电流传感器、电流测量系统、测量电流的方法和校准方法

技术领域

本申请涉及信号测量技术领域，尤其涉及电流传感器、电流测量系统、测量电流的方法和校准方法。

背景技术

传统的罗氏线圈电流传感器由罗氏线圈、闭合连接部、积分器及信号调理部、仪器本体组成。

现有技术中，通常将罗氏线圈和闭合连接部组合成一件；积分器及信号调理部或独立存在，或集成进闭合连接部，或集成进仪器本体；各部之间通过一定长度的软信号线连接。罗氏线圈和积分器及信号调理部的配对使用，往往需要在出厂前做严格的综合校准，以确保整体的精度。

然而，随着设备内部所配备罗氏线圈的规格、种类和数量的增加，这种配对和校准的复杂性也相应增大，存在问题主要包括：在积分器及信号调理部独立存在或集成进仪器本体的情况下，罗氏线圈和闭合连接部在使用时需要跟其它部分配对使用，是一对一的关系，多套罗氏线圈和闭合连接部同时存在时，不能随意与其它部分组合使用，否则精度达不到校准后的程度；在积分器及信号调理部集成进闭合连接部的情况下，积分器及信号调理部与罗氏线圈也成为一体，此时该一体部件与仪器本体有可能可以任意组合，但代价是积分器及信号调理部的数量是与罗氏线圈数量一致的，当罗氏线圈有多套时，积分器及信号调理部分也必须是多套，使得硬件成本很高。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本申请提供一种电流传感器，该电流传感器中连接部或仪器本体中存储与其配对的仪器本体或连接部的标识以及连接部和仪器本体之间对应的修正参数，这样，当一个连接部与一个仪器本体配对使用时，能够根据对应的修正参数对电流测量部感应的电信号进行修正，能够实现电流测量部与仪器本体的自由配对和精确校准，大大简化了电流传感器的使用过程。

根据本申请的第一个方面，提供一种电流传感器，其特征在于，包括：

一个以上电流测量部，用于感应被测导线中的电流信号；

一个以上连接部，其与所述一个以上电流测量部一一对应连接，所述一个以上连接部中任一连接部包括信号采集单元和存储器，其中，所述信号采集单元用于采集所述电流测量部感应的电信号，并传输所采集的电信号，所述存储器用于存储所述连接部的标识；

一个以上仪器本体，其中每个所述仪器本体与所述一个以上连接部中的一个连接部连接，用于接收所述连接部传输的电信号并将所述电信号转换为数字信号，并根据与所述仪器本体连接的连接部的标识和/或所述仪器本体的标识对应的修正参数，对所述数字信号进行修正。

