CN212568925U - 一种基于导线磁场的两点检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型给出一种基于导线磁场的两点检测装置，包含：感知模块（7），处理模块（4）；其中，感知模块（7）用于获取第一测量点和第二测量点对应的磁传感元件的磁感应强度测量数据，第一测量点和第二测量点所在直线与导线中心线相交或准相交，第一测量点与第二测量点的间距为已知，包含与第一测量点和第二测量点对应的第一磁传感元件（11）和第二磁传感元件（12）；处理模块（4）用于使用磁感应强度测量数据确定导线电流参数，或判断磁传感元件的安装是否出现松动，包含信号调理模块（41）和数据处理模块（42）；感知模块（7）还包含传感元件支架（5）。安装便捷，抗干扰能力强，既可用于导线电流检测也可用于安装松动检测。

Description

一种基于导线磁场的两点检测装置

技术领域

本实用新型涉及智能电网领域，尤其涉及一种基于导线磁场的两点检测装置。

背景技术

智能电网需要对关键电气参数和环境参数做实时检测，以保证电网的高效可靠运行。输电线的电流检测是电网检测的一项基本内容，输电线的震动或舞动检测也是保证电网正常工作的重要项目，如何在不改变、不损坏输电线现有物理形态或结构的前提下，实现对输电线电流的检测、对输电线的震动检测，并且实现检测装置的经济快速部署，目前仍然是一个需要进一步研究的问题。

用磁场、电场对输电线进行定位，或对输电线的电流测量，是电力领域采用的基本技术途径，从技术潜力看，磁电阻效应在输电线电流测量及定位方面具有较大的应用前景。

磁电阻效应（MR：Magnetoresistance）指的是一些铁、钴、镍等铁磁金属和金属合金在外界磁场作用下其电阻发生变化的现象。磁电阻效应包括各向异性磁阻效应、巨磁电阻效应（GMR：Giant Magnetoresistance）、隧道结磁电阻效应、氧化物庞磁电阻效应等。基于磁电阻效应的传感器可以用于直接测量磁场，具有很高的灵敏度。各向异性磁电阻传感器已经用于磁盘磁头取代灵敏度低的感应式磁头，实现了磁盘容量的飞跃；而后德、法两国科学家发现的巨磁阻效应器件被用于磁盘磁头，再次给信息存储带来了深刻变革。

在专利申请领域，产生了如下一些利用磁场或电场对导线进行定位的技术，或利用磁场进行电流测量的技术：

申请号为CN201510809406.9，发明名称为“一种电流传感器”的专利申请公开了一种电流传感器，包括多个串联的传感单元，所述传感单元环绕待测导线m圈，每一圈上相邻的传感单元之间的距离相等，每圈上的传感单元的个数均相同；其中，m≥1。此发明还公开了一种电流传感器，包括多个并联的传感单元，所述传感单元环绕待测导线m圈，每一圈上相邻的传感单元之间的距离相等，每圈上的传感单元的个数均相同；其中，m≥1。此发明采用各向异性磁电阻元件、巨磁电阻元件或磁性隧道结元件为敏感元件的电流传感器，该传感器具有高精度、高灵敏度、成本低的特点。

申请号为CN201110457028.4，发明名称为“一种高压线高度测试方法”的专利申请公开了一种高压线高度测试方法，包括如下步骤：a)设置第一测试点测得电场强度E1；b)设置第二测试点测得电场强度E2，所述第二测试点和第一测试点位于高压线和地面的垂直平面上，所述第二测试点和第一测试点的高度差为h；c)根据E1*H＝E2*(H+h)计算出高压线高度H。此发明提供的高压线高度测试方法，通过两次测量不同高度处的电场强度，利用差分法测出高压线高度，从而无需知道或测量高压线的电压等级，更加便捷安全，并提高了精度。

这个专利申请利用两点测量电场来确定导线的位置。

申请号为CN201310406924.7 ，发明名称为“一种基于矢量磁场探测的地下电缆定位装置”的专利申请公开一种基于矢量磁场探测的地下电缆定位装置，通过三轴磁强计测量交流电缆产生的磁场范围内任意两点的电压信号，通过锁相放大器进行放大后输入计算机中；由计算机得到两测量点三个方向的磁感应强度；随后得到两个测量点的磁场矢量；随后过两测量点做垂直于测量点磁感应强度的平面，分别得到两个平面方程；最终联立两平面方程得到的直线方程即为交流电缆所在位置；此发明方法通过电磁感应原理，实现了将磁信息转化为电信息，通过数据采样与计算，解决了快速对电缆进行定位的问题；且利用放大信号和滤波去噪技术，提高了定位的灵敏度和精确度。此发明装置，无源、简单、快速，可操作性强。

申请号为CN201610398868.0，发明名称为“一种架空输电线路巡线无人机的电磁场定位装置”一种架空输电线路巡线无人机的电磁场定位装置，通过测量无人机所处位置的磁场矢量和电场矢量，依据电磁场矢量与距离的数学关系，确定无人机与输电线路之间的空间位置。通过无线传输设备将所获取的无人机与输电线路之间的空间位置数据，传递至终端控制系统。采用三分量法测量磁场矢量，采用三轴正交法测量电场矢量。此发明可有效提高对巡线无人机定位的准确性，避免了肉眼观察带来的不确定性，达到安全高效的效果，同时提高了巡线的智能化程度。

