用于测量电导体中的电流的孔中电流测量系统技术方案

装置和相关联的方法涉及一种用于测量电导体中的电流的孔中电流测量系统，所述测量系统基于表示导体中孔内的磁场强度的信号的奇数阶空间导函数来计算导体中的电流。在说明性的实施例中，奇数阶的空间导函数可以生成输出信号，所述输出信号表示孔中磁场的大于一阶的空间导数。所述三个或更多磁场传感器可以被配置成当被插入到孔中时在孔的轴上对准。当插入到孔中时，传感器可以在与电流流动方向垂直的轴上对准并且响应于定向成垂直于电流流动方向和所对准的轴这二者的磁场。一些实施例可以有利地提供指示电导体中的电流的精确测量，而同时充分抑制源自相邻电导体的杂散磁场。

A current measuring system for measuring holes in an electric conductor

Apparatus and associated method relates to a current for current measurement of electrical conductors in the pores of the measurement system, said to calculate the current in the conductor of odd order spatial signal intensity of the magnetic field conductor in a hole in the guide function based on the measurement system. In illustrative embodiments, an odd number of spatial derivatives can generate an output signal that represents a spatial derivative greater than a first order of magnetic field in the aperture. The three or more magnetic field sensors may be configured to be aligned on the shaft of the bore when inserted into the bore. When inserted into the hole, the sensor may be aligned on a shaft perpendicular to the direction of current flow and in response to a magnetic field oriented two perpendicular to the direction of current flow and the axis to be aligned. Some embodiments can advantageously provide accurate measurements indicating currents in an electric conductor while sufficiently suppressing stray magnetic fields originating from adjacent electrical conductors.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量电导体中的电流的孔中电流测量系统
各种实施例一般地涉及电流测量，其使用在承载待测量电流的导体内所嵌入的传感器。
技术介绍
对相关申请的交叉引用。本申请对以下（一个或多个）美国专利申请要求优先权，所述申请中每一个的全部公开内容通过引用被并入本文中：。电流传感器广泛用于确定电力消耗并且控制以电流操作的设备。电流传感器还用于科学分析和实验。可以通过测量导体周围的磁场来完成对大电流的测量。但是这些大电流传感器可能是大型的。通常，这些大型电流感测设备围绕具有磁芯的导体。步降变压器可以用于使大电流产生的大信号衰减。这些步降变压器还可以用于生成相反的磁场以准许使用低场传感器。这些步降变压器可能是昂贵、大型且笨重的。相邻的电导体有时也承载大电流。这些相邻的电流承载导体也生成磁场，所述磁场可能干扰测量。磁芯和步降变压器增大电流测量系统的尺寸、重量和成本。
