CN117907918B - 一种电流传感器的校准方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流传感器的校准方法及系统，属于测量电变量技术领域，方法包括：获取待校准电流传感器和参考系统测得的电流测量数据；根据待校准电流传感器和参考系统测得的电流测量数据，确定待校准电流传感器和参考系统之间的比例因子以及偏差；根据偏差以及偏差的不确定度，计算待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数；以待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数最高为目标，引入待校准电流传感器和参考系统之间的比例因子，通过寻优算法调整待校准电流传感器的传感器参数，对待校准电流传感器进行校准。本发明可以使得待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数最大化，更好地维持电流传感器的长期稳定性。

Description

一种电流传感器的校准方法及系统

技术领域

本发明属于测量电变量技术领域，具体涉及一种电流传感器的校准方法及系统。

背景技术

在生产线上，相同型号的电流传感器可能会存在制造差异。因此，电流传感器在出厂前需要进行准确的校准过程，以确保其性能和测量准确性，并满足用户对于质量和可靠性的需求。通过校准，可以使同一型号的传感器输出更加一致，增强产品的统一性，方便用户的应用和维护。

然而，电流传感器校准是一个复杂的过程，不同型号、规格的电流传感器本身具有很多参数，例如：热效应校正因子、线性度校正因子、稳定性校正因子、偏移值、频率响应值、阻抗匹配值和带宽值，想要为每一个电流传感器配置到最佳参数上，需要花费大量的时间。

当前，电流传感器校准的方案主要是，需要使用待校准的电流传感器和一个已知准确度的参考系统对电流进行测量，然后对待校准的电流传感器的检测值直接乘以一个校准系数，使得电流检测值与参考系统的检测值相同。这种方法，尽管可以使得在出厂时电流传感器的测量值准确，然而随着使用时间的推移，电子元件或传感器材料将会不可避免的发生老化，或者使用环境的变化，如果仅仅做数值上的增益校准将很快出现误差，影响电流传感器的使用寿命以及测量精度。

发明内容

为了解决当前仅仅做数值上的增益校准随着使用时间的推移，电子元件或传感器材料将会不可避免的发生老化，或者使用环境的变化，将很快出现误差，影响电流传感器的使用寿命以及测量精度的技术问题，本发明提供一种电流传感器的校准方法及系统。

第一方面

本发明提供了一种电流传感器的校准方法，包括：

S1：获取待校准电流传感器和参考系统测得的电流测量数据；

S2：根据待校准电流传感器和参考系统测得的电流测量数据，确定待校准电流传感器和参考系统之间的比例因子以及偏差；

S3：根据待校准电流传感器和参考系统之间的偏差以及偏差的不确定度，计算待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数；

S4：以待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数最高为目标，引入待校准电流传感器和参考系统之间的比例因子，通过寻优算法调整待校准电流传感器的传感器参数，对待校准电流传感器进行校准。

第二方面

本发明提供了一种电流传感器的校准系统，包括处理器和用于存储处理器可执行指令的存储器；所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行第一方面中的电流传感器的校准方法。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益技术效果：

在本发明中，以待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数最高为目标，引入待校准电流传感器和参考系统之间的比例因子，通过寻优算法调整待校准电流传感器的传感器参数，对待校准电流传感器进行校准，充分考虑电流传感器实际使用过程中的影响因素，综合考虑了多种传感器参数，对多种传感器参数同时校准，而不是仅仅在于数值上的增益调整，使得待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数最大化，更好地维持电流传感器的长期稳定性，减缓因使用时间的推移而出现检测偏差的发生，减缓性能衰减的速度，提升电流传感器的使用寿命，同时提升电流传感器的测量精度。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明提供的一种电流传感器的校准方法的流程示意图。

图2是本发明提供的一种电流传感器的测量电路的结构示意图。

图3是本发明提供的一种电流传感器的校准系统的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

在一个实施例中，参考说明书附图1，示出了本发明提供的一种电流传感器的校准方法的流程示意图。

本发明提供的一种电流传感器的校准方法，包括：

S1：获取待校准电流传感器和参考系统测得的电流测量数据。

其中，电流传感器是一种用于测量电流的装置，它通过转换电流信号为与之成比例的电压或电流信号，以便进行测量、监控或控制电流。这些传感器在电力系统、工业自动化、电子设备等领域中广泛应用。