申请号为CN201710097572.X，发明名称为“一种基于两个探测位置处磁场空间梯度的潜艇定位方法”此发明提出一种基于两个探测位置处磁场空间梯度的潜艇定位方法，属于远距离潜艇探测领域和磁偶极子定位领域。本方法首先使用若干个单轴矢量磁力计组成一个磁异常探测阵列；使用该磁异常探测阵列在初始探测位置和通过预设路径到达的第二探测位置分别测量磁场，获得两个探测位置的阵列测量值并进行差分运算，得到两个探测位置的潜艇附加磁场的梯度张量矩阵及其全部独立分量；根据潜艇附加磁场梯度张量的表达式，代入两个探测位置的潜艇附加磁场的梯度张量矩阵的全部独立分量得到定位方程并求解，最终得出潜艇的位置信息，完成定位。此发明方法能够在变化的地磁场背景下远距离定位潜艇，避免了地磁场日变化的影响，定位精度高。

发明名称为“一种电流传感器”给出的多个传感器串联的测量方法可以提高测量灵敏度，但是，易出现安装偏心导致的测量误差，也不具备测量导线中心线位置的能力；发明名称为“一种高压线高度测试方法”给出的两点法测量高压线高度的方法不能准确获取高压线在水平方向的位置信息，而且不能实现实时在线测量；发明名称为“一种基于矢量磁场探测的地下电缆定位装置”的专利申请利用两测量点三个方向的磁感应强度得到两个测量点的磁场矢量，再利用两测量点磁场矢量进行电缆定位的方法的缺点是：设备复杂且不适合对架空输电线进行实时在线测量；发明名称为“一种架空输电线路巡线无人机的电磁场定位装置”采用了采用三分量法测量磁场矢量和三轴正交法测量电场矢量来确定电力线的位置，该方法用于输电线的电流测量则测量误差大，且不具备测量导线毫米量级的震动所需要的测量精度；发明名称为“一种基于两个探测位置处磁场空间梯度的潜艇定位方法”不适合对架空输电线进行实时在线测量，也达不到输电线毫米量级的震动所需要的测量精度。

此外，由于导线的震动和舞动，会导致固定其上的传感器与导线间的固定机构产生松动，这种松动会使得电流测量无法正常进行，需要及时识别出这种松动，以保障电流测量的可靠性和真实性。

总之，现在的利用磁场、电场对输电线或目标进行定位或对输电线的电流测量的方法，存在测量传感器使用较多、造价高、不能对导线电流和安装松动做联合检测、安装复杂、不满足智能电网要求的实时在线检测的缺点。

本实用新型实施例给出的装置，可以克服现有技术存在的安装复杂、造价高、抗干扰能力差、不能对导线进行电流和安装松动综合检测这些缺点中的至少一种。安装便捷，抗干扰能力强，既可用于电流检测也可用于安装松动检测。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。

发明内容

本实用新型给出一种基于导线磁场的两点检测装置，用于克服现有技术存在的安装复杂、造价高、抗干扰能力差、不能对导线进行电流和安装松动综合检测这些缺点中的至少一种。

本实用新型给出一种基于导线磁场的两点检测方法,包括如下步骤：

获取第一测量点和第二测量点对应的磁传感元件的磁感应强度测量数据，其中，第一测量点和第二测量点所在直线与导线中心线相交或准相交，第一测量点与第二测量点的间距为已知；

使用磁感应强度测量数据确定导线电流参数，或判断磁传感元件的安装是否出现松动。

本实用新型给出一种基于导线磁场的两点检测装置,包含如下模块：

感知模块（7），处理模块（4）；其中，

感知模块（7）用于获取第一测量点和第二测量点对应的磁传感元件的磁感应强度测量数据，第一测量点和第二测量点所在直线与导线中心线相交或准相交，第一测量点与第二测量点的间距为已知，包含与第一测量点和第二测量点对应的第一磁传感元件（11）和第二磁传感元件（12）；

处理模块（4）用于使用磁感应强度测量数据确定导线电流参数，或判断磁传感元件的安装是否出现松动，包含信号调理模块（41）和数据处理模块（42）；

感知模块（7）还包含传感元件支架（5）；

传感元件支架（5）与导线、导线外壳或熔断器壳体之间存在支撑连接。

本实用新型实施例给出的装置，可以克服现有技术存在的安装复杂、造价高、抗干扰能力差、不能对导线进行电流和安装松动综合检测这些缺点中的至少一种。安装便捷，抗干扰能力强，既可用于电流检测也可用于安装松动检测。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。

