本發(fā)明涉及磁陣列式電流傳感器電流測(cè)量及校準(zhǔn)，尤其涉及一種磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、磁陣列式電流傳感器的電流測(cè)量原理為：采用多個(gè)磁場(chǎng)傳感器測(cè)量被測(cè)電流導(dǎo)體周圍多個(gè)空間磁場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)處的磁場(chǎng)，利用測(cè)得的磁場(chǎng)信息以及電流反演算法，繼而實(shí)現(xiàn)被測(cè)電流的非接觸測(cè)量。得益于磁場(chǎng)傳感技術(shù)的成熟發(fā)展，通過(guò)對(duì)被測(cè)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的高靈敏、寬頻帶測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)寬頻電流的測(cè)量，并且由于磁場(chǎng)傳感器的尺寸可以做到十分小巧，因此，基于磁場(chǎng)傳感器構(gòu)建的磁陣列式電流傳感器具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，可以直接布置于高壓端，免去了昂貴且復(fù)雜的絕緣結(jié)構(gòu)?；谏鲜鰞?yōu)勢(shì)，磁陣列式電流傳感器具有分布式廣域測(cè)量的巨大應(yīng)用前景。

3、然而，為了實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)至電流的精確反演，首先需要精確校準(zhǔn)各個(gè)磁場(chǎng)傳感器的測(cè)量參數(shù)，包括磁場(chǎng)傳感器的位置坐標(biāo)、磁敏感方向角以及靈敏度系數(shù)。靈敏度系數(shù)可以直接通過(guò)亥姆霍茲線圈系統(tǒng)校準(zhǔn)。而對(duì)于磁場(chǎng)傳感器的位置坐標(biāo)和磁敏感方向角這些測(cè)量參數(shù)，由于在將磁場(chǎng)傳感器進(jìn)行固定時(shí)，位置和磁敏感方向角難免會(huì)偏離額定值，但又沒(méi)有可靠的物理手段進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)方法及系統(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)所有磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的精確校準(zhǔn)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的第一個(gè)方面提供一種磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)方法。

4、一種磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)方法，包括：

5、將一個(gè)通有已知電流且位置已知的長(zhǎng)直導(dǎo)體垂直穿過(guò)所有磁場(chǎng)傳感器所在平面，多次改變長(zhǎng)直導(dǎo)體的位置，分別記錄長(zhǎng)直導(dǎo)體處于不同位置時(shí)，長(zhǎng)直導(dǎo)體的位置坐標(biāo)、電流大小以及磁場(chǎng)傳感器實(shí)際測(cè)得的磁場(chǎng)；

6、以磁場(chǎng)傳感器的位置參數(shù)為掃描參數(shù)，在給定長(zhǎng)直導(dǎo)體位置和磁場(chǎng)傳感器的位置參數(shù)組合下，計(jì)算磁場(chǎng)傳感器計(jì)算磁場(chǎng)與其實(shí)際測(cè)得磁場(chǎng)之間的誤差，并在長(zhǎng)直導(dǎo)體處于多個(gè)不同位置時(shí)，分別計(jì)算誤差絕對(duì)值之和作為目標(biāo)函數(shù)；將目標(biāo)函數(shù)最小值對(duì)應(yīng)的位置參數(shù)，作為校準(zhǔn)結(jié)果；其中，所述位置參數(shù)包括：位置坐標(biāo)和磁敏感方向角。

7、進(jìn)一步地，所述磁場(chǎng)傳感器實(shí)際測(cè)得的磁場(chǎng)根據(jù)其輸出電壓信號(hào)結(jié)合磁場(chǎng)傳感器的靈敏度系數(shù)得到。

8、進(jìn)一步地，所述磁場(chǎng)傳感器的靈敏度系數(shù)采用亥姆霍茲線圈系統(tǒng)校準(zhǔn)。

9、進(jìn)一步地，所述亥姆霍茲線圈系統(tǒng)，包括：

10、信號(hào)發(fā)生器，用于輸出交流電壓信號(hào)；

11、功率放大器，連接信號(hào)發(fā)生器，用于放大信號(hào)發(fā)生器輸出的信號(hào)，產(chǎn)生線圈勵(lì)磁電流；

12、亥姆霍茲線圈，連接功率放大器，用于在線圈勵(lì)磁電流流經(jīng)后產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)；