其中，参考系统是一个已知准确度的系统，用于测量电流。可以是高精度的电流测量仪器或者其他标定良好的电流测量设备。

需要说明的是，电流传感器的结构有很多种，本发明提供的电流传感器的校准方法可以适用于任意原理的电流传感器。

参照说明书附图2，示出了本发明提供的一种电流传感器的测量电路的结构示意图。

在一种可能的实施方式中，本发明提出了一种全新的、基本的电流传感器的测量电路。待校准电流传感器包括：外界电路、电感、电阻和电容，电阻和电容串联在外界电路的第一极与第二极之间，电感设置在外界电路的第一极与第二极之间，电感与电阻和电容所在的支路并联，根据电容两端的电压值进行电流检测。

需要说明的是，可以利用电容在交流电路中的响应特性，通过电容两端的电压值测量电感电流，可以间接地反映电感电流的变化，从而实现电流的测量。

在本发明提供的电流传感器的测量电路基础上，可以衍生出很多更为复杂、精密的电流传感器，均在本发明的保护范围之内。本发明提供的电流传感器的结构相对简单，由电感、电阻、电容等基本元件组成，有助于制造和维护的成本降低，并且可能提高了电流传感器的可靠性。

在一种可能的实施方式中，电容两端的电压值具体为：

其中，V表示电容两端的电压值，I _L 表示电感电流值，同时，I _L 也表示外界电路的电流测量值，R _L 表示电感自身电阻，j表示虚数单位，ω表示角频率，L表示电感值，R表示电阻值，C表示电容值，表示电感的时间常数，表示电容的时间常数。

则根据电容两端的电压值进行电流检测，具体为：

。

在本发明中，采用电容作为电流检测的基础，可以使得电流传感器对交流电流的测量更为敏感和有效。电容电压的变化可以更直接地响应电流的变化，特别是对于高频交流电流的测量。电压是相对容易测量的物理量，这样的设计可能有助于提高电流传感器的可操作性和实用性。

S2：根据待校准电流传感器和参考系统测得的电流测量数据，确定待校准电流传感器和参考系统之间的比例因子以及偏差。

其中，比例因子是用于调整待校准电流传感器测量结果的一个参数，以确保其与参考系统的测量值相匹配。

其中，偏差通常是指测量结果与真实值或期望值之间的差异。

在一种可能的实施方式中，待校准电流传感器和参考系统之间的比例因子具体为：

其中，τ表示比例因子，I _Pref 表示参考系统测得的电流峰值，I _P 表示待校准电流传感器测得的电流峰值，β _H 表示加热效应校正因子，β _L 表示线性度校正因子，β _S 表示稳定性校正因子。

其中，本领域技术人员可以根据实际情况设置加热效应校正因子β _H 、线性度校正因子β _L 和稳定性校正因子β _S 的大小，本发明不做限定。

其中，加热效应校正因子β _H 用于校正电流传感器在工作中受到的加热效应，即在测量电流过程中产生的温度变化对传感器性能的影响。

其中，线性度校正因子β _L 用于校正电流传感器的线性度，即在测量范围内确保输出信号与输入电流的线性关系。

其中，稳定性校正因子β _S 用于校正电流传感器的稳定性，即在长时间使用中保持稳定性和一致性的能力。

需要说明的是，在比例因子中引入了加热效应校正因子、线性度校正因子和稳定性校正因子等多个校正因子。这种综合考虑了多种因素，如温度效应、线性度和长期稳定性等，有助于更全面地校正电流传感器，提高其在不同工作条件下的性能。

在本发明中，通过计算比例因子，可以更准确地调整待校准电流传感器的测量结果，使其与参考系统的测量值相匹配，有助于提高电流传感器校准的准确性，确保在实际应用中测量的电流值更加精确。