附图说明

图1为本实用新型实施例给出的一种基于导线磁场的两点检测方法流程图；

图2为本实用新型实施例给出的磁场感应强度测量中测量点空间布设示意图；

图3为本实用新型实施例给出的导线电流测量装置结构示意图；

图4为本实用新型实施例给出的电路组成示意图。

图中，1、第一平面； 3、导线； 4、处理模块；5、传感元件支架； 7、感知模块；8、通信模块；9、供电模块；

11、第一磁传感元件；12、第二磁传感元件；

31、导线中心线；

41、信号调理模块；42、数据处理模块；

51、传感元件支架紧固件；52、传感元件支架紧固件。

具体实施方式

本实用新型给出一种基于导线磁场的两点检测装置，用于克服现有技术存在的安装复杂、造价高、抗干扰能力差、不能对导线进行电流和安装松动综合检测这些缺点中的至少一种。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

下面结合附图，对本实用新型提供的方法、装置举例加以说明。

实施例一，一种基于导线磁场的两点检测方法举例

参见图1所示，本实用新型提供的一种基于导线磁场的两点检测方法实施例,包括如下步骤：

步骤S110，获取第一测量点和第二测量点对应的磁传感元件的磁感应强度测量数据，其中，第一测量点和第二测量点所在直线与导线中心线相交或准相交，第一测量点与第二测量点的间距为已知；

步骤S120，使用磁感应强度测量数据确定导线电流参数，或判断磁传感元件的安装是否出现松动。

本实施例中，将导线中心线与第一测量点和第二测量点所在直线的交点“o”作为参照点或基准点；

导线中心线也可以称之为导线中轴线。

所述第一测量点和第二测量点包括磁传感单元包含的磁传感元件的感应区域的中心点所在点。

所述磁传感元件为各向异性磁电阻元件，巨磁电阻元件和磁性隧道结元件中的任一种。

所述导线包括电网电力线，设备电源线和保险丝。

流过导线的电流为直流电流或交流电流。

一种对保险丝进行电流测量的应用方式是将第一测量点和第二测量点布设在电网使用的熔断器上，用于测量熔断器包含的保险丝的电流的测量。

本实施例给出的方法，其中，

所述第一测量点和第二测量点所在直线与导线中心线相交，包括如下任一种相交方式：

相交方式一，第一测量点和第二测量点所在直线穿过导线中心线，并且第一测量点和第二测量点所在平面与导线中心线垂直；

相交方式二，第一测量点和第二测量点所在直线穿过导线中心线，并且第一测量点和第二测量点所在平面与导线中心线的夹角在100度～80度之间；

所述第一测量点和第二测量点所在直线与导线中心线准相交，包括如下任一种准相交方式：

准相交方式一，第一测量点和第二测量点所在直线与导线中心线的距离小于10毫米，并且第一测量点和第二测量点所在平面与导线中心线垂直；

准相交方式二，第一测量点和第二测量点所在直线与导线中心线的距离小于10毫米，并且第一测量点和第二测量点所在平面与导线中心线的夹角在100度～80度之间。

所述第一测量点和第二测量点对应的磁传感元件，安装在由聚磁材料或非聚磁材料构成的传感元件支架上，该传感元件支架用于：

保持传感单元包含的磁传感元件间具有确定的位置关系；或

保持传感单元包含的磁传感元件至传感元件支架包含的通孔中心线的距离相等或距离不变；或

使磁传感单元随传感元件支架做整体位移，从而调整传感单元包含的磁传感元件至传感元件支架包含的通孔内的导线中心线的距离。

具体地，磁传感元件布设在传感元件支架上，传感单元对应的测量点的空间布局和相对间距为已知，并且，传感元件支架与导线或导线外表面之间存在支撑连接，通常情况下，该支撑连接由紧固件实现，在紧固件的作用下，传感元件支架与导线间或与熔断器外壳间不会发生位移，从而保障了导线中心线到测量点的距离不会改变。

实际应用中，尽可能使地实现相交方式一给出的布设形式，在此布设形式下，引入的安装误差最小；

相交方式二、准相交方式一和准相交方式二都会体现出安装误差，在这三种方式下得到的计算结果的误差较大。

本实施例给出的方法，其中，

所述使用磁感应强度测量数据确定导线电流参数，包括距离求解法和距离差求解法中的任一种；其中，

距离求解法，包括：

使用比例关系，使用安培环路定律确定第一测量点和第二测量点间的磁感应强度之比与这两个测量点各自到导线中心线上的参考点“O”的距离之比间的相等关系，以及求解第一测量点到中心线上的参考点“O”的距离r1；

使用间距关系，使用第一测量点和第二测量点间的间距，即第一测量点到中心线上的参考点“O”的距离r1与第二测量点到中心线上的参考点“O”的距离r2之间的距离差△r，△r =（r2- r1），r2＞r1，将r2、r1两个未知量降为一个未知量；

使用所述比例关系、间距关系以及在测量点处获取的磁感应强度的测量值求解r2或r1；

使用在测量点处获取的磁感应强度的测量以及r2和r1中的至少一个，根据安培环路定律确定的关系，求解导线电流值；

距离差求解法，包括：

使用安培环路定律确定第一测量点和第二测量点对应的r1和r2的解析表达式，该表达式使用电流I、磁感应强度B来表示r1和r2；

使用△r =（r2- r1）以及所述r1和r2的解析表达式求解导线的电流值。

根据安培环路定律，圆形导线的外部磁感应强度与离导线中心线的距离、导线上的电流值的关系为：

B =μ₀I/2πr (1)