13、磁通門傳感器，用于測(cè)量均勻磁場(chǎng)的實(shí)際磁場(chǎng)；

14、數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集實(shí)際磁場(chǎng)，并上傳到上位機(jī)。

15、進(jìn)一步地，所述采用亥姆霍茲線圈系統(tǒng)校準(zhǔn)的過(guò)程包括：亥姆霍茲線圈產(chǎn)生均勻的磁場(chǎng)，將磁場(chǎng)傳感器放置于均勻磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)傳感器的磁敏感方向處于均勻磁場(chǎng)的方向；采用一個(gè)磁場(chǎng)傳感探頭測(cè)量均勻磁場(chǎng)的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)傳感器的靈敏度系數(shù)為磁場(chǎng)傳感器的輸出電壓與磁場(chǎng)傳感探頭之間的比值。

16、進(jìn)一步地，所述磁場(chǎng)傳感器計(jì)算磁場(chǎng)通過(guò)畢奧薩法爾定律正向計(jì)算得到。

17、進(jìn)一步地，所述靈敏度系數(shù)，采用以下公式表示：

18、

19、其中，表示磁場(chǎng)傳感器的靈敏度系數(shù)，表示磁場(chǎng)傳感器的輸出電壓，表示磁場(chǎng)傳感探頭測(cè)得磁場(chǎng)值。

20、進(jìn)一步地，所述目標(biāo)函數(shù)，采用以下公式表示：

21、

22、其中， xk、 yk、 θk分別表示第 k個(gè)磁場(chǎng)傳感器的x軸坐標(biāo)、y軸坐標(biāo)、磁敏感方向角， j表示長(zhǎng)直導(dǎo)體的位置改變次數(shù)，表示計(jì)算第 k個(gè)磁場(chǎng)傳感器測(cè)得的磁場(chǎng)，表示電流 ij在位置( xk, yk)處產(chǎn)生的磁場(chǎng)分量。

23、本發(fā)明的第二個(gè)方面提供一種磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)系統(tǒng)。

24、一種磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括：

25、實(shí)驗(yàn)?zāi)K，其被配置為：將一個(gè)通有已知電流且位置已知的長(zhǎng)直導(dǎo)體垂直穿過(guò)所有磁場(chǎng)傳感器所在平面，多次改變長(zhǎng)直導(dǎo)體的位置，分別記錄長(zhǎng)直導(dǎo)體處于不同位置時(shí)，長(zhǎng)直導(dǎo)體的位置坐標(biāo)、電流大小以及磁場(chǎng)傳感器實(shí)際測(cè)得的磁場(chǎng)；

26、校準(zhǔn)模塊，其被配置為：以磁場(chǎng)傳感器的位置參數(shù)為掃描參數(shù)，在給定長(zhǎng)直導(dǎo)體位置和磁場(chǎng)傳感器的位置參數(shù)組合下，計(jì)算磁場(chǎng)傳感器計(jì)算磁場(chǎng)與其實(shí)際測(cè)得磁場(chǎng)之間的誤差，并在長(zhǎng)直導(dǎo)體處于多個(gè)不同位置時(shí)，分別計(jì)算誤差絕對(duì)值之和作為目標(biāo)函數(shù)；將目標(biāo)函數(shù)最小值對(duì)應(yīng)的位置參數(shù)，作為校準(zhǔn)結(jié)果；其中，所述位置參數(shù)包括：位置坐標(biāo)和磁敏感方向角。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