进一步地，为了进行更加有效更加有针对性的电流传感器校准。本发明将电流传感器的使用场景划分为瞬时电流测量场景以及持续电流测量场景。瞬时电流测量场景是指测量某一特定时刻的电流，这种情况下，用户更加关心数值上的准确性，并且此种情况下，可以在一段时间后人工进行再次校准，更有甚者会在每次启动时都进行一次自我校准，因此，也需要选择运算时间较短的偏差，综合分析以上因素，在考虑偏差时，选用相对误差。

而持续电流测量场景是指持续测量很长一段时间内的电流值，这种情况下，往往电流传感器会被放置在某个固定的、偏僻的、难以进入的位置处，在一段时间后用户往往难以进行再次校准，此时用户更加关心使用时长，为了更好地维持电流传感器的长期稳定性，减缓因使用时间的推移而出现检测偏差的发生，减缓性能衰减的速度，提升电流传感器经过校准后的使用时长，在考虑偏差时，选用更加复杂、精确的系统误差。可以理解的是，上述的相对误差其实是系统误差的一部分。

在一种可能的实施方式中，当待校准电流传感器的应用场景为瞬时电流测量时，待校准电流传感器和参考系统之间的偏差值具体为：

其中，s表示待校准电流传感器和参考系统之间的偏差。

在本发明中，相对误差更好地反映了测量值与参考值之间的相对差异，使得用户更容易理解和解释测量的准确性。由于取了相对值并除以参考系统的电流值，相对误差不受电流值的绝对大小影响。这使得在不同电流水平下进行比较更为方便，而不必担心量纲差异带来的误导。

进一步地，不确定度是用于描述测量结果或试验结果的不确定性的概念。它表示测量值或试验结果与所测量或测试的真实值之间的可能差异范围。不确定度提供了一种量化的方式来表达我们对测量结果的信心程度，即测量结果的可靠性程度。

待校准电流传感器和参考系统之间的偏差值的不确定度具体为：

其中，u表示待校准电流传感器和参考系统之间的偏差的不确定度，表示待校准电流传感器测得的电流峰值I _P 的偏导数，u(I _P )表示待校准电流传感器测得的电流峰值I _P 的不确定度，表示参考系统测得的电流峰值I _Pref 的偏导数，u(I _Pref )表示参考系统测得的电流峰值I _Pref 的不确定度。

在本发明中，不确定度计算考虑了待校准电流传感器测得的电流峰值和参考系统测得的电流峰值的不确定度来源。通过将不同的误差来源考虑在内，可以更全面地评估偏差的不确定性。

其中，待校准电流传感器测得的电流峰值I _P 的不确定度u(I _P )具体为：

其中，I _max表示待校准电流传感器的最大量程，b表示待校准电流传感器的电流测量结果的比特数。

需要说明的是，不确定度与最大量程I _max成正比，这是因为在较大的电流范围内，我们通常期望测量的不确定性也会相应增加。不确定度与比特数b的逆平方根成反比。这反映了对电流值的离散性的考虑。较高的比特数通常表示更高的测量分辨率，从而降低了不确定度。由于在在对称的均匀分布中，约 95.5% 的测量值会落在平均值的两个标准差范围内。而正是这个区间的长度。

在本发明中，通过考虑量程和测量精度，提供了对电流测量的大致不确定性的估计。

其中，参考系统测得的电流峰值I _Pref 的不确定度u(I _Pref )具体为：

。

在本发明中，使用具体的数值表示不确定度，提供了对参考系统测量的电流峰值的预期误差的明确估计。

在一种可能的实施方式中，当待校准电流传感器的应用场景为持续电流测量时，待校准电流传感器和参考系统之间的偏差值具体为：

其中，s表示待校准电流传感器和参考系统之间的偏差，I ² t表示电流传感器测得的电流的Joule积分，I ² t _ref 表示参考系统测得的电流的Joule积分，β _I 表示采样误差校正因子，β _H 表示加热误差校正因子，β _C 表示数值积分误差校正因子。

