【正文】 racy1． 基本原理此測(cè)量系統(tǒng)只關(guān)注最高次為51次的諧波，其波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于測(cè)量系統(tǒng)的尺寸。本測(cè)量系統(tǒng)屬于磁準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng),可忽略位移電流，不考慮電磁場(chǎng)的波動(dòng)性,設(shè)磁場(chǎng)空間中不存在非線性物質(zhì)。其中任何電流（im（t），m=1，2，……，M）和傳感器輸出電壓（vn（t），n=1，2，……，N）作為周期信號(hào)都可用傅里葉級(jí)數(shù)分解為各次諧波，并可將電流，電壓的第k次諧波表示為： ?m，k=Im，kejφm，k （1）式中的兩個(gè)量分別是第m個(gè)電流第k次諧波的幅值和初相位。 磁場(chǎng)與產(chǎn)生它的電流具有相同的頻率，在工作帶寬內(nèi)磁傳感器輸出隨磁場(chǎng)的變化而變化，所以磁傳 感器輸出電壓的頻率等于磁場(chǎng)頻率。在幅值以及相 位上，磁場(chǎng)與電流以及磁傳感器輸出與磁場(chǎng)之間都具有線性關(guān)系，把2個(gè)過程結(jié)合到一起，對(duì)于基 波及每一次諧波有以下統(tǒng)一的諧波矩陣關(guān)系：V1，k c11,k c12,k …… c1m,k I1,k V2,k c21,k c22,k …… c2m,k I2,k…… = …… …… ……Vn,k 1,k 2,k …… m，k Im,k方程組中的矩陣元素Cnm，k結(jié)合了磁傳感器輸出與磁場(chǎng)，磁場(chǎng)與電流2個(gè)過程的線性關(guān)系。對(duì)第n個(gè)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，通過DFT可以得到k次諧波分量Vn，k，從而根據(jù)所有傳感器輸出信號(hào)可以得到向量：Vk=〔V1,kre,V2,kre,……，Vn，kre，V1，kin，V2，kin，……，Vn，kin〕T不計(jì)噪聲影響可通過下式進(jìn)行矩陣運(yùn)算或者直接求解線性代數(shù)方程組球的電流k次諧波分量：Ik=（CkTCk）1CkTVk在頻率較低的情況下，在一小段時(shí)間t中可以認(rèn)為i（t）是恒定直流。如果在關(guān)注的頻率范圍內(nèi)磁場(chǎng)的延遲效應(yīng)和渦流產(chǎn)生的各種效應(yīng)可以忽略。 2．引言傳統(tǒng)的電流測(cè)量使用電磁式互感器，但其存在許多固有缺陷，近年來伴隨技術(shù)的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了rogowski線圈電流互感器、電子式電流互感器、光電電流互感器等。而大電流測(cè)量用互器的小型化、智能化和低成本是一個(gè)必然趨勢(shì)，用磁傳感器測(cè)量電流周圍的磁場(chǎng)從而測(cè)量電流是解決這一問題的一種思路。常見的磁傳感器有真空微電子磁傳感器、巨磁阻磁傳感器、霍爾磁傳感器等。 用磁傳感器測(cè)量電流的主要思路是研究建立磁場(chǎng)與產(chǎn)生它的被測(cè)電流之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)前應(yīng)用相對(duì)成熟的方法是借助于特定裝置建立磁與產(chǎn)生它的電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系。而另一種思路就是用磁傳感器另一方面，本文的177。5%。誤差都是在5次諧波上出現(xiàn)的，由于5次諧波的幅值相對(duì)較小，由數(shù)據(jù) 釆集卡的A/D轉(zhuǎn)換量化誤差可知，相對(duì)誤差會(huì)偏大；而對(duì)于電流的總體誤差而言，該諧波上的偏差造 成的總體誤差將很小。另外，數(shù)據(jù)釆集過程中高斯分布的白噪聲也會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。 直接測(cè)量電流周圍空間點(diǎn)的磁場(chǎng)，通過一定的運(yùn)算來求解電流。其核心是把被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)從其他干擾磁場(chǎng)中分離出來，從而建立磁場(chǎng)與產(chǎn)生它的電流之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。磁傳感器測(cè)量電流可以分為3個(gè)發(fā)展階段：1由最初單個(gè)磁傳感器的輸出與電流建立簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系2用磁傳感器環(huán)繞于電流周圍，用安培環(huán)路定律建立磁場(chǎng)與電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但這種方法的不足是只能分析直流情形，不適用于交流電流的測(cè)量分析；3用合理的傳感器拓?fù)?