一种电流测量方法、系统及存储介质与流程

1.本发明电流检测技术领域，尤其涉及一种电流测量方法、系统及存储介质。


背景技术：

2.基于磁电阻效应的磁电阻tmr电流传感器具有灵敏度高、响应频带宽、体积小、功耗低等众多优点，可同时测量交流和直流电流，是电力系统电流测量极具潜力的产品，但是tmr电流传感器灵敏度具有极强的温度依赖性，使得其难以用于电能计量，另外，受到tmr的基本单元mtj的特性影响，tmr传感器的线性范围小，这直接限制了tmr电流传感器的量程，影响了传感器的应用范围，目前针对tmr电流传感器的温度补偿主要有软件补偿与硬件补偿两种方式。
3.现有的硬件补偿思路是在传感器的供电电压中引入具有温度依赖性的元件，使得供电电压具有正的温度依赖性，从而抵消灵敏度负的温度依赖性。软件补偿方法为：首先，在测量系统的工作温度范围内测量温度和传感器灵敏度的关系，通过数据拟合得到在该温度范围内tmr电流传感器温度和灵敏度的关系曲线，在进行测量工作时，通过adc采样电路得到tmr电流传感器的输出，同时通过温度传感器得到tmr电流传感器的环境温度，在fpga内部实现查找表得到灵敏度补偿系数，最后通过数学运算进行温度补偿。
4.但是，硬件补偿是利用热敏电阻、二极管等带有温度系数的元件，根据所选用元件的温度特性选择相应的电路拓扑来达到补偿效果；软件补偿是在得到传感器的测试数据后，采用一些数据拟合算法，如最小二乘法线性拟合、b样条差值、神经网络拟合等，然后结合数字微处理器，通过查找表的方式实现软件补偿。硬件补偿设计简单、易于实现，实用性较高，但要想获得优异的补偿效果，需要严格设计补偿电路的参数，由于不同厂家不同型号的tmr传感器温度特性不同，需要匹配不用特性的热敏电阻才能到达补偿的效果，难以批量化，不具有通用性。而软件补偿虽然可以实现较好的补偿效果、通用性强，但事先需要通过实验获得tmr传感器的温度特性，同样难以批量化，不利于工程生产。且针对温度漂移问题设计的补偿方法均无法扩大传感器量程。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，第一方面，本发明公开了一种电流测量方法、系统及存储介质，对传感器进行温度补偿以使提高电流测量的精度。
6.为了实现上述目的，本发明公开了一种电流测量方法，应用于tmr电流传感器，所述tmr电流传感器包括第一tmr芯片、第二tmr芯片及恒流源，且所述第一tmr芯片与所述第二tmr芯片的温度灵敏度系数相同，所述电流测量方法包括：
7.根据所述第一tmr芯片对待测电流产生的磁场进行感应，获取所述待测电流对应的第一输出电压；
8.根据所述第二tmr芯片对所述恒流源产生的恒定磁场进行感应，获得所述恒流源对应的第二输出电压；
9.对所述第一输出电压及所述第二输出电压做除法运算，获得所述待测电流的电流值。
10.本发明公开了一种电流测量方法，所述电流测量方法应用于tmr电流传感器，且所述tmr电流传感器中包括第一tmr芯片、第二tmr芯片及恒流源，根据所述第一tmr芯片对所述待测电流产生的磁场进行感应生成所述待测电流对应的第一输出电压，接着根据所述tmr芯片对所述恒流源产生的恒定磁场进行感应以使生成所述恒流源对应的第二输出电压，在获得所述第一及第二输出电压后进行除法运算，消除温度因素的影响，进而实现了温度补偿的功能，提高了电流测量的精度。
11.作为优选例子，所述第一tmr芯片对待测电流产生的磁场进行感应，获取所述待测电流对应的第一输出电压，包括：
12.根据预设在所述tmr传感器中聚磁环对所述待测电流进行磁场感应，并在所述聚磁环的气隙处产生所述待测电流对应的第一磁场；
13.根据所述第一磁场，通过预设在所述聚磁环的气隙处的所述第一tmr芯片对所述第一磁场进行感应，输出所述待测电流对应的第一输出电压。
14.本发明采用聚磁环生成所述待测电流的磁场，以使提高电流测量的抗干扰能力，进而提高电流测量的精度，接着利用预设在所述聚磁环气隙处的第一tmr芯片对所述磁场进行感应，生成所述待测电流对应的第一输出电压。
15.作为优选例子，所述根据所述第二tmr芯片对所述恒流源产生的恒定磁场进行感应，获得所述恒流源对应的第二输出电压，具体包括：
16.根据所述恒流源驱动预设在所述tmr传感器中的亥姆霍兹线圈，以使通过所述亥姆霍兹线圈生成所述恒流源对应的第二磁场；
