垂直于待测电流产生的磁感应强度方向；
TMR传感器组布置在中心对称的电路板上，待测电流的导线从中心点垂直穿过。
每一TMR传感器组中的两个TMR可以设置在电路板的正反面，距离待测电流的距离相等、位置重叠，且其中的两个TMR的磁敏感方向分别沿着和垂直于待测电流产生的磁感应强度方向。
信号采集模块获取TMR传感器组中TMR传感器所输出的电压值；
计算模块根据任意两个对称设置的TMR传感器组中相互垂直布设的TMR传感器所输出的电压值，计算得出待测电流产生的磁感应强度，或无干扰情况下，TMR磁敏感方向沿着待测电流磁感应强度方向测量时，输出的电压值；
在计算模块，
在V＝B·S中所用TMR的S已知情况下，通过以下公式计算待测电流产生的磁感应强度B0：
其中，其中，V1是AS传感器组中沿着B0磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第一电压，a1是AS组第一电压对应的第一磁感应强度，V2是AS传感器组中垂直B0磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第二电压，a2是AS组第二电压对应的第二磁感应强度，V3是BS传感器组中沿着B0磁敏感方向的TMR传感器输出的BS组第一电压，b1是BS组第一电压对应的第一磁感应强度，V4是BS传感器组中垂直B0磁敏感方向的TMR传感器输出的BS组第二电压，b2是BS组第二电压对应的第二磁感应强度。
所述待测电流值获取模块根据待测电流产生的磁感应强度通过毕奥-萨伐尔定律求出待测电流I1。
通常情况下，还可以通过以下公式计算无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值V0：
其中，其中，V0是无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值，V1是AS传感器组中沿着B0磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第一电压，V2是AS传感器组中垂直B0磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第二电压，V3是BS传感器组中沿着B0磁敏感方向的TMR传感器输出的BS组第一电压，V4是BS传感器组中垂直B0磁敏感方向的TMR传感器输出的BS组第二电压。
所述待测电流值获取模块，根据无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值V0，通过标定校准求出待测电流I1。
所述标定校准，需要首先固定待测电流导线与抗扰型磁敏电流传感器装置之间的距离r，并将其记作rc，在r＝rc情况下对导线施加不同的已知电流I，抗扰型磁敏电流传感器装置测试得到对应不同已知电流I的无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值V0，首先利用公式求出代表一对V0和I的对应关系的系数，记作C1；将以上步骤再重复两次，得到代表另外两对V0和I对应的关系的系数C2和C3；为减小可能存在的测量误差带来的影响，对C1、C2和C3取平均，记作C，将C作为I和V0在r＝rc情况下的系数，建立所测I和V0的关系：I＝V0·C，从而完成标定。
如果，TMR与待测电流I1的距离r值等于rc，则直接用I1＝V0·C求出待测电流I1；
如果，TMR与待测电流I1的距离r值不等于rc，则记此时的r为rs，通过公式：调整C为C0，其中C0是I和V0在r＝rs情况下的系数；再用I1＝V0·C0求出待测电流I1。
本发明的实施例还提供了一种基于前述抗扰型磁敏电流传感器装置的电流测量方法，参见附图5，具体包括设置TMR传感器组、区分传感器组、采集两传感器组中各传感器测量值、计算B0或V0、通过标定校准求出待测电流值：
步骤1：设置TMR传感器组；
在本发明优选但非限制性的实施方式中，步骤1具体包括：
在待测电流周围等距对称设置TMR传感器组，每个TMR传感器组包括两个磁敏感方向相互垂直的TMR传感器，每个TMR传感器组中的其中一个TMR传感器磁敏感方向沿着待测电流产生的磁感应强度方向，另一个TMR传感器磁敏感方向垂直于待测电流产生的磁感应强度方向。
步骤2：区分传感器组；
在本发明优选但非限制性的实施方式中，步骤2具体包括：
将其中一TMR传感器组记作AS传感器组，将与AS传感器组对称设置的TMR传感器组记作BS传感器组。
步骤3：采集两对称设置的TMR传感器组中各TMR输出的电压值联立方程，求解得到待测电流产生的磁感应强度，或得到在无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值；
在本发明优选但非限制性的实施方式中，步骤3具体包括：
3.1采集两对称设置的TMR传感器组中各TMR输出的电压值
采集AS传感器组和BS组传感器组中各传感器输出电压值，并将其换算为对应的磁感应强度，其中，V1是AS传感器组中沿着B0磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第一电压，a1是AS组第一电压对应的第一磁感应强度，V2是AS传感器组中垂直B0磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第二电压，a2是AS组第二电压对应的第二磁感应强度，V3是BS传感器组中沿着B0磁敏感方向的TMR传感器输出的BS组第一电压，b1是BS组第一电压对应的第一磁感应强度，V4是BS传感器组中垂直B0磁敏感方向的TMR传感器输出的BS组第二电压，b2是BS组第二电压对应的第二磁感应强度；