其中，本领域技术人员可以根据实际情况设置采样误差校正因子β _I 、加热误差校正因子β _H 和数值积分误差校正因子β _C 的大小，本发明不做限定。

其中，采样误差校正因子β _I 用于校正电流传感器中可能存在的采样误差，即由于采样率或采样方法引起的误差。。

其中，加热误差校正因子β _H 用于校正电流传感器在工作中受到的加热效应，即在测量电流过程中产生的温度变化对传感器性能的影响。

其中，数值积分误差校正因子β _C 用于校正电流传感器中可能存在的数值积分误差，即在测量中进行数字积分时引起的误差。

需要说明的是，引入了电流的Joule积分，考虑了电流传感器测得的电流在时间上的累积效应。这对于持续电流测量场景更为合适，因为在这种情况下，对电流的长时间积分是至关重要的。

同时，模型中包含了采样误差校正因子β _I 、加热误差校正因子β _H 和数值积分误差校正因子β _C 。这些因子综合考虑了在长时间测量中可能发生的各种误差来源，更全面地捕捉了系统的复杂性。考虑了不同因素对电流测量的影响，使得偏差值更贴近实际情况，有助于提高电流传感器在持续电流测量场景下的测量准确性。

待校准电流传感器和参考系统之间的偏差值的不确定度具体为：

其中，u表示待校准电流传感器和参考系统之间的偏差的不确定度，表示电流传感器测得的电流的Joule积分的偏导数，u(I ² t)表示电流传感器测得的电流的Joule积分的不确定度，表示参考系统测得的电流的Joule积分的偏导数，u(I ² t _ref )表示参考系统测得的电流的Joule积分的不确定度, 表示采样误差校正因子的偏导数，u(β _I ) 表示采样误差校正因子的不确定度。表示加热误差校正因子的偏导数，u(β _H )表示加热误差校正因子的不确定度。表示数值积分误差校正因子的偏导数，u(β _C ) 表示数值积分误差校正因子的不确定度。

在本发明中，不确定度的计算涉及到多个影响因素，包括Joule积分的测量、校正因子的影响等。这使得校准过程更加全面，考虑了各种可能影响电流测量准确性的因素。通过引入不确定度的计算，可以更加准确地评估电流传感器校准的可靠性，有助于用户了解测量结果的可信度，从而更加信任传感器输出的数据。同时，不确定度计算中涉及到对校准参数的偏导数，这有助于更准确地确定各个校准参数。通过考虑这些偏导数，可以更精确地调整校准参数，从而提高校准的准确性。

其中，电流传感器测得的电流的Joule积分的不确定度u(I ² t)具体为：

其中，I _max表示待校准电流传感器的最大量程，b表示待校准电流传感器的电流测量结果的比特数，f _C 表示分布修正因子。

需要说明的是，不确定度与最大量程I _max成正比，这是因为在较大的电流范围内，我们通常期望测量的不确定性也会相应增加。不确定度与比特数b的逆平方根成反比。这反映了对电流值的离散性的考虑。较高的比特数通常表示更高的测量分辨率，从而降低了不确定度。由于在在对称的均匀分布中，约 95.5% 的测量值会落在平均值的两个标准差范围内。而正是这个区间的长度。进一步地，分布修正因子f _C 考虑了电流传感器测量结果的分布情况，对于提高准确性至关重要。不同的传感器可能具有不同的测量误差分布，通过引入分布修正因子，可以更好地适应实际情况，提高校准的可靠性。

其中，参考系统测得的电流的Joule积分的不确定度u(I ² t _ref )具体为：

其中，b _ref 表示参考系统的电流测量结果的比特数。

其主要原理与电流传感器测得的电流的Joule积分的不确定度u(I ² t)类似，为避免重复，本发明不再赘述。

其中，采样误差校正因子的不确定度u(β _I )具体为：

；

其中，加热误差校正因子的不确定度u(β _H )具体为：

；

其中，数值积分误差校正因子的不确定度u(β _C )具体为：

。

在本发明中，提供不确定度的信息是校准过程中的一种最佳实践，有助于用户更好地理解校准结果的可靠性，同时也支持了基于不确定度的决策制定。

S3：根据待校准电流传感器和参考系统之间的偏差以及偏差的不确定度，计算待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数。