其中，B是磁感应强度；μ₀是介质的磁常数；I是导线内的电流值；r是测量点与导线中心线的距离，也就是测量点到参照点“o”的距离。

所述使用比例关系，具体包括：使用第一测量点和第二测量点到导线中心线的距离r₁、r₂，以及第一测量点和第二测量点的磁感应强度测量值B1、B2,根据式（1）可以到到如下关系：

r1/r2=B2/B1 (2)

所述使用间距关系，具体包括使用距离差△r：

△r =（r2- r1），r2＞r1 (3)

所述根据安培环路定律确定的关系，求解导线电流值，具体包括如下步骤：

使用安培环路定律（1）计算导线电流的公式为：

I = 2πrB/μ₀ (4)

所述使用△r =（r2- r1）以及所述r1和r2的解析表达式求解导线的电流值，具体包括：

r1=μ₀I/2πB1 (5)

r2=μ₀I/2πB2 (6)

根据式（3）、（5）、（6）得出：

I = 2π△r B1 B2 / [(B1-B2)μ₀] (7)

本实施例给出的方法，其中，

对应于导线中的电流为交流的情况，在执行使用磁感应强度测量数据确定导线电流参数的操作之前，执行如下干扰识别的操作：

确定交流电流的零值点出现的时间点，在零值点出现的时间点上获取磁传感单元的测量值，若磁传感单元的测量值小于预定零值门限，则将磁传感单元所在位置判为不存在干扰磁场；若磁传感单元的测量值大于或等于预定零值门限，则将磁传感单元所在位置判为存在干扰磁场；或

获取磁传感单元测量值的正值最大值和负值最大值，计算正值最大值与负值最大值的绝对值的差值，若该差值的绝对值小于预定的正负峰值绝对值差值门限，则将磁传感单元所在位置判为不存在干扰磁场；若该差值的绝对值大于预定的正负峰值绝对值差值门限，则将磁传感单元所在位置判为存在干扰磁场。

具体地，导线中的交流电流产生的交变磁场作用在磁传感单元包含的磁传感元件上，在不存在外界磁场干扰的情况下，导线中的交流电流产生的交变磁场具有如下特点：

1、在磁传感元件上产生方向相反幅度相同的磁场，即在一个方向上（假设为正方向）的极大值（假设为正值）与在相反方向上（假设为负方向）产生的极大值（假设为负值）的绝对值是相等的；当存在干扰磁场时，这种相等关系将被破坏；

2、在磁传感元件上产生的磁感应强度是以与导线电流相同的波形出现的，即以正弦波的形式出现的，在不存在外界磁场干扰的情况下，当导线中的电流处于过零点时，磁传感元件测量出的磁感应强度也是处于过零点。

具体地，确定交流电流的零值点出现的时间点，包括：

在交流电流一个变化周期内，使用磁传感单元对磁场进行两次或两次以上的测量，使用正弦曲线对所述测量值进行曲线拟合，得到拟合曲线，从拟合曲线上确定交流电流的零值点出现的时间点；

从拟合曲线上确定交流电流的零值点出现的时间点的方法包括：

直接将拟合得到的正弦曲线的零值点作为交流电流的零值点出现的时间点；或

将拟合得到的正弦曲线的正值最大值点（波峰）和负值最大值点（波谷）之间的中间点作为交流电流的零值点出现的时间点。

类似地，获取磁传感单元测量值的正值最大值和负值最大值的方法包括：

在交流电流一个变化周期内，使用磁传感单元对磁场进行两次或两次以上的测量，使用正弦曲线对所述测量值进行曲线拟合，得到拟合曲线，从拟合曲线上确定磁传感单元测量值的正值最大值和负值最大值；进一步地，确定从拟合曲线上确定磁传感单元测量值的正值最大值和负值最大值的出现时刻。

进一步地，在确定了感单元测量值的正值最大值和负值最大值的出现时刻之后，在所述正值最大值和负值最大值中的至少一个的出现时刻上进行磁感应强度测量，并使用该磁感应强度值计算导线电流值。

预定零值门限在0～1特斯拉范围内取值；

优选地，预定零值门限在0～10^(-3)特斯拉范围内取值。

预定的正负峰值绝对值差值门限为一个比例值，该比例值为正负峰值绝对值差值与正负峰值间幅度值之比值，将该比值作为预定的正负峰值绝对值差值门限，该门限在0~0.1之间取值；

优选地，预定的正负峰值绝对值差值门限在在0~0.01之间取值。

本实施例给出的方法，其中，

所述使用磁感应强度测量数据判断磁传感元件的安装是否出现松动，包括如下步骤：

使用比例关系，使用安培环路定律确定第一测量点和第二测量点间的磁感应强度之比与这两个测量点各自到导线中心线上的参考点“O”的距离之比间的相等关系，以及求解第一测量点到中心线上的参考点“O”的距离r1；