3.2对步骤3.1获得的各TMR输出的电压值联立方程，求解得到待测电流产生的磁感应强度，或得到在无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值；
已知V＝B·S中所用TMR的S的情况下，通过以下公式计算待测电流产生的磁感应强度B0；
通常情况下，还可以通过以下公式计算无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值V0；
步骤4：根据待测电流产生的磁感应强度值计算得到待测电流值，或者根据在无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值，通过标定校准的方法得到待测电流值；
在本发明优选但非限制性的实施方式中，步骤4具体包括：
4.1判断步骤3求出的是B0还是V0；
当步骤3求出的是B0，将步骤3计算得出的待测电流产生的磁感应强度B0，代入毕奥-萨伐尔定律求出待测电流I1，完成待测电流值的求解；
当步骤3求出的是V0，则进行步骤4.2，通过标定校准求出待测电流I1；
4.2通过标定校准求出待测电流I1；
4.2.1固定待测电流导线与抗扰型磁敏电流传感器装置之间的距离r用于测试，并将其记作rc；
4.2.2在r＝rc情况下对导线施加不同的已知电流I，抗扰型磁敏电流传感器装置测试得到对应不同已知电流I的无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值V0，利用公式求出代表一对V0和I的对应关系的系数，记作C1；将以上步骤再重复两次，得到代表另外两对V0和I对应的关系的系数C2和C3；
4.2.3为减小可能存在的测量误差带来的影响，对步骤4.2.2得到的C1、C2和C3取平均，记作C，将C作为I和V0在r＝rc情况下的系数；
4.2.4建立所测I和V0的关系：I＝V0·C，从而完成标定；
4.2.5判断TMR与待测电流I1的距离r值是否等于rc；
当r＝rc，直接用I1＝V0·C求出待测电流I1；
当r≠rc，记录此时的r为rs，通过公式：调整C为C0，其中C0是I和V0在r＝rs情况下的系数；再用I1＝V0·C0求出待测电流I1。
本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (16)
1.一种抗扰型磁敏电流传感器阵列结构，包括至少两个TMR传感器组，其特征在于：
传感器组数量为偶数，各TMR传感器组等距对称分布于待测电流周围；
每个TMR传感器组包括两个磁敏感方向相互垂直的TMR传感器，每个TMR传感器组中的其中一个TMR传感器磁敏感方向沿着待测电流产生的磁感应强度方向，另一个TMR传感器磁敏感方向垂直于待测电流产生的磁感应强度方向；
通过任意两对称设置的TMR传感器组中的四个TMR传感器所输出的电压值，求出待测电流值。
2.根据权利要求1所述的抗扰型磁敏电流传感器阵列结构，其特征在于：
TMR传感器组布置在中心对称的电路板上，待测电流的导线从中心点垂直穿过。
3.根据权利要求2所述的抗扰型磁敏电流传感器阵列结构，其特征在于：
每一TMR传感器组中的两个TMR设置在电路板的正反面，距离待测电流的距离相等、位置重叠，且其中的两个TMR的磁敏感方向分别沿着和垂直于待测电流产生的磁感应强度方向。
4.一种抗扰型磁敏电流传感器装置，包括至少两个TMR传感器组、信号采集模块、计算模块、待测电流值获取模块；其特征在于：
传感器组数量为偶数，各TMR传感器组等距对称分布于待测电流周围；
每个TMR传感器组包括两个磁敏感方向相互垂直的TMR传感器，每个TMR传感器组中的其中一个TMR传感器磁敏感方向沿着待测电流产生的磁感应强度方向，另一个TMR传感器磁敏感方向垂直于待测电流产生的磁感应强度方向；
信号采集模块获取TMR传感器组中TMR传感器所输出的电压值；
计算模块根据任意两个对称设置的TMR传感器组中相互垂直布设的TMR传感器所输出的电压值，计算得出待测电流产生的磁感应强度；或计算得到在无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值；
所述待测电流值获取模块，根据计算模块得出的待测电流产生的磁感应强度，或在无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值，求出待测电流值。
5.根据权利要求4所述的抗扰型磁敏电流传感器装置，其特征在于：
TMR传感器组布置在中心对称的电路板上，待测电流的导线从中心点垂直穿过。
6.根据权利要去5所述的抗扰型磁敏电流传感器装置，其特征在于：
每一TMR传感器组中的两个TMR可以设置在电路板的正反面，距离待测电流的距离相等、位置重叠，且其中的两个TMR的磁敏感方向分别沿着和垂直于待测电流产生的磁感应强度方向。
7.根据权利要求4所述的抗扰型磁敏电流传感器装置，其特征在于：
所述TMR传感器，采集磁感应强度B，并将其输出为电压V，输出电压V与磁感应强度B的关系如下：
V＝B·S
其中，V是TMR的输出电压，B是TMR所在位置朝向磁敏感方向的磁感应强度，S是传感器灵敏度。
8.根据权利要求7所述的抗扰型磁敏电流传感器装置，其特征在于：
当S已知时，在计算模块，通过以下公式计算待测电流产生的磁感应强度B0：
其中，a1是AS传感器组中沿着待测电流的磁感应强度磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第一电压对应的第一磁感应强度，a2是AS传感器组中垂直待测电流的磁感应强度磁敏感方向的TMR输出的AS组第二电压对应的第二磁感应强度，b1是与AS传感器组对称设置的BS传感器组中沿着待测电流的磁感应强度磁敏感方向的TMR输出的BS组第一电压对应的第一磁感应强度，b2是与AS传感器组对称设置的BS传感器组中垂直待测电流的磁感应强度磁敏感方向的TMR输出的BS组第二电压对应的第二磁感应强度。