其中，兼容性指数是用于评估测量结果一致性和可靠性的指标。它通常用于比较两个或多个测量系统、设备或方法的性能。兼容性指数的计算基于测量偏差与测量不确定度之间的关系，提供了一个综合的度量，反映了测量结果的质量和可信度。

在一种可能的实施方式中，兼容性指数具体为：

其中，ρ表示兼容性指数，s表示待校准电流传感器和参考系统之间的偏差，u表示待校准电流传感器和参考系统之间的偏差的不确定度。

在本发明中，兼容性指数提供了一种度量待校准电流传感器和参考系统之间偏差与其不确定度之间关系的方式。如果偏差与不确定度相比较小，兼容性指数将更接近于1，表明测量结果具有较好的一致性。

S4：以待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数最高为目标，引入待校准电流传感器和参考系统之间的比例因子，通过寻优算法调整待校准电流传感器的传感器参数，对待校准电流传感器进行校准。

在本发明中，通过使得待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数最大化，更好地维持电流传感器的长期稳定性，减缓因使用时间的推移而出现检测偏差的发生，减缓性能衰减的速度，提升电流传感器的使用寿命，同时提升电流传感器的测量精度。

可选地，寻优算法具体为灰狼优化算法。当然寻优算法还可以是粒子群寻优算法、遗传算法等等。

在一种可能的实施方式中，本发明提出了一种全新的灰狼优化算法。S4具体包括子步骤S401至S409：

S401：根据待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数，构建灰狼优化算法的适应度函数：

其中，δ( )表示适应度函数，θ表示传感器参数集合，传感器参数集合包括加热效应校正因子、线性度校正因子、稳定性校正因子、偏移值、频率响应值、阻抗匹配值和带宽值，ρ(θ)表示兼容性指数在传感器参数集合θ下的待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数。

在本发明中，适应度函数中使用的兼容性指数作为优化目标，明确了算法的任务是通过调整传感器参数集合，使得兼容性指数最大化。这样明确的目标有助于算法更有针对性地进行搜索。

S402：初始化灰狼种群，灰狼种群包括多个灰狼个体，每个灰狼个体代表一种传感器参数集合。

S403：根据各个灰狼个体的适应度值，将适应度值最高的三个灰狼个体分别确定为α狼、β狼和δ狼，其余灰狼个体确定为ω狼。

需要说明的是，α狼、β狼和δ狼是适应度值最高的灰狼，它们代表了当前搜索空间中的较好解。将它们单独提取出来，有助于利用它们的信息指导搜索，增加算法对更优解的探索概率。

S404：在包围猎物阶段，根据以下公式对各个灰狼个体进行位置更新：

其中，D表示当前灰狼个体与猎物之间的距离， t表示当前迭代次数，X _p 表示猎物位置，X _p (t)表示第t次迭代时的猎物位置，X(t)表示第t次迭代时的灰狼个体的位置，X(t+1)表示第t+1次迭代时的灰狼个体的位置，A、C表示两个系数向量，e表示自然常数，l表示螺旋参数，螺旋参数用于定义螺旋形状，r ₃表示-1至1之间的随机数。

在本发明中，相较于传统的灰狼优化算法，增加了螺旋路径更新，可以使灰狼在搜索空间中遍历更广泛的区域，螺旋路径能够覆盖更多可能的解空间，有助于更全面地搜索潜在的解。螺旋路径引入了旋转的成分，使得搜索过程更加多样化。这样的多样性有助于克服搜索过程中的局部最优解，防止算法陷入特定的解决方案，提高全局搜索的能力。