根据本申请的第二个方面，提供一种用于电流测量系统，其特征在于，包括：

如第一个方面所述的电流传感器；以及

外部主机，包括：

第二传输模块，用于接收来自所述电流传感器的修正后的数字信号；以及

电参量计算单元，与所述第二传输模块连接，用于根据所述修正后的数字信号进行电参量计算。

根据本申请的第三个方面，提供一种采用如第一方面所述的电流传感器测量电流的方法，其特征在于，包括：

通过所述一个以上电流测量部中的任一电流测量部感应被测导线中的电流信号；

通过与感测电流信号的电流测量部连接的连接部采集所感应的电信号，传输所采集的电信号，并将所述连接部的标识存储在所述连接部的存储器中；以及

通过与所述连接部连接的仪器本体接收所述连接部采集的电信号，并根据所述连接部的标识和/或所述仪器本体的标识对应的修正参数，对所述数字信号进行修正。

根据本申请的第四个方面，提供一种对如第一个方面所述的电流传感器进行校准的方法，其特征在于，包括：

(a)对于在所述一个以上连接部中确定的当前连接部，将在所述一个以上仪器本体中确定一个仪器本体与所述当前连接部连接；

(b)通过与所述当前连接部连接的电流测量部测量标准信号，获得测量结果；

(c)根据所述测量结果确定所述当前连接部与当前连接的仪器本体之间对应的校准参数；

(d)在所述一个以上仪器本体中确定下一个仪器本体与所述当前连接部连接，返回步骤(b)，直至遍历所述一个以上仪器本体中的所有仪器本体；

(e)在所述一个以上连接部中确定下一个连接部作为当前连接部，返回步骤(a)，直至遍历所述一个以上连接部中的所有连接部。

根据本申请提供的电流传感器、电流测量系统、测量电流的方法和校准方法，通过电流传感器中连接部或仪器本体中存储与其配对的仪器本体或连接部的标识以及连接部和仪器本体之间对应的修正参数，电流传感器的一个以上仪器本体和一个以上连接部能够自由配对，并以配对后对应的修正参数对电流测量部感应的电信号进行修正，这样，能够实现电流测量部与仪器本体的智能配对和精确校准，简化了电流传感器的使用过程，降低了操作难度，提高了整体精度。并且，由于积分器及信号调理部的功能集成在仪器本体中，不会随着电流测量部数量的增多，而增加积分器及信号调理部对应的电路，而且存储仪器本体的标识、连接部的标识以及修正参数的存储器成本低、体积小，从而不会造成电流传感器整体硬件成本的增加。此外，电流传感器设计灵活，既可以独立工作，满足基本电流测量需求，又能与外部设备无线或有线配合，构建测量系统，这种多样化的设计方式使得电流传感器能够适应各种应用场景，为用户提供灵活且高效的解决方案。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。

图1是根据本申请一个实施例的电流传感器的示意图。

图2是根据本申请一个实施例的仪器本体电路结构的示意图。

图3是根据本申请另一个实施例的仪器本体电路结构的示意图。

图4是根据本申请又一个实施例的仪器本体电路结构的示意图。

图5是根据本申请一个实施例的电流测量系统的示意图。

图6是根据本申请一个实施例的测量电流的方法的流程图。

图7是根据本申请一个实施例的对电流传感器进行校准的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1是根据本申请一个实施例的电流传感器的示意图。如图1所示，该电流传感器包括电流测量部、连接部和仪器本体。需要注意的式，虽然图1中显示的电流测量部、连接部和仪器本体的数量为一个，其实，在一套电流传感器中，电流测量部、连接部和仪器本体的数量可以为多个，其中，电流测量部与连接部一一对应连接，即电流测量部与连接部的数量相同。

根据一个实施例，电流测量部用于感应被测导线中的电流信号，感应导线中电流信号的变化，从而获得电信号。电流测量部用于测量被测导线中的电流信号，适应不同的应用场景和测量需求。例如，电流测量部不仅可测量交流电流和直流电流，而且还具备对交流电流中的高频电流信号以及微小电流的精准测量能力。当测量交流信号或高频电流时，电流测量部分可选用罗氏线圈，直接套在被测导体上，捕捉电流信号。当导体上流过的交流电流在导体周围产生交变磁场时，磁场会在线圈中感应出与电流的变化率成比例变化的交流电压信号。

在图1中，连接部包括信号采集单元和存储器，其中，信号采集单元用于采集电流测量部感应的电信号，并传输所采集的电信号，存储器用于存储连接部的标识。根据一个实施例，存储器可以为ID芯片。ID芯片具有唯一标识码，可标识连接部或电流测量部的标识信息，并传输至仪器本体，以便仪器本体识别和管理。根据一个实施例，信号采集单元包括若干根测试线，还可以包含相关的零部件，采集电流测量部中感应出的电信号，作为传输介质，将电信号传输至仪器本体。

每个仪器本体与一个以上连接部中的一个连接部连接，用于接收连接部传输的电信号并将电信号转换为数字信号，根据与仪器本体连接的连接部的标识和/或仪器本体的标识对应的修正参数，对数字信号进行修正。根据一个实施例，连接部和仪器本体之间采用电连接，可以是软信号线连接，也可以是硬连接(如插头和插座、探头和触点、探针和探针孔)。

为了获得不同连接部和不同仪器本体分别对应的修正参数，需要将电流传感器的一个以上连接部分别与一个以上仪器本体进行配对，然后进行校准，获得每一个配对对应的修正参数。对于校准的过程将在下文中进行详细描述。在完成校准后，可以将修正参数写入参与校准的连接部的存储器中，使用时，仪器本体读取自身的标识(例如设备编号)和存储器中存储的信息进行匹配；或者将修正参数写入参与校准的仪器本体中，使用时，仪器本体读取连接部的标识(例如产品编号)和自身存储的信息进行匹配。

根据一些实施例，连接部的存储器除了存储自身的标识，还用于存储与连接部配对校准的一个以上仪器本体的标识以及与连接部配对校准的一个以上仪器本体分别对应的修正参数。这样，仪器本体通过自身的标识确定存储器中对应的修正参数，并根据修正参数对数字信号进行修正。将修正参数存储在连接部的存储器中，仪器本体在读取连接部的标识(例如产品编号)时，同时读取修正参数信息，直接修正计算，省去仪器本体查找修正参数信息的过程。

