磁传感器阵列结构、电流检测系统和方法技术方案

本申请涉及一种磁传感器阵列结构、电流检测系统和方法。所述磁传感器阵列结构包括：第一磁传感器，用于测量所处环境的磁感应强度；第二磁传感器，用于测量所处环境的磁感应强度；第三磁传感器，用于测量所处环境的磁感应强度；其中，第一磁传感器、第二磁传感器和第三磁传感器分别位于同一等边三角形的三个顶点处，且第一磁传感器、第二磁传感器和第三磁传感器设于待测导体外围，以使待测导体穿过等边三角形，第一磁传感器、第二磁传感器和第三磁传感器的一磁敏感方向垂直于对应磁传感器所在点与等边三角形的重心的连线方向。该磁传感器阵列结构不需要磁芯，不存在饱和问题，同时采用非接触式测量方式，无需破坏被测导体的线路结构。路结构。路结构。

【技术实现步骤摘要】
磁传感器阵列结构、电流检测系统和方法


[0001]本申请涉及电流测量
，特别是涉及一种磁传感器阵列结构、电流检测系统和方法。

技术介绍

[0002]目前，电流是电力系统中的重要参数，其准确测量具有重要意义，对于输电线路等导体的电流测量均采用接触式或者非接触式的测量方式，其中，接触式存在需要与被测导体进行电气连接，这种方式需要破坏被测导体的线路结构，缺乏安全性和便捷性。
[0003]随着传感技术的发展，非接触式电流测量得到广泛应用，当前主要通过磁传感器配合磁芯来测量电流，这极大地增加了测量设备的体积，降低了设备使用的便捷性，且无法测量直流，磁芯会遇到交流饱和和剩磁等问题。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种无需磁芯的非接触式测量电流的磁传感器阵列结构、电流检测系统和方法。
[0005]第一方面，本申请提供了一种磁传感器阵列结构。所述磁传感器阵列结构包括：
[0006]第一磁传感器，用于测量所处环境的磁感应强度；
[0007]第二磁传感器，用于测量所处环境的磁感应强度；
[0008]第三磁传感器，用于测量所处环境的磁感应强度；
[0009]其中，所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器分别位于同一等边三角形的三个顶点处，且所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器设于待测导体外围，以使所述待测导体穿过所述等边三角形，所述第一磁传感器的一磁敏感方向垂直于所述第一磁传感器所在点与所述等边三角形的重心的连线方向，所述第二磁传感器的一磁敏感方向垂直于所述第二磁传感器所在点与所述等边三角形的重心的连线方向，所述第三磁传感器的一磁敏感方向垂直于所述第三磁传感器所在点与所述等边三角形的重心的连线方向。
[0010]该磁传感器阵列结构不需要磁芯，不存在饱和问题，大大提高了瞬态性能，可以广泛应用于各类保护故障测量；且无磁芯的结构也消除了铁磁谐振，有利于对电流波形进行精准测量，同时也提高了抗电磁干扰的能力；另外，测量待测导体电流时，只需第一磁传感器、第二磁传感器和第三磁传感器设于待测导体外围，因此，对于磁传感器阵列结构的安装位置没有特殊要求，且该磁传感器阵列结构采用非接触式测量方式，无需破坏被测导体的线路结构，使用较为方便。
[0011]在其中一个实施例中，所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器均包括隧道磁阻芯片。
[0012]在其中一个实施例中，所述磁传感器阵列结构还包括：中部设有缺口的结构体，所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器设于所述结构体中，且分别位于
所述缺口的外围，所述结构体用于限位固定所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器，以使所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器分别位于同一等边三角形的三个顶点处。
[0013]第二方面，本申请提供了一种电流检测系统。所述电流检测系统包括如上所述的磁传感器阵列结构和处理模块；
[0014]所述处理模块与所述磁传感器阵列结构连接，用于获取所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器的测量数据，并获取所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器中的任意一者与所述等边三角形的重心的距离，根据获取的测量数据和距离得到所述待测导体的电流。
[0015]该电流检测系统相对现有技术的优势与上述的磁传感器阵列结构相对现有技术的优势相同，此处不再赘述。
[0016]在其中一个实施例中，所述处理模块包括：
[0017]第一获取单元，用于将获取的所述测量数据和距离代入预设的迭代关系式，得到目标迭代关系式；
[0018]第二获取单元，用于获取迭代变量初始值，将迭代变量初始值代入所述目标迭代关系式进行迭代求解，直至满足预设的迭代退出条件，获取最终得到的迭代变量；
[0019]处理单元，用于将所述最终得到的迭代变量代入预设的测量关系式，得到所述待测导体的电流。
[0020]在其中一个实施例中，预设的迭代关系式为：
[0021]y(n+1)＝y(n)
‑
F(y(n))/(y(n))；
[0022]其中，y(n)＝(x(n),cosθ1(n))，F＝[f1，f2]T
，
[0023][0024][0025][0026]上式中，B1表示所述第一磁传感器的测量值，B2表示所述第二磁传感器的测量值，B3表示所述第三磁传感器的测量值，R表示所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器中的任意一者与所述等边三角形的重心的距离，n表示迭代次数，x表示待测导体与所述等边三角形的交点、和所述等边三角形的重心之间的距离，θ1表示所述第一磁传
