工程科学学报，第39卷，第12期：1898-1906,2017年12月 Chinese Journal of Engineering,Vol.39,No.12:1898-1906,December 2017 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2017.12.017:http://journals..ustb.edu.cn 基于二步法的多芯电缆非侵入式电流测量校正方法 宋宪”，张勇军)区，宁贝飞”，汪伟) 1)北京科技大学工程技术研究院，北京1000832)清华大学机械工程系，北京100084 区通信作者，E-mail:zhangvi@usth.cd.cn 摘要为了解决多芯电缆的非侵入式电流测量由于被测对象信号微弱、系统灵敏度高、易受环境因素干扰，造成测量误差 较大的问题，采用磁阻传感器的非侵入式电流测量系统为研究对象，在分析系统测量方法及硬铁、软铁和比例因子等误差构 成的基础上，提出一种基于二步法的误差校正方法，该方法通过对传感器输出信号进行非线性变换，构造了与误差相对应的 矩阵方程，并在对方程求解后进行非线性回归计算，从而实现对多芯电缆的电流测量值的动态误差修正.实验结果表明，该 方法可以同时校正非侵入式电流测量系统的线性误差与部分非线性误差. 关键词非侵入式测量：多芯电缆：二步法：校正 分类号TP212.13 Calibration method for the noninvasive current measurement of multicore cables based on two-step estimation SONG Xian,ZHANG Yong jun,NING Bei-fei),WANG Wei) 1)Institute of Engineer Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Department of Mechanical Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China Corresponding author,E-mail:zhangyj@ustb.edu.cn ABSTRACT The noninvasive measurement of multicore cables using space magnetic field analysis has characteristics of weak signal intensity,high sensitivity,and vulnerability to environmental or elemental interference.To calibrate the hard iron bias,soft iron bias, and scale factor of magnetoresistance sensors based on noninvasive measurements for multicore cables,a two-step estimation-based cal- ibration method was proposed.This method establishes the error-related linear matrix equations through the nonlinear transformation of the sensor output signal and undertakes nonlinear regression calculation after solving the equations,thus implementing dynamic error correction for the measurement of multicore cable current.Results show that this method can simultaneously calibrate linear and partial nonlinear errors of noninvasive current measurement devices for multicore cables. KEY WORDS noninvasive measurement;multicore cable;two-step method;calibration 电流测量在多数场合下是实施控制或进行状态监 的电流值，如三相电机在运行状态下三根交联同轴电 控的重要环节，电网需要通过检测电流来判断故障位 缆的电流平衡状态等.对多芯电缆的电流测量从技术 置和负载情况，电机需要通过检测电流作为反馈值来 上具有一定的挑战性，目前采用的主要方法是利用多 判断转子转动情况与磁链的状态等.多芯电缆是由多 只传感器通过测量和分析多芯电缆在空间的电磁场分 根表面绝缘的线芯组成的电缆Ⅲ，每根导线可独立传 布状态对各电缆中的电流值进行估计. 输电流，在航空、通信、电力、电子等领域具有极为广泛 目前，非侵入式测量方式主要用到的检测器件包 的应用，有时需要使用一种检测手段可以在不破坏电 括电流互感器、霍尔传感器、Rogowski线圈、磁阻传感 缆本身结构和工作状态的同时测得多芯电缆中每一芯 器等.电流互感器是最常用的非侵入式测量元件，它 收稿日期：201701一12工程科学学报，第 39 卷，第 12 期: 1898--1906，2017 年 12 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 39，No． 12: 1898--1906，December 2017 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2017． 12． 017; http: / /journals． ustb． edu． cn 基于二步法的多芯电缆非侵入式电流测量校正方法 宋 宪1) ，张勇军1) ，宁贝飞1) ，汪 伟2) 1) 北京科技大学工程技术研究院，北京 100083 2) 清华大学机械工程系，北京 100084 通信作者，E-mail: zhangyj@ ustb． edu． cn 摘 要 为了解决多芯电缆的非侵入式电流测量由于被测对象信号微弱、系统灵敏度高、易受环境因素干扰，造成测量误差 较大的问题，采用磁阻传感器的非侵入式电流测量系统为研究对象，在分析系统测量方法及硬铁、软铁和比例因子等误差构 成的基础上，提出一种基于二步法的误差校正方法，该方法通过对传感器输出信号进行非线性变换，构造了与误差相对应的 矩阵方程，并在对方程求解后进行非线性回归计算，从而实现对多芯电缆的电流测量值的动态误差修正． 实验结果表明，该 方法可以同时校正非侵入式电流测量系统的线性误差与部分非线性误差． 关键词 非侵入式测量; 多芯电缆; 二步法; 校正 分类号 TP212. 13 Calibration method for the noninvasive current measurement of multicore cables based on two-step estimation SONG Xian1) ，ZHANG Yong-jun1)  ，NING Bei-fei1) ，WANG Wei2) 1) Institute of Engineer Technology，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Department of Mechanical Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China Corresponding author，E-mail: zhangyj@ ustb． edu． cn ABSTＲACT The noninvasive measurement of multicore cables using space magnetic field analysis has characteristics of weak signal intensity，high sensitivity，and vulnerability to environmental or elemental interference． To calibrate the hard iron bias，soft iron bias， and scale factor of magnetoresistance sensors based on noninvasive measurements for multicore cables，a two-step estimation-based cal￾ibration method was proposed． This method establishes the error-related linear matrix equations through the nonlinear transformation of the sensor output signal and undertakes nonlinear regression calculation after solving the equations，thus implementing dynamic error correction for the measurement of multicore cable current． Ｒesults show that this method can simultaneously calibrate linear and partial nonlinear errors of noninvasive current measurement devices for multicore cables． KEY WOＲDS noninvasive measurement; multicore cable; two-step method; calibration 收稿日期: 2017--01--12 电流测量在多数场合下是实施控制或进行状态监 控的重要环节，电网需要通过检测电流来判断故障位 置和负载情况，电机需要通过检测电流作为反馈值来 判断转子转动情况与磁链的状态等． 多芯电缆是由多 根表面绝缘的线芯组成的电缆［1］，每根导线可独立传 输电流，在航空、通信、电力、电子等领域具有极为广泛 的应用，有时需要使用一种检测手段可以在不破坏电 缆本身结构和工作状态的同时测得多芯电缆中每一芯 的电流值，如三相电机在运行状态下三根交联同轴电 缆的电流平衡状态等． 对多芯电缆的电流测量从技术 上具有一定的挑战性，目前采用的主要方法是利用多 只传感器通过测量和分析多芯电缆在空间的电磁场分 布状态对各电缆中的电流值进行估计． 目前，非侵入式测量方式主要用到的检测器件包 括电流互感器、霍尔传感器、Ｒogowski 线圈、磁阻传感 器等． 电流互感器是最常用的非侵入式测量元件，它