根据另一些实施例，仪器本体还可以存储与仪器本体配对校准的一个以上连接部的标识以及与仪器本体配对校准的一个以上连接部分别对应的修正参数，通过读取当前与其连接的连接部的标识确定对应的修正参数，并根据修正参数对数字信号进行修正。

根据一个实施例，电流传感器可以包括9个电流测量部、9个连接部和3个仪器本体，9个电流测量部和9个连接部之间一一对应连接，组合成一体，然后与3个仪器本体分别连接。根据实际需要，3个仪器本体的每一个可以与9个电流测量部-连接部组合中的任一个进行连接，或者9个电流测量部-连接部组合中的每一个可以与3个仪器本体中的任一个进行连接。在本申请的方案中，由于任一个电流测量部-连接部组合与任一个仪器本体的连接进行了校准，记录了各个连接方式的修正参数，在收到连接部传输的电信号后，仪器本体能够根据与当前连接的连接部对应的修正参数，对电信号进行修正。所以，在本申请中，电流传感器的连接部与仪器本体之间能够自由组合，并且测量的精度能够达到校准的程度。

接下来，根据图2至图4，对仪器本体的结构进行介绍。图2是根据本申请一个实施例的仪器本体电路结构的示意图。如图2所示，仪器本体包括积分电路模块、第一模拟数字转换模块和计算模块，其中，第一模拟数字转换模块与积分电路模块连接，计算模块与第一模拟数字转换模块连接。

积分电路模块用于对来自信号采集单元的电信号进行积分处理，获得积分处理后的信号，其中，电信号可以是交流感应电压信号，积分处理后还原成与电流信号成比例的模拟信号；第一模拟数字转换模块用于将积分处理后的信号转换为数字信号；计算模块用于根据与仪器本体连接的连接部的标识和/或仪器本体的标识对应的修正参数，对数字信号进行修正。计算模块对数字信号进行精确修正，消除信号中的误差，确保数据的准确性和可靠性。

图3是根据本申请另一个实施例的仪器本体电路结构的示意图。与图2相比，图3所示的仪器本体除了包括积分电路模块、第一模拟数字转换模块和计算模块，还包括放大电路模块和信号调理模块。在图3所示的实施例中，放大电路模块、积分电路模块连接、信号调理模块、第一模拟数字转换模块以及计算模块依次连接。

其中，放大电路模块用于放大来自信号采集单元的电信号；积分电路模块用于将放大后的电信号进行积分处理，获得积分处理后的信号；信号调理模块用于采集所述积分电路模块输出的模拟信号，并进行信号调理，包括放大、滤波等操作，以确保信号质量；第一模拟数字转换模块用于将信号调理后的信号转换为数字信号；计算模块用于根据与仪器本体连接的连接部的标识和/或仪器本体的标识对应的修正参数，对数字信号进行修正。

需要注意的是，仪器本体中可以包括放大电路模块和信号调理模块中的一种，也可以包括二者。也就是说，除了积分电路模块、第一模拟数字转换模块和计算模块，仪器本体还可以包括放大电路模块和/或信号调理模块。在本申请中，设定一个电信号处理器件，其包括积分电路模块和放大电路模块，或者积分电路模块和信号调理模块，或者积分电路模块、放大电路模块和信号调理模块。在电信号处理器件包括放大电路模块和积分电路模块的情况下，放大电路模块和积分电路模块二者的连接顺序可以是任意的，可以是放大电路模块在前，也可以是积分电路模块在前；在电信号处理器件包括信号调理模块和积分电路模块的情况下，信号调理模块和积分电路模块二者的连接顺序可以是任意的，既可以是信号调理模块在前，也可以是积分电路模块在前。另外，放大电路模块和信号调理模块的数量可以分别为一个，也可以分别为多个，本申请对此不做任何限制。

对于积分电路模块、放大电路模块和信号调理模块之间的连接关系，不限于图3所示的连接顺序，而是可以按照任意的顺序进行连接，例如，可以是放大电路模块、信号调理模块和积分电路模块的连接顺序，可以是信号调理模块、积分电路模块和放大电路模块的连接顺序，等等。

图4是根据本申请又一个实施例的仪器本体电路结构的示意图。与图3相比，图4所示的仪器本体还包括第一传输模块以及/或者第一同步模块。第一传输模块与计算模块连接，用于发送修正后的数字信号；第一同步模块，与第一模拟数字转换模块连接，用于保证第一模拟数字转换模块的采样时间与外部主机同步。