感器所在点、所述等边三角形的重心以及所述待测导体和所述等边三角形的交点三点构成的夹角。
[0027]在其中一个实施例中，预设的测量关系式为：
[0028][0029]其中，I表示待测导体的电流。
[0030]第三方面，本申请提供了一种电流检测方法。所述方法包括：
[0031]提供如权利要求1至3任一项所述的磁传感器阵列结构；
[0032]将所述磁传感器阵列结构置于待测导体外围，以使所述待测导体穿过所述磁传感器阵列结构；
[0033]获取所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器的测量数据；
[0034]获取所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器中的任意一者与所述等边三角形的重心的距离；
[0035]根据获取的测量数据和距离得到所述待测导体的电流。
[0036]该电流检测方法相对现有技术的优势与上述的电流检测系统相对现有技术的优势相同，此处不再赘述。
[0037]在其中一个实施例中，所述根据获取的测量数据计算出所述待测导体的电流，包括：
[0038]将获取的所述测量数据和距离代入预设的迭代关系式，得到目标迭代关系式；
[0039]获取迭代变量初始值，将迭代变量初始值代入所述目标迭代关系式进行迭代求解，直至满足预设的迭代退出条件，获取最终得到的迭代变量；
[0040]将所述最终得到的迭代变量代入预设的测量关系式，得到所述待测导体的电流。
[0041]在其中一个实施例中，所述预设的迭代关系式为：
[0042]y(n+1)＝y(n)
‑
F(y(n))/J(y(n))；
[0043]其中，y(n)＝(x(n),cosθ1(n))，F＝[f1，f2]T
，
[0044][0045][0046][0047][0048]上式中，B1表示所述第一磁传感器的测量值，B2表示所述第二磁传感器的测量值，B3表示所述第三磁传感器的测量值，R表示所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器中的任意一者与所述等边三角形的重心的距离，n表示迭代次数，x表示待测导体与所述等边三角形的交点、和所述等边三角形的重心之间的距离，θ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁传感器阵列结构，其特征在于，所述磁传感器阵列结构包括：第一磁传感器，用于测量所处环境的磁感应强度；第二磁传感器，用于测量所处环境的磁感应强度；第三磁传感器，用于测量所处环境的磁感应强度；其中，所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器分别位于同一等边三角形的三个顶点处，且所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器设于待测导体外围，以使所述待测导体穿过所述等边三角形，所述第一磁传感器的一磁敏感方向垂直于所述第一磁传感器所在点与所述等边三角形的重心的连线方向，所述第二磁传感器的一磁敏感方向垂直于所述第二磁传感器所在点与所述等边三角形的重心的连线方向，所述第三磁传感器的一磁敏感方向垂直于所述第三磁传感器所在点与所述等边三角形的重心的连线方向。2.根据权利要求1所述的磁传感器阵列结构，其特征在于，所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器均包括隧道磁阻芯片。3.根据权利要求1或2所述的磁传感器阵列结构，其特征在于，所述磁传感器阵列结构还包括：中部设有缺口的结构体，所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器设于所述结构体中，且分别位于所述缺口的外围，所述结构体用于限位固定所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器，以使所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器分别位于同一等边三角形的三个顶点处。4.一种电流检测系统，其特征在于，包括如权利要求1至3任一项所述的磁传感器阵列结构和处理模块；所述处理模块与所述磁传感器阵列结构连接，用于获取所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器的测量数据，并获取所述第一磁传感器、所述第二磁传感器和所述第三磁传感器中的任意一者与所述等边三角形的重心的距离，根据获取的测量数据和距离得到所述待测导体的电流。5.根据权利要求4所述的一种电流检测系统，其特征在于，所述处理模块包括：第一获取单元，用于将获取的所述测量数据和距离代入预设的迭代关系式，得到目标迭代关系式；第二获取单元，用于获取迭代变量初始值，将迭代变量初始值代入所述目标迭代关系式进行迭代求解，直至满足预设的迭代退出条件，获取最终得到的迭代变量；处理单元，用于将所述最终得到的迭代变量代入预设的测量关系式，得到所述待测导体的电流。6.根据权利要求5所述的电流检测系统，其特征在于，预设的迭代关系式为：y(n+1)＝y(n)
‑
F(y(n))/J(y(n))；其中，y(n)＝(x(n)，cosθ...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐长宝，辛明勇，王宇，祝健杨，冯起辉，吕前程，田兵，刘仲，林力，陈仁泽，
申请(专利权)人：南方电网数字电网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：