【中國儀表網(wǎng) 儀表專利】創(chuàng)意無極限，儀表大發(fā)明。今天為大家介紹一項國家發(fā)明授權(quán)專利——一種用于霍爾電壓傳感器測量電壓的校正方法。該專利由西安電子科技大學(xué)申請，并于2016年11月2日獲得授權(quán)公告。
　　
　　內(nèi)容說明
　　
　　本發(fā)明屬于電子電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于霍爾電壓傳感器測量電壓的校正方法，尤其涉及一種能夠利用霍爾電壓傳感器準(zhǔn)確測量2kHz以內(nèi)的交流電壓信號的方法。
　　
　　發(fā)明背景
　　
　　在電子電路領(lǐng)域，為了測量高壓輸出信號(電壓高達(dá)幾千伏)，通常采用電阻分壓檢測法利用電阻串聯(lián)將高電壓進(jìn)行分壓，然后通過測量分壓電阻的電壓，計算得出分壓前的電壓。
　　
　　現(xiàn)有技術(shù)中利用霍爾電壓傳感器測量電壓的方案為：首先，上級輸出電壓經(jīng)過分壓電路，再經(jīng)過跟隨器電路隔離后送入霍爾電壓傳感器，霍爾電壓傳感器對信號進(jìn)行隔離測量，再接到下級電路。
　　
　　其中，跟隨器電路是放大倍數(shù)等于1的電壓放大器，具有輸入阻抗大，輸出阻抗小的特點，可以實現(xiàn)前后兩級電路的阻抗匹配。通?；魻栯妷簜鞲衅骺梢灾苯訙y量幾伏到幾百伏的交流電壓。
　　
　　然而在實際測量過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)的方案存在以下缺點：霍爾電壓傳感器因存在頻率響應(yīng)問題，將導(dǎo)致電壓測量結(jié)果的不準(zhǔn)確。霍爾電壓傳感器的頻率響應(yīng)影響電壓測量值的大小，其具體表現(xiàn)為在輸入信號幅度保持不變的情況下，當(dāng)輸入信號的頻率由低到高變化時，霍爾電壓傳感器的輸出電壓會逐漸減小?；魻栯妷簜鞲衅髂壳傲?xí)慣應(yīng)用于頻率較低的工頻( 50/60Hz )電壓測量，其一般不能應(yīng)用于較高頻率的電壓測量，適應(yīng)輸入信號頻率的變化能力也較差。
　　
　　發(fā)明內(nèi)容
　　
　　為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于霍爾電壓傳感器測量電壓的校正方法，通過對霍爾電壓傳感器的響應(yīng)頻率進(jìn)行分段線性評估，從而引入校正系數(shù)的計算，改善霍爾電壓傳感器因頻率響應(yīng)的問題影響輸出電壓結(jié)果，使得即使輸入信號頻率比較寬，霍爾電壓傳感器的測量結(jié)果都有一定準(zhǔn)確性。
　　
　　本發(fā)明的一個方面是提供一種用于霍爾電壓傳感器測量電壓的校正方法,其包括以下步驟：首先，測量霍爾電壓傳感器的幅頻特性數(shù)據(jù)；即在霍爾電壓傳感器的輸入信號幅度不變的情況下，改變其輸入信號頻率，測量其輸出電壓，取得霍爾電壓傳感器的輸入信號頻率值f、輸入電壓值Ui、輸出電壓測量值Um；根據(jù)上述取得的輸入信號頻率值f、輸入電壓值Ui、輸出電壓測量值Um計算出霍爾電壓傳感器不同輸入信號頻率值對應(yīng)的頻率響應(yīng)H，根據(jù)上述取得的輸入信號頻率值f、輸入電壓值Ui、輸出電壓測量值Um和頻率響應(yīng)H擬合繪制出頻率響應(yīng)曲線；對繪制出的頻率響應(yīng)曲線進(jìn)行分段線性評估，即評估出在某一段頻率范圍內(nèi)，當(dāng)霍爾電壓傳感器的頻率響應(yīng)H變化較小時，認(rèn)為該段頻率范圍內(nèi)的霍爾電壓傳感器的頻率響應(yīng)H為一固定值，得到霍爾電壓傳感器的輸入信號頻率分段對應(yīng)的頻率響應(yīng)的代表值Hi；計算出霍爾電壓傳感器使用各個輸入信號頻率測量輸出電壓值的校正系數(shù)ai，該校正系數(shù)H100為輸入信號頻率f為100Hz時的頻率響應(yīng)值；Hi為各個輸入信號頻率對應(yīng)的頻率響應(yīng)值，其可在步驟S4中的代表值中查到。