系数向量A具体为：

其中，a表示包围猎物能力系数，r ₁表示0至1之间的随机数，t表示当前迭代次数，T表示最大迭代次数。

系数向量C具体为：

其中，r ₂表示0至1之间的随机数。

需要说明的是，公式中包含了能够根据迭代次数和最大迭代次数动态调整的包围猎物能力系数a。这样的设计使得在迭代初期，a较小，使得灰狼个体更多地围绕猎物进行搜索，增加了包围猎物的能力。

同时，公式中引入了随机数r ₁和r ₂，这增加了位置更新的随机性，有助于使得每次更新的位置更具多样性，有助于避免陷入固定的轨迹，提高全局搜索的可能性。

进一步地，使用系数向量A和C，可以通过调整其中的参数，对位置更新的幅度进行调整。这样的引入使得算法更加灵活，有助于更好地适应不同问题的特性。

S405：在追捕猎物阶段，根据以下公式对各个灰狼个体进行位置更新：

其中，D _α 表示当前灰狼个体与α狼之间的距离，X _α 表示α狼的位置，X _α (t)表示第t次迭代时的α狼的位置，C ₁表示α狼的系数向量，D _β 表示当前灰狼个体与β狼之间的距离，X _β 表示β狼的位置，X _β (t)表示第t次迭代时的β狼的位置，C ₂表示β狼的系数向量，D _δ 表示当前灰狼个体与δ狼之间的距离，X _δ 表示δ狼的位置，X _δ (t)表示第t次迭代时的δ狼的位置，C ₃表示δ狼的系数向量，X ₁表示跟随α狼的位置移动向量，A ₁表示 α狼的系数向量，X ₂表示跟随β狼的位置移动向量，A ₂表示 β狼的系数向量，X ₃表示跟随δ狼的位置移动向量，A ₃表示 δ狼的系数向量，X(t+1)表示第t+1次迭代时的灰狼个体的位置。

在本发明中，使用了α狼、β狼和δ狼的位置信息，通过计算灰狼个体与这些优秀个体之间的距离，使得灰狼个体更有可能向优秀的方向移动。这样的设计有助于加速算法的收敛，特别是在接近全局最优解的情况下。通过考虑跟随优秀个体的位置移动向量，实际上是将多源信息融合在一起。不同优秀个体的影响通过系数向量进行权衡，这有助于提高算法对于问题的全局搜索能力。

S406：在攻击猎物阶段，根据包围猎物能力系数a的取值的变化，当时，进行局部搜索，当进行全局搜索。

在本发明中，当包围猎物能力系数a较小时，选择进行局部搜索。局部搜索更侧重于细致地探索当前解附近的空间，有助于在当前解附近进行更深入的搜索，提高算法在局部区域的精度。这种策略有助于克服一些局部最优解的影响，提高算法的局部搜索能力。当包围猎物能力系数a较大时，选择进行全局搜索。全局搜索更具有广度，能够更全面地搜索整个解空间，有助于发现更远处的潜在全局最优解。这种策略有助于避免算法陷入局部最优解，提高算法的全局搜索能力。

S407：引入待校准电流传感器和参考系统之间的比例因子，对各个灰狼个体所代表的传感器参数集合下的电流测量值进行校准：

其中，I _ca 表示校准后的电流，I表示校准前的电流，τ表示比例因子。

在本发明中，相较于传统的灰狼优化算法，引入了待校准电流传感器和参考系统之间的比例因子，通过该比例因子对电流测量值进行校准。这种方法可以更好地适应不同的测量场景和条件，提高了校准的灵活性。

S408：根据校准后的电流测量值更新各个灰狼个体的适应度值。

S409：判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数。若是，停止迭代，将当前适应度值最高的灰狼个体所代表的传感器参数集合作为最优传感器参数集合，并通过最优传感器参数集合对待校准电流传感器进行校准。否则，返回S403继续迭代。

在本发明中，灰狼优化算法在校准过程中引入了全局搜索和局部搜索，通过不断调整灰狼个体的位置，既能够全局地寻找最优解，又能够在发现有希望的解时进行更深入的局部搜索，从而增加了找到最优传感器参数集合的概率。同时，灰狼优化算法具有自适应性，可以根据当前迭代次数动态调整搜索策略。这使得算法能够在迭代的不同阶段更好地平衡全局搜索和局部搜索，提高了算法的稳定性和收敛性。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益技术效果：