根据一个实施例，第一传输模块和第一同步模块可以具有无线传输功能和无线同步功能。根据另一个实施例，第一传输模块和第一同步模块可以具有有线传输功能和有线同步功能。第一模拟数字转换模块接收第一同步模块的时间信号，第一同步模块保证电信号的信号采样时间与外部主机同步。计算模块将修正的数字信号通过第一传输模块发送至外部主机。

计算模块也可以不修正数字信号，数字信号的修正过程由外部主机完成。

图5是根据本申请一个实施例的电流测量系统的示意图。如图5所示，该系统包括电流传感器和外部主机，其中，电流传感器的结构可以参照图1所示的电路结构，不再赘述。外部主机可以包括第二传输模块和电参量计算单元，其中，第二传输模块用于接收来自电流传感器的修正后的数字信号；电参量计算单元与第二传输模块连接，用于根据修正后的数字信号进行电参量计算，例如输出代表流过被测导线电流的电流测量值。

在图5所示的实施例中，外部主机还可以包括：第二模拟数字转换模块以及/或者第二同步模块，其中，第二模拟数字转换模块用于将接收的模拟电压信号转换为数字电压信号；第二同步模块与第二模拟数字转换模块连接，用于保证电压信号的采样时间与电流传感器同步。

根据一个实施例，第二传输模块和第二同步模块可以具有无线传输功能和无线同步功能。根据另一个实施例，第二传输模块和第二同步模块可以具有有线传输功能和有线同步功能。

在上述描述的基础上，根据本申请的一个方面，提供一种采用电流传感器测量电流的方法。图6是根据本申请一个实施例的测量电流的方法的流程图，包括如下步骤：

步骤S601，通过所述一个以上电流测量部中的任一电流测量部感应被测导线中的电流信号；

步骤S602，通过与感测电流信号的电流测量部连接的连接部采集所感应的电信号，传输所采集的电信号，并将所述连接部的标识存储在所述连接部的存储器中；以及

步骤S603，通过与所述连接部连接的仪器本体接收所述连接部采集的电信号，并根据所述连接部的标识和/或所述仪器本体的标识对应的修正参数，对所述数字信号进行修正。

根据一些实施例，一套电流传感器包括N个连接部和M个仪器本体(N≥1,M≥1)，连接部与电流测量部组合成一体，任意一个仪器本体可能与N个连接部进行组合使用。连接部出厂时进行产品编号，例如可以分别为X

使用时，电流测量部感应被测导线中的电流信号，将电信号传输至连接部，连接部采集所感应的电信号，传输所采集的电信号，仪器本体接收连接部采集的电信号，并根据连接部的标识和/或仪器本体的标识对应的修正参数，对数字信号进行修正。

根据一个实施例，仪器本体通过通信接口与连接部连接，读取连接部存储器中存储的产品编号，比如读到产品编号为X

根据一个实施例，为了防止非授权人员或单位对设备进行仿造或数据篡改，当仪器本体与连接部连接时，仪器本体会读取存储器中的数据，并对其进行验证。如果验证通过，仪器本体将根据存储器中的产品编号查找对应的修正参数进行修正计算，得到测量结果。而如果在配对过程中发生通信错误，仪器本体会进行错误处理，如发出告警信息、提示错误信息等。

在上述描述的基础上，根据本申请的另一个方面，提供一种对电流传感器进行校准的方法。图7是根据本申请一个实施例的对电流传感器进行校准的方法的流程图，包括如下步骤：

步骤S701，对于在所述一个以上连接部中确定的当前连接部，在所述一个以上仪器本体中确定一个仪器本体与所述当前连接部连接；

步骤S702，通过与所述当前连接部连接的电流测量部测量标准信号，获得测量结果；

步骤S703，根据所述测量结果确定所述当前连接部与当前连接的仪器本体之间对应的校准参数；

步骤S704，在所述一个以上仪器本体中确定下一个仪器本体与所述当前连接部连接，返回步骤S702，直至遍历所述一个以上仪器本体中的所有仪器本体；

步骤S705，在所述一个以上连接部中确定下一个连接部作为当前连接部，返回步骤S701，直至遍历所述一个以上连接部中的所有连接部。

根据一些实施例，一套电流传感器包括N个连接部和M个仪器本体(N≥1,M≥1)，连接部与电流测量部组合成一体，任意一个仪器本体可能与N个连接部进行组合使用，这样整套设备可以最多进行N×M次校准。