　　

圖為本發(fā)明一種用于霍爾電壓傳感器測量電壓的校正方法的流程示意圖
 

　　其中，在上述發(fā)明中，第三步驟中的幅頻特性曲線是在MATLAB中利用多項式擬合繪制得出的。第四步驟包括：參照擬合曲線，以輸入信號頻率100Hz為左端點A，尋找位于擬合曲線上，且頻率響應(yīng)Hi與A點相差5％的B點，然后再以B點為基準(zhǔn)點，尋找與B點頻率響應(yīng)相差5％的右端點C，將B點對應(yīng)的頻率響應(yīng)值作為A點與C點之間的輸入信號頻率的頻率響應(yīng)的代表值，且該頻率響應(yīng)的代表值代表右端點C點的頻率響應(yīng)，不代表左端點A點的頻率響應(yīng)值；然后再以C點當(dāng)作左端點，繼續(xù)計算右端點，以此類推進(jìn)行分段線性評估。
　　
　　在上述發(fā)明中，其還包括另一步驟：將最終得到的輸入信號頻率分段數(shù)據(jù)和其對應(yīng)的校正系數(shù)ai整理制成表格。
　　
　　本發(fā)明的另一個方面是提供一種利用上述霍爾電壓傳感器的校正方法測量電壓的方法，其包括以下過程：首先利用測頻電路測量出霍爾電壓傳感器的輸入信號頻率；然后按照該頻率找到對應(yīng)的校正系數(shù)ai；最后根據(jù)校正系數(shù)ai和霍爾電壓傳感器的輸出電壓測量值計算出校正電壓；其中校正電壓等于輸入信號頻率對應(yīng)的校正系數(shù)ai乘以霍爾電壓傳感器的輸出電壓測量值Um。
　　
　　本發(fā)明的一種用于霍爾電壓傳感器測量電壓的校正方法，利用霍爾電壓傳感器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理實質(zhì)上相當(dāng)于一個低通濾波器，其-3dB帶寬和電路中其他元件的參數(shù)密切相關(guān)。利用確保原邊電路電流滿足輸入要求的前提下，原邊電路輸入端的限流電阻越大，霍爾電壓傳感器的-3dB帶寬越大，實現(xiàn)了霍爾電壓傳感器相應(yīng)的頻率響應(yīng)范圍加寬的目標(biāo)。
　　
　　同時，本發(fā)明對一種用于霍爾電壓傳感器測量電壓的方法通過引入數(shù)據(jù)校正的方法，擴(kuò)展了霍爾電壓傳感器的頻率響應(yīng)范圍，使其能夠準(zhǔn)確測量2kHz以內(nèi)的交流電壓信號，從而可以應(yīng)用于高壓工業(yè)級功放系統(tǒng)的輸出電壓測量。增加校正功能后的電壓測量方案，在常用的測量方案基礎(chǔ)上添加一個測頻電路和校正方法，改善了霍爾電壓傳感器受頻率響應(yīng)的影響，讓其測量更加精準(zhǔn)，整個測量誤差小于5％，從而可以應(yīng)用于高壓工業(yè)級功放系統(tǒng)的輸出電壓測量。該方法將處理后的數(shù)據(jù)列成表格，供后續(xù)測量電壓時能夠快速查表使用。該查表法測量電壓相比于其他方法，具有簡便、快速、占用資源少的優(yōu)點。
　　
　　此外，本發(fā)明的霍爾電壓傳感器的校正方法和利用該校正方法的電壓測量方法都將霍爾電壓傳感器視作一個黑盒，不詳細(xì)研究它內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)，只考慮它輸入輸出端口的頻率響應(yīng)特性，這樣就大幅簡化了電壓測量計算過程。
　　
　　如需進(jìn)一步了解，請下載該專利完整說明書。
　　
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