17.通过预设在所述亥姆霍兹线圈内的所述第二tmr芯片对所述第二磁场进行感应，生成所述第二磁场对应的第二输出电压。
18.本发明在所述tmr电流传感器中设置恒流源及第二tmr芯片，以使后续通过所述第一及第二tmr芯片进行相互配合，进而完成温度补偿，提高电流测量的精度。
19.作为优选例子，在根据所述第二tmr芯片对所述恒流源产生的恒定磁场进行感应之前，根据预设的距离范围，将所述亥姆霍兹线圈设置于所述聚磁环的气隙外。
20.本发明将所述亥姆霍兹线圈设置于所述聚磁环的气隙外，以使在后续进行除法运算时，消除外在磁场的影响，进而提高电流测量的精度。
21.第二方面，本发明公开了一种电流测量系统，应用于tmr电流传感器，所述tmr电流传感器包括第一tmr芯片、第二tmr芯片及恒流源，且所述第一tmr芯片与所述第二tmr芯片的温度灵敏度系数相同，所述电流测量系统包括第一感应模块、第二感应模块及电流测量模块；
22.所述第一感应模块用于根据所述第一tmr芯片对待测电流产生的磁场进行感应，获取所述待测电流对应的第一输出电压；
23.所述第二感应模块用于根据所述第二tmr芯片对所述恒流源产生的恒定磁场进行感应，获得所述恒流源对应的第二输出电压；
24.所述电流测量模块用于对所述第一输出电压及所述第二输出电压做除法运算，获得所述待测电流的电流值。
25.本发明公开了一种基于温度补偿的电流检测方法，所述电流检测方法应用于tmr电流传感器，且所述tmr电流传感器中包括第一tmr芯片、第二tmr芯片及恒流源，根据所述第一tmr芯片对所述待测电流产生的磁场进行感应生成所述待测电流对应的第一输出电压，接着根据所述tmr芯片对所述恒流源产生的恒定磁场进行感应以使生成所述恒流源对应的第二输出电压，在获得所述第一及第二输出电压后进行除法运算，消除温度因素的影响，进而实现了温度补偿的功能，提高了电流测量的精度。
26.作为优选例子，所述第一感应模块包括第一磁场单元及第一电压单元；
27.所述第一磁场单元用于根据预设在所述tmr电流传感器的聚磁环对所述待测电流进行磁场感应，并在所述聚磁环的气隙处产生所述待测电流的第一磁场；
28.所述第一电压单元用于根据所述第一磁场，通过预设在所述聚磁环的气隙处的所述第一tmr芯片对所述第一磁场进行感应，输出所述待测电流对应的第一输出电压。
29.本发明采用聚磁环生成所述待测电流的磁场，以使提高电流测量的抗干扰能力，进而提高电流测量的精度，接着利用预设在所述聚磁环气隙处的第一tmr芯片对所述磁场进行感应，生成所述待测电流对应的第一输出电压。
30.作为优选例子，所述第二感应模块包括第二磁场单元及第二电压单元；
31.所述第二磁场单元用于根据所述恒流源驱动预设在所述tmr电流传感器中的亥姆霍兹线圈，以使通过所述亥姆霍兹线圈生成所述恒流源对应的第二磁场；
32.所述第二电压单元用于通过预设在所述亥姆霍兹线圈内的所述第二tmr芯片对所述第二磁场进行感应，生成所述第二磁场对应的第二输出电压。
33.本发明在所述tmr电流传感器中设置恒流源及第二tmr芯片，以使后续通过所述第一及第二tmr芯片进行相互配合，进而完成温度补偿，提高电流测量的精度。
34.第三方面，本发明公开了一种tmr电流传感器，包括第一tmr芯片、第二tmr芯片及恒流源；
35.所述第一tmr芯片用于对待测电流产生的磁场进行感应，输出所述待测电流对应的第一输出电压；
36.所述第二tmr芯片对所述恒流源产生的恒定磁场进行感应，输出所述恒流源对应的第二输出电压；
37.所述恒流源用于产生所述恒定磁场。
38.第四方面，本发明公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如第一方面所述的一种电流测量方法。
39.第五方面，本发明公开了一种电子设备，包括：至少一个处理器；存储装置，配置为存储至少一个程序，当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器实现如第一方面所述的一种电流测量方法。
附图说明
40.图1：为本发明实施例提供的一种电流测量方法的流程示意图；
41.图2：为本发明实施例提供的一种电流测量系统的结构示意图；
42.图3：为本发明实施例提供的一种tmr电流传感器的结构示意图。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.实施例一
