一种基于tmr的无接触式绞线电流检测方法
阅读说明：本技术 一种基于tmr的无接触式绞线电流检测方法 (TMR-based contactless stranded wire current detection method ) 是由 贾俊 于 2021-09-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及电流检测领域,具体公开一种基于TMR的无接触式绞线电流检测方法,利用高性能的TMR磁阻元件获取绞线外三个点的磁场信号,经解析模型计算后获取绞线内的三相电流值。本发明对于TMR磁阻元件的安装位置没有特殊要求,安装精度的误差可通过解算的关系矩阵进行有效的补偿,降低了对安装精度的要求。同时,由于不需要与绞线产生电气连接,可以有效地降低电流传感器的安装费用与维护费用。(The invention relates to the field of current detection, and particularly discloses a TMR-based non-contact stranded wire current detection method. The invention has no special requirement on the installation position of the TMR magnetoresistive element, and the error of the installation precision can be effectively compensated through the solved relation matrix, thereby reducing the requirement on the installation precision. Meanwhile, because the current sensor does not need to be electrically connected with a stranded wire, the installation cost and the maintenance cost of the current sensor can be effectively reduced.)
技术领域
本发明涉及电流检测领域，特别涉及一种基于TMR的无接触式绞线电流检测方法。
背景技术
无接触式电流传感器是在电气绝缘的状态下，利用电流所产生的磁场来检测电流值的一种介于高、低电压之间的界面器件。磁传感器都是其中的关键器件，对传感器性能优劣起着至关重要的作用。目前市场上的电流传感器主要是采用传统的霍尔器件，由于半导体材质自身原因，霍尔器件的温度漂移量较大，一致性差，尤其在低温区变化剧烈，难以进行统一校准。动态失调消除技术的采用可部分改善霍尔器件。隧道磁电阻(TMR)器件是继霍尔器件、各向异性磁电阻AMR和巨磁电阻GMR之后的新一代磁敏器件，具有低功耗、低温漂及高灵敏度的特点。在电流传感器中，采用TMR替代霍尔器件，可显著改善电流传感器的灵敏度和温度特性。
现有的电网电流检测装置，其中一类为接触式的电流传感器，即传感器与变压器原边或者副边串联进行电流检测。例如公告号为CN107907715A的中国发明专利，公开了一种“一种变压器与电流传感器的连接装置”，提供的变压器与电流传感器之间的连接结构，通过转接板与电流传感器固定板之间的可拆卸连接，将变压器与电流传感器连接为一体，该连接装置结构简单，可快速便捷地将电流传感器与变压器连接在一起。但该种方法增加了安装成本以及维护成本。
传统的无接触式电流传感器，通常设计为钳式结构。穿过铁心的被测电路导线就成为电流互感器的一次线圈，其中通过电流便在二次线圈中感应出电流，实现无接触电流检测。例如，公告号为CN103956878A的中国发明专利，公开了一种“电流传感器测试装置及测试方法”，将已知精度电流钳与未知精度的电流钳同时置于导线上，进行电流传感器的精度测试。但是由于绞线内为三相电流，其和为零，传统的电流钳无法满足绞线的电流检测。
发明内容
本发明提供了一种电流检测精度高、安装与维护费用少的基于TMR的无接触式绞线电流检测方法。
为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：