技术实现思路
装置和相关联的方法涉及一种测量系统，所述测量系统基于表示导体中的孔内的磁场强度的信号的奇数阶空间导函数来计算导体中的电流。在说明性的实施例中，奇数阶空间导函数可以生成输出信号，所述输出信号表示孔中磁场的大于一阶的空间导数。三个或更多磁场传感器可以被配置成在插入到孔中时在孔的轴上对准。当插入到孔中时，传感器可以在与电流流动方向垂直的轴上对准并且响应于定向成与电流流动方向和所对准的轴二者都垂直的磁场。一些实施例可以有利地提供对电导体中的电流进行指示的精确测量，而同时充分抑制源自相邻电导体的杂散磁场。一些实施例可以具有三个或更多磁场传感器以及瞬态干扰选择模块，所述瞬态干扰选择模块被配置成从传感器信号的所选子集来形成输出信号，而同时当预期干扰信号处于传感器信号的未选择集合处时的预定时间窗期间使输出信号从传感器信号的未选择子集去耦。在说明性示例中，可以在传感器的更替（alternating）的子集上执行干扰产生操作，而同时传感器的未受干扰的子集测量电导体中的电流。例如，传感器的每个所选子集可以在这样的轴上对准：所述轴被配置为装配成与电导体中的孔内的电流流动垂直。一些实施例可以有利地提供连续的电流测量，而同时不被预定的瞬态干扰所中断。一些实施例可以具有两个或更多磁场感测设备，所述磁场感测设备近似地定位在位于导体中的孔的中心处。每个磁场感测设备可以测量在孔内的某个位置处沿着特定方向的磁场。在孔的中心附近，从导体所承载的电流产生的磁场在所测量的方向上可能相对小。传感器位置处的小磁场可以准许使用高精度的传感器。在一些实施例中，在两个或多个感测设备的对之间的测量差异可以用于确定导体所承载的电流。测量差异可以基本上对于杂散磁场不敏感。根据本专利技术的一方面，提供了一种用于测量电导体中的电流的孔中电流测量系统，所述孔中电流测量系统包括：被配置成插入到电导体中的孔中的四个或更多磁场传感器，每个传感器操作成响应于传感器位置处的磁场强度而在输出处生成信号，其中所述四个或更多磁场传感器当被插入到孔中时在这样的轴上对准：所述轴被配置以装配成其中至少所对准的轴的分量垂直于电导体中的电流方向；以及杂散抑制电流测量模块，其耦合到所述四个或更多磁场传感器中每一个的输出以接收每个传感器的相应信号，所述信号表示每个传感器的相应位置处的磁场强度，并且通过使用所接收的信号和传感器位置来计算沿着所对准的轴的测量位置处的磁场强度的奇数阶空间导数，其中测量位置处的磁场强度的经计算的奇数阶空间导数表示电流的度量。在可替换的实施例中，在所述孔中电流测量系统中，所述四个或更多的磁场传感器被对准使得它们沿着所对准的轴基本上是共线的。在另一可替换的实施例中，在所述孔中电流测量系统中，四个或更多磁场传感器中的每一个当被插入到电导体中的孔中时具有被对准成垂直于所对准的轴和电流方向二者的磁敏性方向。在另一可替换的实施例中，在所述孔中电流测量系统中，所述四个或更多磁场传感器在公共的半导体衬底上。在另一可替换的实施例中，在所述孔中电流测量系统中，所述奇数阶空间导数的阶大于一。在另一可替换的实施例中，在所述孔中电流测量系统中，所述四个或更多磁场传感器中的每一个包括各向异性磁阻传感器。在另一可替换的实施例中，所述各向异性磁阻传感器中的每一个包括坡莫合金的薄膜。在另一可替换的实施例中，所述孔中电流测量系统此外包括各向异性磁阻设置/重置模块以用于将坡莫合金薄膜的磁畴对准成平行于易轴。在又一可替换的实施例中，所述孔中电流测量系统此外包括：选择模块，其耦合到每个传感器的输出以接收每个传感器的相应信号，所述信号表示传感器位置处的磁场强度；控制模块，其操作成控制选择器模块以在预定干扰事件的经调度时间处选择磁场传感器的子集，并且使得被调度成接收与预定干扰事件相关联的干扰的未选择的磁场传感器的集合在预定干扰事件的经调度时间处被取消选择；以及连续测量模块，其耦合到选择器模块以处理与磁场传感器的所选子集相关联的信号，从而生成电导体中电流的连续度量。在仍又一可替换的实施例中，在所述孔中电流测量系统中，所述预定干扰事件包括设置脉冲或重置脉冲，以用于将坡莫合金薄膜的磁畴对准成平行于各向异性磁阻传感器的易轴。各种实施例可以实现一个或多个优点。例如，一些实施例可以准许使用非常敏感的电流传感器。一些实施例可以包括例如各向异性的磁阻传感器的阵列。这样的感测设备可以制造在单个硅管芯上。这种小管芯可能相对不昂贵。