·1904 工程科学学报，第39卷，第12期 3.2实验研究 的双轴AMR磁阻传感器组成的可分离环形电路板，中 为进一步验证该误差校正算法的可行性，首先研 心是一个8mm直径的圆孔，待测电缆从中心圆孔中通 制了非侵入式多芯电缆电流测量装置，主要结构如图 过.数字部分包括ADC、控制器、与计算机通信的USB 8所示，测量装置中的电路板包括传感器部分与数字 接口.传感器部分电路板通过宽度为1.27mm的带状 部分，主要包括传感器、放大器、ADC、控制器和USB 电缆连接测量装置的数字部分，装置整体实物如图8 接口等，如图8(a)所示.其中，传感器部分为4个对称 (b)所示. (a 主电路板 传感器电路板 (b) 34 mm 控制器USB ADC 放大器传感器 图8非侵入式电流测量装置示意图.(a)装置结构图：()装置实物图 Fig.8 Ilustration of the noninvasive current-detection device:(a)device structure:(b)device prototype 在此基础之上，本文搭建了由信号发生器、小灯泡 负载电路及非侵入式电流测量单元等构成的实验系 信号发生器 统，如图9所示.通过两芯电缆由信号发生器向测试 并联小灯泡负载电路提升测试电流.测试电流从0开 传感器板 始每次增加0.5A,最大测试电流设计为10A,并在电 缆固定不动的前提下，通过多次旋转测量装置传感器 获取多组电缆周边磁场分布特征数据，所获取数据在 处理器板 处理器板中进行误差分析与补偿控制校正. 实验地点的地磁xy分量约为b=0.5×106A· m、b,=0.3×10-6A·m,x轴指向东方.将滤除地 磁后的测量波形作为未校正波形.实验中，设置控制 器输出两组数据，一组为仅补偿地磁误差的磁场测量 & 4t0 算法开发 数据，一组为校正后的磁场测量数据，并将两组输出分 小灯泡并联阵列 别接入示波器，得到原始波形与补偿后波形.其中，1 图9实验系统示意图 A电流下的波形在图10和11中给出. Fig.9 Illustration of the experimental system 消除粗大误差后，将校正后非侵入式电流测量装 置测量值与校正前装置对比，计算得1A电流下误差 善.但本算法仅校正了y平面的误差，未考虑z轴误 均方根减小了93.4%（径向）/88.1%（切向），非侵入 差，且传感器的铁磁材料在磁场中运动会产生额外的 式测量装置的传感器输入部分的信号质量有了明显改 误差，所以测量值仍存在一定偏移. (a) 10而 0.s 0.5 0.5 0.5 100 90 180270360 90 180270 360 转过角度() 转过角度(“) 图101A电流下校正前波形.(a)径向分量：(b)切向分量 Fig.10 Waveform before calibration under 1 A current:(a)radial component of magnetic field;(b)tangential component of magnetic field工程科学学报，第 39 卷，第 12 期 3. 2 实验研究 为进一步验证该误差校正算法的可行性，首先研 制了非侵入式多芯电缆电流测量装置，主要结构如图 8 所示，测量装置中的电路板包括传感器部分与数字 部分，主要包括传感器、放大器、ADC、控制器和 USB 接口等，如图8( a) 所示． 其中，传感器部分为4 个对称 的双轴 AMＲ 磁阻传感器组成的可分离环形电路板，中 心是一个 8 mm 直径的圆孔，待测电缆从中心圆孔中通 过． 数字部分包括 ADC、控制器、与计算机通信的 USB 接口． 传感器部分电路板通过宽度为 1. 27 mm 的带状 电缆连接测量装置的数字部分，装置整体实物如图 8 ( b) 所示． 图 8 非侵入式电流测量装置示意图． ( a) 装置结构图; ( b) 装置实物图 Fig． 8 Illustration of the noninvasive current-detection device: ( a) device structure; ( b) device prototype 在此基础之上，本文搭建了由信号发生器、小灯泡 负载电路及非侵入式电流测量单元等构成的实验系 统，如图 9 所示． 通过两芯电缆由信号发生器向测试 并联小灯泡负载电路提升测试电流． 测试电流从 0 开 始每次增加 0. 5 A，最大测试电流设计为 10 A，并在电 缆固定不动的前提下，通过多次旋转测量装置传感器 获取多组电缆周边磁场分布特征数据，所获取数据在 处理器板中进行误差分析与补偿控制校正． 图 10 1 A 电流下校正前波形 . ( a) 径向分量; ( b) 切向分量 Fig． 10 Waveform before calibration under 1 A current: ( a) radial component of magnetic field; ( b) tangential component of magnetic field 实验地点的地磁 x、y 分量约为 bex = 0. 5 × 10 － 6 A· m － 1、bey = 0. 3 × 10 － 6 A·m － 1，x 轴指向东方． 将滤除地 磁后的测量波形作为未校正波形． 实验中，设置控制 器输出两组数据，一组为仅补偿地磁误差的磁场测量 数据，一组为校正后的磁场测量数据，并将两组输出分 别接入示波器，得到原始波形与补偿后波形． 其中，1 A 电流下的波形在图 10 和 11 中给出． 消除粗大误差后，将校正后非侵入式电流测量装 置测量值与校正前装置对比，计算得 1 A 电流下误差 均方根减小了 93. 4% ( 径向) /88. 1% ( 切向) ，非侵入 式测量装置的传感器输入部分的信号质量有了明显改 图 9 实验系统示意图 Fig． 9 Illustration of the experimental system 善． 但本算法仅校正了 xy 平面的误差，未考虑 z 轴误 差，且传感器的铁磁材料在磁场中运动会产生额外的 误差，所以测量值仍存在一定偏移． · 4091 ·