9.根据权利要求7所述的抗扰型磁敏电流传感器装置，其特征在于：
在计算模块，通过以下公式计算无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值V0：
其中，其中，V0是无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值，V1是AS传感器组中沿着B0磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第一电压，V2是AS传感器组中垂直B0磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第二电压，V3是BS传感器组中沿着B0磁敏感方向的TMR传感器输出的BS组第一电压，V4是BS传感器组中垂直B0磁敏感方向的TMR传感器输出的BS组第二电压。
10.根据权利要求4或8所述的抗扰型磁敏电流传感器装置，其特征在于：
待测电流值获取模块通过毕奥-萨伐尔定律来实现磁感应强度和待测电流的换算。
11.根据权利要求4或9所述的抗扰型磁敏电流传感器装置，其特征在于：
待测电流值获取模块，通过标定校准的方法来实现无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值和待测电流的换算。
12.根据权利要求11所述的抗扰型磁敏电流传感器装置，其特征在于：
所述标定校准的方法是指，固定待测电流导线与抗扰型磁敏电流传感器装置之间的距离，对导线施加不同的已知电流，抗扰型磁敏电流传感器装置测试得到对应不同电流的无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值，通过标定抗扰型磁敏电流传感器装置的电压测试值与所测电流之间的对应系数，计算实际测量的待测电流值。
13.一种利用权利要求4-12任一项权利要求所述的抗扰型磁敏电流传感器装置的抗扰型磁敏电流传感器电流测量方法，其特征在于，包括：
步骤1：在待测电流周围等距对称设置至少两个TMR传感器组，每个TMR传感器组包括两个磁敏感方向相互垂直的TMR传感器，每个TMR传感器组中的其中一个TMR传感器磁敏感方向沿着待测电流产生的磁感应强度方向，另一个TMR传感器磁敏感方向垂直于待测电流产生的磁感应强度方向；
步骤2：采集各TMR传感器组中TMR传感器的输出电压值；
步骤3：根据任意两对称设置的TMR传感器组中各TMR输出的电压值联立方程，求解得到待测电流产生的磁感应强度，或得到在无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值；
步骤4：根据待测电流产生的磁感应强度值计算得到待测电流值，或者根据在无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值，通过标定校准的方法得到待测电流值。
14.根据权利要求13所述的抗扰型磁敏电流传感器电流测量方法，其特征在于：
在步骤3中，当确定TMR传感器输出电压与所在位置磁感应强度的系数关系确定时，通过以下公式计算待测电流产生的磁感应强度B0：
其中，a1是AS传感器组中沿着待测电流的磁感应强度磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第一电压对应的第一磁感应强度，a2是AS传感器组中垂直待测电流的磁感应强度磁敏感方向的TMR输出的AS组第二电压对应的第二磁感应强度，b1是与AS传感器组对称设置的BS传感器组中沿着待测电流的磁感应强度磁敏感方向的TMR输出的BS组第一电压对应的第一磁感应强度，b2是与AS传感器组对称设置的BS传感器组中垂直待测电流的磁感应强度磁敏感方向的TMR输出的BS组第二电压对应的第二磁感应强度。
15.根据权利要求14所述的抗扰型磁敏电流传感器电流测量方法，其特征在于：
当存在多对等距离设置的TMR传感器组时，分别对每对对称设置的TMR传感器组计算得到待测电流产生的磁感应强度，然后计算平均值得到最终的待测电流产生的磁感应强度值。
16.根据权利要求13所述的抗扰型磁敏电流传感器电流测量方法，其特征在于：
在步骤3中，通过以下公式计算无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值V0：
其中，其中，V0是无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值，V1是AS传感器组中沿着B0磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第一电压，V2是AS传感器组中垂直B0磁敏感方向的TMR传感器输出的AS组第二电压，V3是BS传感器组中沿着B0磁敏感方向的TMR传感器输出的BS组第一电压，V4是BS传感器组中垂直B0磁敏感方向的TMR传感器输出的BS组第二电压；
当存在多对等距离设置的TMR传感器组时，分别对每对对称设置的TMR传感器组计算得到无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值，然后计算平均值得到最终的无干扰情况下TMR磁敏感方向所对应输出的电压值。
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