基于TMR隧道磁阻的多导体电流测量系统技术方案

本发明专利技术提供的一种基于TMR隧道磁阻的多导体电流测量系统，包括TMR芯片阵列以及与TMR芯片阵列输出端连接的处理单元；所述TMR芯片阵列包括m个TMR芯片，m个TMR芯片均位于主被测导体的轴向中心线的正下方，m个TMR芯片从上到下依次设置且相邻芯片等间距布置，与主被测导体距离最小的TMR芯片与主被测导体的距离和相邻芯片之间的间距相等，所述处理单元根据TMR芯片输出的电压信号从多导体中得出被测导体的电流；能够针对于高压直流输电系统不同规格、不同用途以及不同电流等级的导体进行准确的电流测量，能够消除多导体对测量的影响，为高压直流输电系统的稳定运行提供有力的保障。

【技术实现步骤摘要】
基于TMR隧道磁阻的多导体电流测量系统
本专利技术涉及一种电流测量系统，尤其涉及一种基于TMR隧道磁阻的多导体电流测量系统。
技术介绍
随着高压直流输电系统(HVDC)的建设不断推进，为了保证高压直流输电系统的稳定运行，需要对其各个环节的电流参数进行实时准确的监测。由于高压直流输电系统中有多种规格的导体，且不同规格、不同用途的导体其所承载的电流等级也相差较大，对于高压输电系统的导体电流的测量一般采用感应式测量，但是，由于在输电线路中存在众多的导体，各导体在测量点处均会产生感应磁场并且叠加，从而对感应式测量的结果造成严重影响，准确性低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种基于TMR隧道磁阻的多导体电流测量系统，能够针对于高压直流输电系统不同规格、不同用途以及不同电流等级的导体进行准确的电流测量，能够消除导体间的相互影响，为高压直流输电系统的稳定运行提供有力的保障。本专利技术提供的一种基于TMR隧道磁阻的多导体电流测量系统，包括TMR芯片阵列以及与TMR芯片阵列输出端连接的处理单元；所述TMR芯片阵列包括m个TMR芯片，m个TMR芯片均位于主被测导体的轴向中心线的正下方，m个TMR芯片从上到下依次设置且相邻芯片等间距布置，与主被测导体距离最小的TMR芯片与主被测导体的距离和相邻芯片之间的间距相等，所述处理单元根据TMR芯片输出的电压信号从多导体中得出被测导体的电流。进一步，所述处理单元包括差分信号转换电路、偏置处理电路以及微控制器；所述差分信号转换电路，其输入端与TMR芯片的输出端连接，用于将TMR芯片输出的差分信号转换为单端信号并输出；所述偏置处理电路，其输入端与差分信号转换电路的输出端连接，用于将单端信号转换为正电压信号并输入至微控制器内；所述微控制器，用于接收偏置处理电路输出的正电压信号，并根据正电压信号输出被测导体的电流值。进一步，所述微控制器根据如下方法得到被测导体的电流：对TMR芯片的输出电压曲线进行分段线性逼近，得到TMR输出电压曲线U与磁感应强度的分段线性函数U＝sB+c，其中，s为分段函数的斜率，B为芯片敏感方向上的磁感应强度分量，c为分段函数的截距；构建被测电流与磁感应强度以及TMR芯片输出电压模型：其中，n表示导体数，Bij表示第i个导体的单位电流在第j个TMR芯片敏感方向上产生的磁感应强度，si表示第i个TMR芯片输出电压的分段线性函数的斜率，Ui为第i个TMR芯片的输出电压，ci为第i个TMR芯片输出电压的分段线性函数的截距，Ii为第i个导体的电流，i＝1,2，…，n；j＝1,2,3，…，n；导体数小于芯片数时舍弃若干芯片的输出数据。根据芯片输出电压代入模型得到最终的被测导体的电流值。进一步，所述处理电路还包括显示器，所述显示器与微控制器通信连接。进一步，所述微控制器为单片机。本专利技术的有益效果：通过本专利技术，能够针对于高压直流输电系统不同规格、不同用途以及不同电流等级的导体进行准确的电流测量，能够消除导体间的相互影响，为高压直流输电系统的稳定运行提供有力的保障。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术的电气结构示意图。图3为本专利技术的TMR芯片输出函数的非线性的示意图。图4为本专利技术的非线性函数分段线性逼近方法的示意图。具体实施方式以下结合说明书附图对本专利技术做出进一步详细说明，如图所示：其中，图1中，附图标记1为m个TMR芯片，附图标记2为TMR芯片的安装支架，3为承载TMR芯片的PCB板，4为主被测导体，5为被测导体同一环境中所存在的干扰导体或其他被测导体。本专利技术提供的一种基于TMR隧道磁阻的多导体电流测量系统，包括TMR芯片阵列以及与TMR芯片阵列输出端连接的处理单元；所述TMR芯片阵列包括m个TMR芯片，m个TMR芯片均位于主被测导体的轴向中心线的正下方，m个TMR芯片从上到下依次设置且相邻芯片等间距布置，与主被测导体距离最小的TMR芯片与主被测导体的距离和相邻芯片之间的间距相等，所述处理单元根据TMR芯片输出的电压信号从多导体中得出被测导体的电流；通过本专利技术，能够针对于高压直流输电系统不同规格、不同用途以及不同电流等级的导体进行准确的电流测量，能够消除多导体对测量的影响，为高压直流输电系统的稳定运行提供有力的保障。本专利技术的测量方法如下：被测电流产生空间磁场，TMR芯片测量所处位置处的空间磁场并输出相应电压值；为了减小芯片输出非线性所引入的电流测量误差，采用分段线性逼近的方法得到TMR芯片的输出电压：如图3和图4所示：输出电压U与外界磁场在芯片敏感方向上的磁场强度H的函数，存在明显的非线性，TMR芯片分段线性输出函数为U＝f(B)，其中，B＝μ0H，B为芯片敏感方向上的磁感应强度。本实施例中，所述处理单元包括差分信号转换电路、偏置处理电路以及微控制器；所述差分信号转换电路，其输入端与TMR芯片的输出端连接，用于将TMR芯片输出的差分信号转换为单端信号并输出；所述偏置处理电路，其输入端与差分信号转换电路的输出端连接，用于将单端信号转换为正电压信号并输入至微控制器内；所述微控制器，用于接收偏置处理电路输出的正电压信号，并根据正电压信号输出被测导体的电流值；具体地：所述处理电路还包括显示器，所述显示器与微控制器通信连接；所述微控制器为单片机。本实施例中，所述微控制器根据如下方法得到被测导体的电流：对TMR芯片的输出电压曲线进行分段线性逼近，得到TMR输出电压曲线U与磁感应强度的分段线性函数U＝sB+c，其中，s为分段函数的斜率，B为芯片敏感方向上的磁感应强度分量，c为分段函数的截距；基于上述，每个TMR芯片都具有相对应的输出函数，即U＝f(B)，为一个非线性函数，通过该步骤减小输出非线性所引入的电流测量误差，确保了输出结果的稳定性，其中，TMR芯片的输出函数如图3所示：图3中，标记7所指的实线曲线即为TMR芯片的输出函数，虚线曲线6为对TMR芯片的输出函数的线性化处理，从该图中可以看出，线性化处理后，无论TMR芯片的输出电压为多少，其截距和斜率均保持不变，从而导致误差大，而图4中则对TMR芯片输出函数的曲线进行分段线性逼近后，通过若干个直线段逼近输出函数的曲线，与真实的输出曲线接近，从而能够确保测量结果的准确性；每一个TMR芯片的输出分段函数斜率s和截距c确定如下：当TMR芯片输出的电压信号U的值处于(x1，x2)区间的曲线上时，则TMR芯片的分段输出函数斜率s为F1(x)线段的斜率，且截距c也为该线段的截距，如果U的值处于处于(x2，x3)区间的曲线上时，则斜率s为F2(x)线段的斜率，且截距c也为该线段的截距；以此类推，则可确定每一个TMR芯片的分段输出函数的斜率和截距；构建被测电流与磁感应强度以及TMR芯片输出电压模型：其中，n表示导体数，Bij表示第i个导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于TMR隧道磁阻的多导体电流测量系统，其特征在于：包括TMR芯片阵列以及与TMR芯片阵列输出端连接的处理单元；/n所述TMR芯片阵列包括m个TMR芯片，m个TMR芯片均位于主被测导体的轴向中心线的正下方，m个TMR芯片从上到下依次设置且相邻芯片等间距布置，与主被测导体距离最小的TMR芯片与主被测导体的距离和相邻芯片之间的间距相等，所述处理单元根据TMR芯片输出的电压信号从多导体中得出被测导体的电流。/n