45.本发明实施例提供了一种电流测量方法，该方法应用于tmr电流传感器，所述tmr电流传感器包括第一tmr芯片、第二tmr芯片及恒流源，且所述第一tmr芯片与所述第二tmr芯片的温度灵敏度系数相同，该方法的具体实施流程请参照图1，主要包括步骤101至步骤103，所述步骤主要包括：
46.步骤101：根据所述第一tmr芯片对待测电流产生的磁场进行感应，获取所述待测电流对应的第一输出电压。
47.在本实施例中，该步骤具体包括：根据预设在所述tmr电流传感器的聚磁环对所述待测电流进行磁场感应，并在所述聚磁环的气隙处产生所述待测电流的第一磁场；根据所述第一磁场，通过预设在所述聚磁环的气隙处的所述第一tmr芯片对所述第一磁场进行感应，输出所述待测电流对应的第一输出电压。
48.示例性的，在本实施例中，提供了一种tmr电流传感器，所述电流传感器的具体结构请参照图3，主要包括第一tmr芯片、第二tmr芯片及恒流源，参照本实施例提供的一种tmr电流传感器，优选的，可在所述聚磁环内设置通流导线，通流导体通过待测电流i，待测电流在聚磁环中产生磁场，气隙内的磁场h与被测电流i的关系为：
[0049][0050]
式中，μ1为聚磁环的相对磁导率，r为聚磁环中心半径，d为聚磁环开口气隙的高度。
[0051]
在本实施例中，所述第一tmr芯片设置于所述聚磁环的气隙中，在所述磁场h的作用下，所述第一tmr芯片的输出为：
[0052]
u1＝k1(t)
·h·vin
[0053]
k1(t)为第一tmr芯片的灵敏度系数，与温度t有关，v
in
为第一tmr芯片的工作电源。
[0054]
在本实施例中，在获得所述第一tmr芯片后，优选的，可对所述第一tmr芯片的输出信号做进一步的放大及模式转换处理，在本实施例中，设置放大倍数为a1，所述模式转换的转换系数为a3，则对所述第一tmr芯片的输出信号做处理后的信号可表示为：
[0055]utmr1
＝k1(t)
·
a1·
a3·h·vin
[0056]
其中，a1、a3、v
in
均为常数。
[0057]
本步骤采用聚磁环生成所述待测电流的磁场，以使提高电流测量的抗干扰能力，进而提高电流测量的精度，接着利用预设在所述聚磁环气隙处的第一tmr芯片对所述磁场进行感应，生成所述待测电流对应的第一输出电压。
[0058]
步骤102：根据所述第二tmr芯片对所述恒流源产生的恒定磁场进行感应，获得所述恒流源对应的第二输出电压。
[0059]
在本实施例中，所述步骤主要包括：根据所述恒流源驱动预设在所述tmr电流传感
器中的亥姆霍兹线圈，以使通过所述亥姆霍兹线圈生成所述恒流源对应的第二磁场；通过预设在所述亥姆霍兹线圈内的所述第二tmr芯片对所述第二磁场进行感应，生成所述第二磁场对应的第二输出电压。
[0060]
示例性的，基于本实施例提供的一种tmr电流传感器，通过所述恒流源输出一个恒定电流i0，优选的在输出所述恒定电流i0的时候，可在所述tmr电流传感器设置数模转换器dac对所述恒定电流i0进行数模转换，将所述恒定电流i0输入至所述亥姆霍兹线圈并产生磁场h0，该磁场作用于第二tmr芯片，所述第二tmr芯片的输出为：
[0061]
u2＝k2(t)
·
h0·vin
[0062]
k2(t)为第二tmr芯片的灵敏度系数，与温度t有关，v
in
为第二tmr芯片的工作电源，与所述第一tmr芯片共用一个电源。
[0063]
在本实施例中，参照步骤101，优选的，可对所述第二tmr芯片的输出信号做进一步的放大及模式转换处理，在本实施例中，设置放大倍数为a2，所述模式转换的转换系数为a4，则对所述第二tmr芯片的输出信号做处理后的信号可表示为：
[0064]utmr2
＝k2(t)
·
a2·
a4·
h0·vin
[0065]
其中，a2、a4、h0均为常数。
[0066]
步骤103：对所述第一输出电压及所述第二输出电压做除法运算，获得所述待测电流的电流值。
[0067]
在本实施例中，参照本实施例中的上述步骤，将第一tmr芯片和第二tmr芯片的测量结果做除法，获得所述待测电流的电流值，在本实施例中，所述除法运算的公式为：
[0068][0069]
其中，a1、a3、a2、a4、h0为常数，且所述第一和第二tmr芯片可采用同厂家同批次同型号的器件，则其温度灵敏度系数可认为相等，即有：
[0070]
k1(t)≈k2(t)
[0071]