使用间距关系，使用第一测量点和第二测量点间的间距，即第一测量点到中心线上的参考点“O”的距离r1与第二测量点到中心线上的参考点“O”的距离r2之间的距离差△r，△r =（r2- r1），r2＞r1，将r2、r1两个未知量降为一个未知量；

使用所述比例关系、间距关系以及在测量点处获取的磁感应强度的测量值求解r2或r1；

判断r2或r1的变化量，若r2或r1的变化量大于或等于预定的位置变化量门限，则将磁传感元件的安装判为出现松动；若r2或r1的变化量小于预定的位置变化量门限，则将磁传感元件的安装判为没有出现松动。

通常，导线的震动或舞动会导致磁传感元件与导线间的安装连接产生松动，安装连接件的老化变形或断裂也会导致磁传感元件与导线间的安装连接产生松动；

为了保障导线电流测量值的真实性，需要及时检测出磁传感元件与导线间的安装连接松动。

具体地，所述位置变化量门限为第一测量点到导线中心线的距离r1的距离增加量，该距离增加量是当前测量计算出的距离r1与之前测量计算出的距离B_r1的差值；

所述B_r1为初始安装阶段测量计算出的距离r1，或为初始安装阶段之后的某个时间区间内测量计算出的距离r1；

位置变化量门限在0.01毫米至5毫米范围内取值；

优选地，位置变化量门限在0.01毫米至1毫米范围内取值。

所述位置变化量门限为第二测量点到导线中心线的距离r2的距离增加量，该距离增加量是当前测量计算出的距离r2与之前测量计算出的距离B_r2的差值；

所述B_r2为初始安装阶段测量计算出的距离r2，或为初始安装阶段之后的某个时间区间内测量计算出的距离r2；

位置变化量门限在0.01毫米至5毫米范围内取值；

优选地，位置变化量门限在0.01毫米至1毫米范围内取值。

实施例二，一种基于导线磁场的两点检测装置举例

参见图2至图4所示，一种基于导线磁场的两点检测装置，包括：

感知模块（7），处理模块（4）；其中，

感知模块（7）用于获取第一测量点和第二测量点对应的磁传感元件的磁感应强度测量数据，第一测量点和第二测量点所在直线与导线中心线相交或准相交，第一测量点与第二测量点的间距为已知，包含与第一测量点和第二测量点对应的第一磁传感元件（11）和第二磁传感元件（12）；

处理模块（4）用于使用磁感应强度测量数据确定导线电流参数，或判断磁传感元件的安装是否出现松动，包含信号调理模块（41）和数据处理模块（42）；

感知模块（7）还包含传感元件支架（5）；

传感元件支架（5）与导线、导线外壳或熔断器壳体之间存在支撑连接。

本实施例中，将导线中心线与第一测量点和第二测量点所在直线的交点“o”作为参照点或基准点；

导线中心线也可以称之为导线中轴线。

所述第一测量点和第二测量点包括磁传感单元包含的磁传感元件的感应区域的中心点所在点。

所述磁传感元件为各向异性磁电阻元件，巨磁电阻元件和磁性隧道结元件中的任一种。

所述导线包括电网电力线，设备电源线和保险丝。

流过导线的电流为直流电流或交流电流。

一种对保险丝进行电流测量的应用方式是将第一测量点和第二测量点布设在电网使用的熔断器上，用于测量熔断器包含的保险丝的电流的测量。

具体地，参见图2所示，第一磁传感元件（11）和第二磁传感元件（12）布设在第一平面（1）内，并且，第一磁传感元件（11）和第二磁传感元件（12）位于直线X轴上，直线X轴位于第一平面（1）内，第一平面（1）与导线（3）的中心线（31）垂直；

导线中心线（31）与第一平面（1）的交点“o”被称之为参照点或基准点，交点“o”至第一测量点的距离为r1, 交点“o”至第二测量点的距离为r2，r2与r1的间距为△r; r2大于r1。

图2中，磁传感元件（11）和（12）用方框表示，这些磁传感元件所对应的测量点用方框内的圆点表示。

本实施例给出的装置，其中，

感知模块（7）包含的第一磁传感元件（11）和第二磁传感元（12）与导线中心线间的空间位置关系由其对应的第一和第二测量点决定，所述第一测量点和第二测量点所在直线与导线中心线相交，包括如下任一种相交方式：