连接部在出厂时进行产品编号，分别为X

对某个连接部校准时，首先通过通信接口将任意一个仪器本体与该连接部进行连接，利用标准源产生n个标准信号(n≥1)，然后用电流传感器对这n个标准信号进行测量，每个标准信号可以测量m次(m≥1)，得到n×m个测量结果，带入误差模型，对测量结果进行修正，让修正后的测量结果尽可能接近原始的标准信号值，这个过程得到该连接部对应校准参数。这个过程的作用主要是对电流测量部、积分电路模块、信号调理模块、放大电路模块、模拟数字转换模块进行信号修正，消除或减少系统误差的影响。

在完成校准后，可以将修正参数写入进行校准的连接部的存储器中，使用时，仪器本体读取自身的标识(例如设备编号)和存储器中存储的信息进行匹配；或者将修正参数写入与其校准的仪器本体中，使用时，仪器本体读取连接部的标识(例如产品编号)和自身存储的信息进行匹配。

根据一个实施例，对于包括9个电流测量部、9个连接部和3个仪器本体的一套电流传感器，对于9个连接部中的每一个连接部，分别与3个仪器本体进行校准，这样总共需要校准27次。在每次校准后，将存储修正参数。若将修正参数存储在连接部的存储器中，那么每个连接部除了存储自身的标识，还存储与3个仪器本体分别对应的修正参数；若将修正参数存储在仪器本体中，那么每个仪器本体除了存储自身的标识，还存储与9个连接部分别对应的修正参数。

这样，图7所示的方法还可以包括：

将所述当前连接部与当前连接的仪器本体之间对应的校准参数存储在所述当前连接部的存储器中；或者

将所述当前连接部与当前连接的仪器本体之间对应的校准参数存储在与所述当前连接部连接的仪器本体中。

根据一些实施例，整个出厂校准流程，可以是先校准，然后将相关信息全部写入连接部的存储器和/或仪器本体中；或者，在校准前写一部分信息，校准后写另一部分信息。例如，待写入的信息包括连接部的标识、仪器本体的标识、修正参数和电流测量部的量程范围、机械特性等关键参数。其中，连接部的标识、仪器本体的标识和电流测量部的量程范围、机械特性等关键参数可以在校准前写入，也可以在校准后写入，可以在校准前写一部分，校准后写另一部分；修正参数可以在一个连接部和一个仪器本体完成校准写一次，也可以是一套设备全部校准完一同写一次。只要能够保证待写入信息能够存储在合适的位置，对于这些待写入信息的写入过程，本申请不做任何限制。

根据一些实施例，为了防止非授权的人员或单位对设备进行仿造或数据篡改，出厂校准时进一步在存储器中嵌入加密算法和加密密钥，仪器本体中写入验证程序，当仪器本体与连接部连接时，仪器本体会读取连接部存储器中的数据，并对其进行验证。验证通过后，再进行设备匹配或者校准。

根据本申请提供的电流传感器、电流测量系统、测量电流的方法和校准方法，通过电流传感器中连接部或仪器本体中存储与其配对的仪器本体或连接部的标识以及连接部和仪器本体之间对应的修正参数，电流传感器的一个以上仪器本体和一个以上连接部能够自由配对，并以配对后对应的修正参数对电流测量部感应的电信号进行修正，这样，能够实现电流测量部与仪器本体的智能配对和精确校准，简化了电流传感器的使用过程，降低了操作难度，提高了整体精度。并且，由于积分器及信号调理部的功能集成在仪器本体中，不会随着电流测量部数量的增多，而增加积分器及信号调理部对应的电路，而且存储仪器本体的标识、连接部的标识以及修正参数的存储器成本低、体积小，从而不会造成电流传感器整体硬件成本的增加。此外，电流传感器设计灵活，既可以独立工作，满足基本电流测量需求，又能与外部设备无线或有线配合，构建测量系统，这种多样化的设计方式使得电流传感器能够适应各种应用场景，为用户提供灵活且高效的解决方案。

进一步地，本申请的出厂校准方法显著提升了电流传感器的测量精度和可靠性，通过精准校准与信息写入，有效消除了系统误差，提高了测量设备的精度，确保了电流传感器在出厂时即达到最佳工作状态，同时，这一方法简化了后续使用中的校准流程，提高了工作效率。

另外，本申请的使用方法实现了设备间的智能配对与校准，提高了测量精度和安全性，通过读取与验证连接部存储器信息，有效防止了不同套设备混用及仿造篡改风险。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。