【技术特征摘要】
20190529 CN 20191045959831.一种基于TMR隧道磁阻的多导体电流测量系统，其特征在于：包括TMR芯片阵列以及与TMR芯片阵列输出端连接的处理单元；
所述TMR芯片阵列包括m个TMR芯片，m个TMR芯片均位于主被测导体的轴向中心线的正下方，m个TMR芯片从上到下依次设置且相邻芯片等间距布置，与主被测导体距离最小的TMR芯片与主被测导体的距离和相邻芯片之间的间距相等，所述处理单元根据TMR芯片输出的电压信号从多导体中得出被测导体的电流。


2.根据权利要求1所述基于TMR隧道磁阻的多导体电流测量系统，其特征在于：所述处理单元包括差分信号转换电路、偏置处理电路以及微控制器；
所述差分信号转换电路，其输入端与TMR芯片的输出端连接，用于将TMR芯片输出的差分信号转换为单端信号并输出；
所述偏置处理电路，其输入端与差分信号转换电路的输出端连接，用于将单端信号转换为正电压信号并输入至微控制器内；
所述微控制器，用于接收偏置处理电路输出的正电压信号，并根据正电压信号输出被测导体的电流值。


3.根据权利要求2所述基于T...

【专利技术属性】
技术研发人员：王邦彦，魏邦达，张又文，杨帆，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50