相交方式一，第一测量点和第二测量点所在直线穿过导线中心线，并且第一测量点和第二测量点所在平面与导线中心线垂直；

相交方式二，第一测量点和第二测量点所在直线穿过导线中心线，并且第一测量点和第二测量点所在平面与导线中心线的夹角在100度～80度之间；

所述第一测量点和第二测量点所在直线与导线中心线准相交，包括如下任一种准相交方式：

准相交方式一，第一测量点和第二测量点所在直线与导线中心线的距离小于10毫米，并且第一测量点和第二测量点所在平面与导线中心线垂直；

准相交方式二，第一测量点和第二测量点所在直线与导线中心线的距离小于10毫米，并且第一测量点和第二测量点所在平面与导线中心线的夹角在100度～80度之间。

所述第一测量点和第二测量点对应的磁传感元件，安装在由聚磁材料或非聚磁材料构成的传感元件支架上，该传感元件支架用于：

保持传感单元包含的磁传感元件间具有确定的位置关系；或

保持传感单元包含的磁传感元件至传感元件支架包含的通孔中心线的距离相等或距离不变；或

使磁传感单元随传感元件支架做整体位移，从而调整传感单元包含的磁传感元件至传感元件支架包含的通孔内的导线中心线的距离。

具体地，磁传感元件布设在传感元件支架上，传感单元对应的测量点的空间布局和相对间距为已知，并且，传感元件支架与导线或导线外表面之间存在支撑连接，通常情况下，该支撑连接由紧固件实现，在紧固件的作用下，传感元件支架与导线间或与熔断器外壳间不会发生位移，从而保障了导线中心线到测量点的距离不会改变。

实际应用中，尽可能使地实现相交方式一给出的布设形式，在此布设形式下，引入的安装误差最小；

相交方式二、准相交方式一和准相交方式二都会体现出安装误差，在这三种方式下得到的计算结果的误差较大。

具体地，磁传感元件的相交方式一，参见图3所示，包括布设在同一个平面内的磁传感元件（11）和（12），所述平面为第一平面（1），磁传感元件（11）和（12）布设在传感元件支架（5）上，并且，磁传感元件（11）和（12）对应的测量点均位于X轴上，X轴与导线中心线（31）垂直相交于点“o”；

本实施例中，没有对相交方式二、准相交方式一和准相交方式二给出图示。

图3中，传感元件支架（5）包含处理模块（4），处理模块（4）包含的信号调理模块（41）布设在传感元件支架（5）上，而处理模块（4）包含的数据处理模块（42）则有两种布设方式：

一种是数据处理模块（42）布设在传感元件支架（5）上，该模块在传感现场执行计算导线电流值所需要的数据处理；

一种是数据处理模块（42）布设在网络侧，该模块在在网络侧执行计算导线电流值所需要的数据处理。

进一步地，传感元件支架（5）与传感元件支架紧固件（51）和传感元件支架紧固件（52）中的至少一个存在物理连接，通过传感元件支架紧固件（51）和传感元件支架紧固件（52）中的至少一个实现导线与传感元件支架之间的安装固定。

本实施例给出的装置，其中，

所述数据处理模块（42），用于使用磁感应强度测量数据确定导线电流参数，包括执行距离求解法和距离差求解法中的任一种操作；其中，

距离求解法，包括：

使用比例关系，使用安培环路定律确定第一测量点和第二测量点间的磁感应强度之比与这两个测量点各自到导线中心线上的参考点“O”的距离之比间的相等关系，以及求解第一测量点到中心线上的参考点“O”的距离r1；

使用间距关系，使用第一测量点和第二测量点间的间距，即第一测量点到中心线上的参考点“O”的距离r1与第二测量点到中心线上的参考点“O”的距离r2之间的距离差△r，△r =（r2- r1），r2＞r1，将r2、r1两个未知量降为一个未知量；

使用所述比例关系、间距关系以及在测量点处获取的磁感应强度的测量值求解r2或r1；

使用在测量点处获取的磁感应强度的测量以及r2和r1中的至少一个，根据安培环路定律确定的关系，求解导线电流值；

距离差求解法，包括：

使用安培环路定律确定第一测量点和第二测量点对应的r1和r2的解析表达式，该表达式使用电流I、磁感应强度B来表示r1和r2；

使用△r =（r2- r1）以及所述r1和r2的解析表达式求解导线的电流值。

根据安培环路定律，圆形导线的外部磁感应强度与离导线中心线的距离、导线上的电流值的关系为：

B =μ₀I/2πr (1)

其中，B是磁感应强度；μ₀是介质的磁常数；I是导线内的电流值；r是测量点与导线中心线的距离，也就是测量点到参照点“o”的距离。

所述使用比例关系，具体包括：使用第一测量点和第二测量点到导线中心线的距离r₁、r₂，以及第一测量点和第二测量点的磁感应强度测量值B1、B2,根据式（1）可以到到如下关系：

r1/r2=B2/B1 (2)

所述使用间距关系，具体包括使用距离差△r：

△r =（r2- r1），r2＞r1 (3)

所述根据安培环路定律确定的关系，求解导线电流值，具体包括如下步骤：

使用安培环路定律（1）计算导线电流的公式为：

I = 2πrB/μ₀ (4)

所述使用△r =（r2- r1）以及所述r1和r2的解析表达式求解导线的电流值，具体包括：

r1=μ₀I/2πB1 (5)

r2=μ₀I/2πB2 (6)

根据式（3）、（5）、（6）得出：

I = 2π△r B1 B2 / [(B1-B2)μ₀] (7)