一种基于TMR的无接触式绞线电流检测方法，包括若干TMR磁阻元件，若干TMR磁阻元件的输出信号经由解算电路计算得到三相电流值。
进一步的，所述TMR磁阻元件设置为3个。
进一步的，所述解算电路利用的是矩阵为3*3的非奇异矩阵。
进一步的，所述三个TMR磁阻元件可分布于绞线外任意点。
本发明采用的技术方案为一种无接触式的绞线电流检测方法，采用高性能的TMR磁阻元件。绞线外确定三个磁场检测点。根据叠加定理，绞线外某点处磁场信号是由三相电流各自产生的磁场线性叠加所得。通过建立三个磁场检测点处磁场值与三相电流的关系式，形成3*3的非奇异矩阵。已知该三个点处磁场后，利用上述非奇异矩阵的逆矩阵，可逆推计算得三相电流值。
一种基于TMR的无接触式绞线电流检测方法，包括安装于绞线外的若干TMR磁阻元件，步骤如下：
1)安装完成之后，绞线中流过三相对称电流，获取若干TMR磁阻元件的电压信号，建立上述电压信号与三相对称电流的解析关系，形成非奇异关系矩阵；
2)来自若干TMR磁阻元件的电压信号经过比例缩小电路，使模拟信号数值在数字信号处理器的电压采样范围内，经数字采样电路，将模拟信号值转化为数字信号值；
3)将上述非奇异关系矩阵求逆的结果，是以若干TMR磁阻元件输出的电压信号为输入变量、以绞线内三相电流为输出变量的逆推非奇异矩阵；
4)将上述数字信号值作为输入变量乘以上述逆推非奇异矩阵，求得初步的三相电流值。初步的三相电流值等比例放大即得实际电流值。其中该放大比例值，与上述若干TMR磁阻元件的电压信号缩小比例值互为倒数。
进一步的，所述步骤1)中非奇异关系矩阵是在安装位置确认之后，电缆投入实际运行中之前确定的。
进一步的，所述TMR磁阻元件设置为3个。
进一步的，所述步骤1)中的非奇异关系矩阵为3*3的非奇异矩阵。
工作流程：一种基于TMR的无接触式绞线电流检测方法，包括安装于绞线外的三个TMR磁阻元件以及配套的解算电路，步骤如下：
1)将TMR输出的电压信号进行处理，通过等比例缩小，使其满足数字信号处理器信号电压范围的要求；
2)利用AD采样将上述模拟信号处理为待处理的数字信号；
3)根据已整定的非奇异矩阵的逆矩阵，反推计算得三相电流值的数字信号；
4)三相电流值的数字信号经等比例放大可得实际电流值，该比例值与上述1)中的比例互为倒数；
所述TMR磁阻元件安装于绞线外不同的三个角度上，距离绞线中心距离相同。
有益效果：本发明利用TMR磁阻元件的无接触式的电流检测装置对绞线内三相电流进行检测，降低了电流传感器的安装与维护费用。
附图说明
图1为本发明中TMR磁阻元件装配示意图；
图2为解算流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的标记包括：1.A相导线，2.B相导线，3.C相导线，4.绞线，5.第一TMR磁阻元件，6.第二TMR磁阻元件，7.第三TMR磁阻元件。
如图1-2所示，一种基于TMR的无接触式绞线电流检测方法，包括无接触式电流检测装置，无接触式电流检测装置包括若干TMR磁阻元件，本发明中采用三个TMR磁阻元件，分别为第一TMR磁阻元件5、第二TMR磁阻元件6和第三TMR磁阻元件7，三个TMR磁阻元件的输出信号经由解算电路计算得到三相电流值，具体的，三个TMR磁阻元件安装于绞线4外部，所述TMR磁阻元件可分布于绞线外任意点。安装完成之后，在绞线4中通入三相对称电流，获取三个TMR磁阻元件输出的电压信号，建立上述电压信号与三相对称电流的解析关系，形成3*3的非奇异关系矩阵。
在实际运行中，来自三个TMR磁阻元件输出的电压信号经过比例缩小电路，使模拟信号数值在数字信号处理器的电压采样范围内，经数字采样电路，将模拟信号值转化为数字信号值。
上述非奇异关系矩阵，以绞线4内三相电流为输入变量，三个TMR磁阻元件输出的电压信号为输出变量。将上述非奇异关系矩阵求逆的关系矩阵，是以三个TMR磁阻元件输出的电压信号为入变量，以绞线4内三相电流为输出变量的矩阵。
将上述数字信号值作为输入变量乘以上述关系矩阵，求得初步的三相电流值。
初步的三相电流值等比例放大即得实际电流值。其中该放大比例值，与上述三个TMR磁阻元件的电压信号缩小比例值互为倒数。
所述非奇异关系矩阵是在安装位置确认之后，电缆投入实际运行中之前确定的。
以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
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