因此，可变为：
[0072][0073]
式中，
[0074][0075]
a为常数，因此，与被测电流i成正比，且消除了温度的影响。
[0076]
除上述方法外，本发明实施例还提供了一种电流测量系统，应用于tmr电流传感器，所述tmr电流传感器包括第一tmr芯片、第二tmr芯片及恒流源，且所述第一tmr芯片与所述第二tmr芯片的温度灵敏度系数相同，所述电流测量系统的结构组成可参照图2，主要包括第一感应模块201、第二感应模块202及电流测量模块203；
[0077]
所述第一感应模块201用于根据所述第一tmr芯片对待测电流产生的磁场进行感应，获取所述待测电流对应的第一输出电压；
[0078]
所述第二感应模块202用于根据所述第二tmr芯片对所述恒流源产生的恒定磁场进行感应，获得所述恒流源对应的第二输出电压；
[0079]
所述电流测量模块203用于对所述第一输出电压及所述第二输出电压做除法运算，获得所述待测电流的电流值。
[0080]
在本实施例中，所述第一感应模块201包括第一磁场单元及第一电压单元；
[0081]
所述第一磁场单元用于根据预设在所述tmr电流传感器的聚磁环对所述待测电流进行磁场感应，并在所述聚磁环的气隙处产生所述待测电流的第一磁场；
[0082]
所述第一电压单元用于根据所述第一磁场，通过预设在所述聚磁环的气隙处的所述第一tmr芯片对所述第一磁场进行感应，输出所述待测电流对应的第一输出电压。
[0083]
在本实施例中，所述第二感应模块202包括第二磁场单元及第二电压单元；
[0084]
所述第二磁场单元用于根据所述恒流源驱动预设在所述tmr电流传感器中的亥姆霍兹线圈，以使通过所述亥姆霍兹线圈生成所述恒流源对应的第二磁场；
[0085]
所述第二电压单元用于通过预设在所述亥姆霍兹线圈内的所述第二tmr芯片对所述第二磁场进行感应，生成所述第二磁场对应的第二输出电压。
[0086]
除上述方法及系统外，本发明实施例还提供了一种tmr电流传感器，所述传感器的具体结构组成可参照图3，包括第一tmr芯片301、第二tmr芯片302及恒流源303；
[0087]
所述第一tmr芯片301用于对待测电流产生的磁场进行感应，输出所述待测电流对应的第一输出电压；
[0088]
所述第二tmr芯片302对所述恒流源产生的恒定磁场进行感应，输出所述恒流源对应的第二输出电压；
[0089]
所述恒流源303用于产生所述恒定磁场。
[0090]
同时，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质及电子设备，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现本发明实施例所述的方法，所述电子设备包括：至少一个处理器；存储装置，配置为存储至少一个程序，当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器实现本发明实施例所述的方法。
[0091]
本发明公开的一种电流测量方法、系统及存储介质，应用于tmr电流传感器，且所述tmr电流传感器中包括第一tmr芯片、第二tmr芯片及恒流源，根据所述第一tmr芯片对所述待测电流产生的磁场进行感应生成所述待测电流对应的第一输出电压，接着根据所述tmr芯片对所述恒流源产生的恒定磁场进行感应以使生成所述恒流源对应的第二输出电压，在获得所述第一及第二输出电压后进行除法运算获得待测电流的电流值，消除温度因素的影响，进而实现了温度补偿的功能，提高了电流测量的精度。
[0092]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种电流测量方法，其特征在于，应用于tmr电流传感器，所述tmr电流传感器包括第一tmr芯片、第二tmr芯片及恒流源，且所述第一tmr芯片与所述第二tmr芯片的温度灵敏度系数相同，所述电流测量方法包括：根据所述第一tmr芯片对待测电流产生的磁场进行感应，获取所述待测电流对应的第一输出电压；根据所述第二tmr芯片对所述恒流源产生的恒定磁场进行感应，获得所述恒流源对应的第二输出电压；对所述第一输出电压及所述第二输出电压做除法运算，获得所述待测电流的电流值。2.