作为导线电流值测量和安装松动判断的一种电路实现方式，参见图4所示，测量电路包括：

感知模块（7）、处理模块（4）、通信模块（8）和供电模块（9）；其中，

通信模块（8）包含有天线、射频电路和调制器；

供电模块（9）包含电池、太阳能电池板或电源变换适配器。

处理模块（4）包含信号调理模块（41），信号调理模块（41）包含电桥电路，振荡电路，放大电路和模数转换电路中的至少一种。

感知模块（7）与处理模块（4）存在电连接，感知模块（7）通过该电连接将其对磁场的应变信号传送给处理模块（4）中的信号调理模块（41）。

信号调理模块（41）与数字处理模块（42）之间存在电连接，或者与通信模块（8）存在电连接；

信号调理模块（41）将其处理后的携带磁场感应强度信息的电信号送往数字处理模块（42），或信号调理模块（41）将其处理后的携带磁场感应强度信息的电信号直接送往通信模块（8）。

通信模块（8）与数字处理模块（42）之间存在电连接，或与信号调理模块（41）之间存在电连接，通信模块（8）使用该连接接收数字处理模块（42）输出的数据信号，或接收信号调理模块（41）输出的数据信号，然后将接收到的数据信号发送给网络侧。

供电模块（9）与感知模块（7）、信号调理模块（41）以及通信模块（8）之间存在电连接，通过该电连接向所述模块供电。

供电模块（9）包含电池、太阳能电池模块、电力线取电模块和电源适配器模块中的至少一种。

本实施例给出的装置，其中，

所述数据处理模块（42），对应于导线中的电流为交流的情况，在执行使用磁感应强度测量数据确定导线电流参数的操作之前，执行如下干扰识别的操作：

确定交流电流的零值点出现的时间点，在零值点出现的时间点上获取磁传感单元的测量值，若磁传感单元的测量值小于预定零值门限，则将磁传感单元所在位置判为不存在干扰磁场；若磁传感单元的测量值大于或等于预定零值门限，则将磁传感单元所在位置判为存在干扰磁场；或

获取磁传感单元测量值的正值最大值和负值最大值，计算正值最大值与负值最大值的绝对值的差值，若该差值的绝对值小于预定的正负峰值绝对值差值门限，则将磁传感单元所在位置判为不存在干扰磁场；若该差值的绝对值大于预定的正负峰值绝对值差值门限，则将磁传感单元所在位置判为存在干扰磁场。

具体地，导线中的交流电流产生的交变磁场作用在磁传感单元包含的磁传感元件上，在不存在外界磁场干扰的情况下，导线中的交流电流产生的交变磁场具有如下特点：

1、在磁传感元件上产生方向相反幅度相同的磁场，即在一个方向上（假设为正方向）的极大值（假设为正值）与在相反方向上（假设为负方向）产生的极大值（假设为负值）的绝对值是相等的；当存在干扰磁场时，这种相等关系将被破坏；

2、在磁传感元件上产生的磁感应强度是以与导线电流相同的波形出现的，即以正弦波的形式出现的，在不存在外界磁场干扰的情况下，当导线中的电流处于过零点时，磁传感元件测量出的磁感应强度也是处于过零点。

具体地，确定交流电流的零值点出现的时间点，包括：

在交流电流一个变化周期内，使用磁传感单元对磁场进行两次或两次以上的测量，使用正弦曲线对所述测量值进行曲线拟合，得到拟合曲线，从拟合曲线上确定交流电流的零值点出现的时间点；

从拟合曲线上确定交流电流的零值点出现的时间点的方法包括：

直接将拟合得到的正弦曲线的零值点作为交流电流的零值点出现的时间点；或

将拟合得到的正弦曲线的正值最大值点（波峰）和负值最大值点（波谷）之间的中间点作为交流电流的零值点出现的时间点。

类似地，获取磁传感单元测量值的正值最大值和负值最大值的方法包括：

在交流电流一个变化周期内，使用磁传感单元对磁场进行两次或两次以上的测量，使用正弦曲线对所述测量值进行曲线拟合，得到拟合曲线，从拟合曲线上确定磁传感单元测量值的正值最大值和负值最大值；进一步地，确定从拟合曲线上确定磁传感单元测量值的正值最大值和负值最大值的出现时刻。

进一步地，在确定了感单元测量值的正值最大值和负值最大值的出现时刻之后，在所述正值最大值和负值最大值中的至少一个的出现时刻上进行磁感应强度测量，并使用该磁感应强度值计算导线电流值。

预定零值门限在0～1特斯拉范围内取值；

优选地，预定零值门限在0～10^(-3)特斯拉范围内取值。

预定的正负峰值绝对值差值门限为一个比例值，该比例值为正负峰值绝对值差值与正负峰值间幅度值之比值，将该比值作为预定的正负峰值绝对值差值门限，该门限在0~0.1之间取值；

优选地，预定的正负峰值绝对值差值门限在在0~0.01之间取值。

本实施例给出的装置，其中，

所述数据处理模块（42），用于执行使用磁感应强度测量数据判断磁传感元件的安装是否出现松动的操作，包括如下操作：

使用比例关系，使用安培环路定律确定第一测量点和第二测量点间的磁感应强度之比与这两个测量点各自到导线中心线上的参考点“O”的距离之比间的相等关系，以及求解第一测量点到中心线上的参考点“O”的距离r1；