小型设备可以准许相邻的汇流条被定位成与彼此极接近。小型设备可以便于安装和维护。小型测量设备可以准许对许多不同大小和类型的导体进行测量。可以通过准许使用高精度设备来改善测量准确性。可以通过杂散磁场的抑制来改善测量准确性。在一些实施例中可以使用单个单极供给电压。各种实施例可以通过使用低功率来实现。可以实现使用各种实施例的低成本解决方案。对于定位传感器的精度要求可以被相当大地减轻，这是由于传感器阵列的相对定位不敏感性。如果比所需要的更多的传感器处于阵列中，则这样的冗余甚至在单独的传感器出故障之后也可以准许准确的测量。在附图和以下描述中阐明各种实施例的细节。其它特征和优点将从描述和附图中以及从权利要求中显而易见。附图说明图1a-1b描绘了具有孔中电流传感器的承载电流的汇流条的示意图。图2描绘了用于在定位不敏感的、抑制杂散的孔中电流传感器中使用的示例性的四个传感器设备的框图。图3描绘了具有用于孔中传感器的孔的汇流条的透视图。图4描绘了作为孔内定位的函数的模拟磁场的图表。图5描绘了孔中电流感测系统的示例性实施例的框图。图6a-6c描绘了实验性孔中电流测量系统的三维有限元模拟结果。图7a-7b描绘了作为孔中汇流条内的电流和定位的函数的磁场的实验测量结果。图8a-8b描绘了在测量和三次曲线拟合之间的残余误差。图9a-9b描绘了孔中电流测量系统的示例性差分解的实验结果。图10描绘了用于收集孔中电流测量系统的实验数据的实验设置的照片。图11描绘了用于使用位于导体中的孔中的传感器阵列来测量电流的示例性系统。图12描绘了用于示例性的孔中电流测量系统的示例性信号处理电路的示意图。图13描绘了示例性的容忍瞬态干扰的孔中电流测量系统的框图。图14描绘了用于对准AMR传感器中的磁畴的示例性设置/重置电路。图15描绘了具有设置/重置和偏移归零能力的示例性AMR传感器系统的框图。图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量电导体中的电流的孔中电流测量系统，所述孔中电流测量系统包括：被配置成插入到电导体（1105）中的孔（1115）中的四个或更多磁场传感器（205），每个传感器操作成响应于传感器位置处的磁场强度而在输出处生成信号，其中所述四个或更多磁场传感器当被插入到孔中时在这样的轴上对准：所述轴被配置以装配成其中至少所对准的轴的分量垂直于电导体中的电流方向；以及杂散抑制电流测量模块（500），其耦合到所述四个或更多磁场传感器中每一个的输出以接收每个传感器的相应信号，所述信号表示每个传感器的相应位置处的磁场强度，并且通过使用所接收的信号和传感器位置来计算沿着所对准的轴的测量位置处的磁场强度的奇数阶空间导数，其中测量位置处的磁场强度的经计算的奇数阶空间导数表示电流的度量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.30 US 61/872351;2013.09.10 US 61/8761041.一种用于测量电导体中的电流的孔中电流测量系统，所述孔中电流测量系统包括：被配置成插入到电导体（1105）中的孔（1115）中的四个或更多磁场传感器（205），每个传感器操作成响应于传感器位置处的磁场强度而在输出处生成信号，其中所述四个或更多磁场传感器当被插入到孔中时在这样的轴上对准：所述轴被配置以装配成其中至少所对准的轴的分量垂直于电导体中的电流方向；以及杂散抑制电流测量模块（500），其耦合到所述四个或更多磁场传感器中每一个的输出以接收每个传感器的相应信号，所述信号表示每个传感器的相应位置处的磁场强度，并且通过使用所接收的信号和传感器位置来计算沿着所对准的轴的测量位置处的磁场强度的奇数阶空间导数，其中测量位置处的磁场强度的经计算的奇数阶空间导数表示电流的度量。2.根据权利要求1所述的孔中电流测量系统，其中所述四个或更多的磁场传感器被对准使得它们沿着所对准的轴基本上是共线的。3.根据权利要求1所述的孔中电流测量系统，其中四个或更多磁场传感器中的每一个当被插入到电导体中的孔中时具有被对准成垂直于所对准的轴和电流方向二者的磁敏性方向。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：A佩察尔斯基，BB潘特，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：新型
国别省市：美国,US