，通過對(duì)多傳感器輸出信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法，在排除干擾的同時(shí)建立磁場(chǎng)與電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系。3．實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3．1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的基本思路是釆用傳統(tǒng)電流測(cè)量方法 和用磁傳感器陣列電流測(cè)量方法測(cè)量同一大電流， 將2種測(cè)量方法得到的結(jié)果進(jìn)行比較，從而驗(yàn)證磁傳感器陣列測(cè)量電流新方法的有效性。3．2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試硬件系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。大電流發(fā)生器 產(chǎn)生的電流經(jīng)過變壓器通入母排中，通過定位在實(shí) 驗(yàn)固定板上的微磁傳感器組將電壓信號(hào)經(jīng)調(diào)理電路 送入數(shù)據(jù)釆集處理子系統(tǒng)；而與母排串聯(lián)接入電路 的低感分流器兩端電壓將作為電流基準(zhǔn)值同樣送入 數(shù)據(jù)釆集處理子系統(tǒng)。 圖1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖3．3 數(shù)據(jù)采集處理軟件系統(tǒng)用磁傳感器陣列測(cè)量電流是把磁傳感器陣列安 放于電流母排周圍的空間，通過測(cè)量所在位置的磁 場(chǎng)大小，根據(jù)已知的拓?fù)潢P(guān)系反算電流。該測(cè)量方 法的核心是對(duì)磁傳感器陣列的輸出信號(hào)進(jìn)行處理， 通過矩陣運(yùn)算，計(jì)算出電流的直流值和各次諧波值。 利用VC++與MATLAB混合編程技術(shù)，本文設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)釆集處理軟件系統(tǒng)，用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的釆集、顯示、處理和管理等。數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的軟件模型如圖2. 圖2 數(shù)據(jù)采集處理軟件模塊4．驗(yàn)證內(nèi)容4．1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本文應(yīng)用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)用磁傳感器陣列測(cè)量大電流的原理進(jìn)行一系列驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。測(cè)量實(shí)驗(yàn)釆用如圖 3所示系統(tǒng)，其中電流在母排A，B中反方向流過，母排C開路。進(jìn)行不同電流大小、不同母排拓?fù)洹?圖3 矩形母排測(cè)量系統(tǒng)拓?fù)鋱D不同計(jì)算模型的電流測(cè)量實(shí)驗(yàn)〔其中以a1,a2,a3都取 25mm）。針對(duì)三矩形母排電流系統(tǒng)還進(jìn)行了多種磁傳感器陣列拓?fù)涞碾娏鳒y(cè)量實(shí)驗(yàn)。4．2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及誤差分析4． 不同電流大小的實(shí)驗(yàn)情況 釆用大電流發(fā)生器產(chǎn)生有效值為500A? 900A的電流，在不同電流下實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用該方法求得的各次諧波的幅值和相位相對(duì)于低感分流器測(cè)得的電流的誤差如圖4所示。 圖4 三矩形母排系統(tǒng)不同電流大小下的誤差比較4． 不同模型形勢(shì)的實(shí)驗(yàn)情況 大電流變壓器產(chǎn)生有效值為1kA的電流〔母排間距為20mm），得到的各次諧波幅值和相位相對(duì)低感分流器測(cè)得的電流誤差如圖5所示。圖5 三矩形母排系統(tǒng)不同模型下的誤差比較 由圖5可以看到，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在不同模型下的幅 值誤差都在177。16%之間，基波的相位誤差大約為 。通過簡(jiǎn)化模型測(cè)量得到的電流有較大的測(cè)量誤差