使用间距关系，使用第一测量点和第二测量点间的间距，即第一测量点到中心线上的参考点“O”的距离r1与第二测量点到中心线上的参考点“O”的距离r2之间的距离差△r，△r =（r2- r1），r2＞r1，将r2、r1两个未知量降为一个未知量；

使用所述比例关系、间距关系以及在测量点处获取的磁感应强度的测量值求解r2或r1；

判断r2或r1的变化量，若r2或r1的变化量大于或等于预定的位置变化量门限，则将磁传感元件的安装判为出现松动；若r2或r1的变化量小于预定的位置变化量门限，则将磁传感元件的安装判为没有出现松动。

通常，导线的震动或舞动会导致磁传感元件与导线间的安装连接产生松动，安装连接件的老化变形或断裂也会导致磁传感元件与导线间的安装连接产生松动；

为了保障导线电流测量值的真实性，需要及时检测出磁传感元件与导线间的安装连接松动。

具体地，所述位置变化量门限为第一测量点到导线中心线的距离r1的距离增加量，该距离增加量是当前测量计算出的距离r1与之前测量计算出的距离B_r1的差值；

所述B_r1为初始安装阶段测量计算出的距离r1，或为初始安装阶段之后的某个时间区间内测量计算出的距离r1；

位置变化量门限在0.01毫米至5毫米范围内取值；

优选地，位置变化量门限在0.01毫米至1毫米范围内取值。

所述位置变化量门限为第二测量点到导线中心线的距离r2的距离增加量，该距离增加量是当前测量计算出的距离r2与之前测量计算出的距离B_r2的差值；

所述B_r2为初始安装阶段测量计算出的距离r2，或为初始安装阶段之后的某个时间区间内测量计算出的距离r2；

位置变化量门限在0.01毫米至5毫米范围内取值；

优选地，位置变化量门限在0.01毫米至1毫米范围内取值。

本实用新型实施例提供的装置可以全部或者部分地使用电子技术实现；本实用新型实施例提供的方法，可以全部或者部分地通过软件指令和/或者硬件电路来实现；本实用新型实施例提供的装置包含的模块或单元，可以采用电子元器件实现。

以上所述，只是本实用新型的较佳实施方案而已，并非用来限定本实用新型的保护范围。任何本实用新型所述领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的保护范围以所附权利要求的界定范围为准。

本实用新型实施例给出的装置，克服了现有技术存在的安装复杂、造价高、抗干扰能力差、不能对导线进行电流和安装松动综合检测这些缺点中的至少一种。安装便捷，抗干扰能力强，既可用于电流检测也可用于安装松动检测。

Claims (4)

1.一种基于导线磁场的两点检测装置，包括：

感知模块（7），处理模块（4）；其中，

感知模块（7）用于获取第一测量点和第二测量点对应的磁传感元件的磁感应强度测量数据，第一测量点和第二测量点所在直线与导线中心线相交或准相交，第一测量点与第二测量点的间距为已知，包含与第一测量点和第二测量点对应的第一磁传感元件（11）和第二磁传感元件（12）；

处理模块（4）用于使用磁感应强度测量数据确定导线电流参数，或判断磁传感元件的安装是否出现松动，包含信号调理模块（41）和数据处理模块（42）；

感知模块（7）还包含传感元件支架（5）；

传感元件支架（5）与导线、导线外壳或熔断器壳体之间存在支撑连接。

2.根据权利要求1所述的基于导线磁场的两点检测装置，其中，

感知模块（7）包含的第一磁传感元件（11）和第二磁传感元件（12）与导线中心线间的空间位置关系由其对应的第一和第二测量点决定，所述第一测量点和第二测量点所在直线与导线中心线相交，包括如下任一种相交方式：

相交方式一，第一测量点和第二测量点所在直线穿过导线中心线，并且第一测量点和第二测量点所在平面与导线中心线垂直；

相交方式二，第一测量点和第二测量点所在直线穿过导线中心线，并且第一测量点和第二测量点所在平面与导线中心线的夹角在100度～80度之间；

所述第一测量点和第二测量点所在直线与导线中心线准相交，包括如下任一种准相交方式：

准相交方式一，第一测量点和第二测量点所在直线与导线中心线的距离小于10毫米，并且第一测量点和第二测量点所在平面与导线中心线垂直；

准相交方式二，第一测量点和第二测量点所在直线与导线中心线的距离小于10毫米，并且第一测量点和第二测量点所在平面与导线中心线的夹角在100度～80度之间。

3.根据权利要求1所述的基于导线磁场的两点检测装置，其中，

信号调理模块（41）与数字处理模块（42）之间存在电连接，或者与通信模块（8）存在电连接；

信号调理模块（41）将其处理后的携带磁场感应强度信息的电信号送往数字处理模块（42），或信号调理模块（41）将其处理后的携带磁场感应强度信息的电信号直接送往通信模块（8）。

4.根据权利要求3所述的基于导线磁场的两点检测装置，其中，

通信模块（8）与数字处理模块（42）之间存在电连接，或与信号调理模块（41）之间存在电连接，通信模块（8）使用该连接接收数字处理模块（42）输出的数据信号，或接收信号调理模块（41）输出的数据信号，然后将接收到的数据信号发送给网络侧。

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