如权利要求1所述的一种电流测量方法，其特征在于，所述第一tmr芯片对待测电流产生的磁场进行感应，获取所述待测电流对应的第一输出电压，包括：根据预设在所述tmr电流传感器的聚磁环对所述待测电流进行磁场感应，并在所述聚磁环的气隙处产生所述待测电流的第一磁场；根据所述第一磁场，通过预设在所述聚磁环的气隙处的所述第一tmr芯片对所述第一磁场进行感应，输出所述待测电流对应的第一输出电压。3.如权利要求1所述的一种电流测量方法，其特征在于，所述根据所述第二tmr芯片对所述恒流源产生的恒定磁场进行感应，获得所述恒流源对应的第二输出电压，具体包括：根据所述恒流源驱动预设在所述tmr电流传感器中的亥姆霍兹线圈，以使通过所述亥姆霍兹线圈生成所述恒流源对应的第二磁场；通过预设在所述亥姆霍兹线圈内的所述第二tmr芯片对所述第二磁场进行感应，生成所述第二磁场对应的第二输出电压。4.如权利要求3所述的一种电流测量方法，其特征在于，根据所述第二tmr芯片对所述恒流源产生的恒定磁场进行感应之前，根据预设的距离范围，将所述亥姆霍兹线圈设置于所述tmr电流传感器的聚磁环的气隙外。5.一种电流测量系统，其特征在于，应用于tmr电流传感器，所述tmr电流传感器包括第一tmr芯片、第二tmr芯片及恒流源，且所述第一tmr芯片与所述第二tmr芯片的温度灵敏度系数相同，所述电流测量系统包括第一感应模块、第二感应模块及电流测量模块；所述第一感应模块用于根据所述第一tmr芯片对待测电流产生的磁场进行感应，获取所述待测电流对应的第一输出电压；所述第二感应模块用于根据所述第二tmr芯片对所述恒流源产生的恒定磁场进行感应，获得所述恒流源对应的第二输出电压；所述电流测量模块用于对所述第一输出电压及所述第二输出电压做除法运算，获得所述待测电流的电流值。6.如权利要求5所述的一种电流测量系统，其特征在于，所述第一感应模块包括第一磁场单元及第一电压单元；所述第一磁场单元用于根据预设在所述tmr电流传感器的聚磁环对所述待测电流进行磁场感应，并在所述聚磁环的气隙处产生所述待测电流的第一磁场；所述第一电压单元用于根据所述第一磁场，通过预设在所述聚磁环的气隙处的所述第一tmr芯片对所述第一磁场进行感应，输出所述待测电流对应的第一输出电压。7.如权利要求5所述的一种电流测量系统，其特征在于，所述第二感应模块包括第二磁
场单元及第二电压单元；所述第二磁场单元用于根据所述恒流源驱动预设在所述tmr电流传感器中的亥姆霍兹线圈，以使通过所述亥姆霍兹线圈生成所述恒流源对应的第二磁场；所述第二电压单元用于通过预设在所述亥姆霍兹线圈内的所述第二tmr芯片对所述第二磁场进行感应，生成所述第二磁场对应的第二输出电压。8.一种tmr电流传感器，其特征在于，包括第一tmr芯片、第二tmr芯片及恒流源；所述第一tmr芯片用于对待测电流产生的磁场进行感应，输出所述待测电流对应的第一输出电压；所述第二tmr芯片对所述恒流源产生的恒定磁场进行感应，输出所述恒流源对应的第二输出电压；所述恒流源用于产生所述恒定磁场。9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的一种电流测量方法。10.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；存储装置，配置为存储至少一个程序，当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器实现如权利要求1至4任一项所述的一种电流测量方法。

技术总结
本发明公开了一种电流测量方法、系统及存储介质，应用于TMR电流传感器，所述TMR电流传感器包括第一TMR芯片、第二TMR芯片及恒流源，且所述第一TMR芯片与所述第二TMR芯片的温度灵敏度系数相同，根据所述第一TMR芯片对待测电流产生的磁场进行感应，获取所述待测电流对应的第一输出电压，根据所述第二TMR芯片对所述恒流源产生的恒定磁场进行感应，获得所述恒流源对应的第二输出电压，对所述第一输出电压及所述第二输出电压做除法运算，获得所述待测电流的电流值，提高电流测量的精度。提高电流测量的精度。提高电流测量的精度。


技术研发人员：潘峰 张军 招景明 李金莉 杨雨瑶 张鼎衢
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司计量中心
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/25