28、本發(fā)明提供一種磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)方法、系統(tǒng)、介質(zhì)、設(shè)備及產(chǎn)品，方法包括：采用亥姆霍茲線圈校準(zhǔn)磁場(chǎng)傳感器的靈敏度系數(shù)；改變一個(gè)垂直穿過(guò)所有磁場(chǎng)傳感器所在平面的長(zhǎng)直導(dǎo)體的位置，并通以量值已知的電流，記錄長(zhǎng)直導(dǎo)體處于不同位置時(shí)，長(zhǎng)直導(dǎo)體的位置坐標(biāo)、電流大小以及磁場(chǎng)傳感器實(shí)際測(cè)得的磁場(chǎng)；以磁場(chǎng)傳感器的位置參數(shù)（包括位置坐標(biāo)和磁敏感方向角）為掃描參數(shù)，在給定長(zhǎng)直導(dǎo)體位置和磁場(chǎng)傳感器的位置參數(shù)組合下，計(jì)算磁場(chǎng)傳感器通過(guò)畢奧薩法爾定律正向計(jì)算得到的磁場(chǎng)與其實(shí)際測(cè)得磁場(chǎng)之間的誤差，并在長(zhǎng)直導(dǎo)體處于三個(gè)不同位置時(shí)，分別計(jì)算所得上述誤差絕對(duì)值之和作為目標(biāo)函數(shù)；在所有位置參數(shù)組合中，目標(biāo)函數(shù)最小值對(duì)應(yīng)的位置參數(shù)組合即為磁場(chǎng)傳感器位置參數(shù)的校準(zhǔn)結(jié)果。依據(jù)上述步驟，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)。

技術(shù)特征：

1.一種磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述磁場(chǎng)傳感器實(shí)際測(cè)得的磁場(chǎng)根據(jù)其輸出電壓信號(hào)結(jié)合磁場(chǎng)傳感器的靈敏度系數(shù)得到。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述磁場(chǎng)傳感器的靈敏度系數(shù)采用亥姆霍茲線圈系統(tǒng)校準(zhǔn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述亥姆霍茲線圈系統(tǒng)，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述采用亥姆霍茲線圈系統(tǒng)校準(zhǔn)的過(guò)程包括：亥姆霍茲線圈產(chǎn)生均勻的磁場(chǎng)，將磁場(chǎng)傳感器放置于均勻磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)傳感器的磁敏感方向處于均勻磁場(chǎng)的方向；采用一個(gè)磁場(chǎng)傳感探頭測(cè)量均勻磁場(chǎng)的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)傳感器的靈敏度系數(shù)為磁場(chǎng)傳感器的輸出電壓與磁場(chǎng)傳感探頭測(cè)得磁場(chǎng)值之間的比值。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述靈敏度系數(shù)，采用以下公式表示：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述磁場(chǎng)傳感器計(jì)算磁場(chǎng)通過(guò)畢奧薩法爾定律正向計(jì)算得到。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)，采用以下公式表示：

9.一種磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述磁場(chǎng)傳感器實(shí)際測(cè)得的磁場(chǎng)根據(jù)其輸出電壓信號(hào)結(jié)合磁場(chǎng)傳感器的靈敏度系數(shù)得到。

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述磁場(chǎng)傳感器計(jì)算磁場(chǎng)通過(guò)畢奧薩法爾定律正向計(jì)算得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及磁陣列式電流傳感器領(lǐng)域，提供了一種磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)方法及系統(tǒng)。磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)方法，包括：將一個(gè)通有已知電流且位置已知的長(zhǎng)直導(dǎo)體垂直穿過(guò)所有磁場(chǎng)傳感器所在平面，多次改變長(zhǎng)直導(dǎo)體的位置，分別記錄長(zhǎng)直導(dǎo)體處于不同位置時(shí)，長(zhǎng)直導(dǎo)體的位置坐標(biāo)、電流大小以及磁場(chǎng)傳感器實(shí)際測(cè)得的磁場(chǎng)；以磁場(chǎng)傳感器的位置參數(shù)為掃描參數(shù)，在給定長(zhǎng)直導(dǎo)體位置和磁場(chǎng)傳感器的位置參數(shù)組合下，計(jì)算磁場(chǎng)傳感器計(jì)算磁場(chǎng)與其實(shí)際測(cè)得磁場(chǎng)之間的誤差，并在長(zhǎng)直導(dǎo)體處于多個(gè)不同位置時(shí)，分別計(jì)算誤差絕對(duì)值之和作為目標(biāo)函數(shù)；將目標(biāo)函數(shù)最小值對(duì)應(yīng)的位置參數(shù)作為校準(zhǔn)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有磁場(chǎng)傳感器測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)。

技術(shù)研發(fā)人員：隋浩冉,張淞琿,劉濤,于邦海,岳巍,邢宇,董賢光,楊文杰,王泰程,劉小虎,李世松
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國(guó)網(wǎng)山東省電力公司營(yíng)銷服務(wù)中心（計(jì)量中心）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15