在本发明中，以待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数最高为目标，引入待校准电流传感器和参考系统之间的比例因子，通过寻优算法调整待校准电流传感器的传感器参数，对待校准电流传感器进行校准，充分考虑电流传感器实际使用过程中的影响因素，综合考虑了多种传感器参数，对多种传感器参数同时校准，而不是仅仅在于数值上的增益调整，使得待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数最大化，更好地维持电流传感器的长期稳定性，减缓因使用时间的推移而出现检测偏差的发生，减缓性能衰减的速度，提升电流传感器的使用寿命，同时提升电流传感器的测量精度。

实施例2

在一个实施例中，参考说明书附图3，示出了本发明提供的一种电流传感器的校准系统的结构示意图。

本发明提供的一种电流传感器的校准系统20，包括处理器201和用于存储处理器201可执行指令的存储器202。处理器201被配置为调用存储器202存储的指令，以执行实施例1中的电流传感器的校准方法。

本发明提供的一种电流传感器的校准系统可以实现上述实施例1中的电流传感器的校准方法的步骤和效果，为避免重复，本发明不再赘述。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益技术效果：

在本发明中，以待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数最高为目标，引入待校准电流传感器和参考系统之间的比例因子，通过寻优算法调整待校准电流传感器的传感器参数，对待校准电流传感器进行校准，充分考虑电流传感器实际使用过程中的影响因素，综合考虑了多种传感器参数，对多种传感器参数同时校准，而不是仅仅在于数值上的增益调整，使得待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数最大化，更好地维持电流传感器的长期稳定性，减缓因使用时间的推移而出现检测偏差的发生，减缓性能衰减的速度，提升电流传感器的使用寿命，同时提升电流传感器的测量精度。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种电流传感器的校准方法，其特征在于，包括：

S1：获取待校准电流传感器和参考系统测得的电流测量数据；

S2：根据待校准电流传感器和参考系统测得的电流测量数据，确定待校准电流传感器和参考系统之间的比例因子以及偏差；

S3：根据待校准电流传感器和参考系统之间的偏差以及偏差的不确定度，计算待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数；

S4：以待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数最高为目标，引入待校准电流传感器和参考系统之间的比例因子，通过寻优算法调整待校准电流传感器的传感器参数，对待校准电流传感器进行校准；

其中，待校准电流传感器和参考系统之间的比例因子具体为：

其中，τ表示比例因子，I_Pref表示参考系统测得的电流峰值，I_P表示待校准电流传感器测得的电流峰值，β_H表示加热效应校正因子，β_L表示线性度校正因子，β_S表示稳定性校正因子；

其中，当所述待校准电流传感器的应用场景为瞬时电流测量时，所述待校准电流传感器和参考系统之间的偏差具体为：

其中，s表示待校准电流传感器和参考系统之间的偏差；

所述待校准电流传感器和参考系统之间的偏差的不确定度具体为：

其中，u表示待校准电流传感器和参考系统之间的偏差的不确定度，表示待校准电流传感器测得的电流峰值I_P的偏导数，u(I_P)表示待校准电流传感器测得的电流峰值I_P的不确定度，表示参考系统测得的电流峰值I_Pref的偏导数，u(I_Pref)表示参考系统测得的电流峰值I_Pref的不确定度；

其中，当所述待校准电流传感器的应用场景为持续电流测量时，所述待校准电流传感器和参考系统之间的偏差具体为：

其中，s表示待校准电流传感器和参考系统之间的偏差，I²t表示电流传感器测得的电流的Joule积分，I²t_ref表示参考系统测得的电流的Joule积分，β_I表示采样误差校正因子，β_R表示加热误差校正因子，β_C表示数值积分误差校正因子；

所述待校准电流传感器和参考系统之间的偏差的不确定度具体为：

其中，u表示待校准电流传感器和参考系统之间的偏差的不确定度，表示电流传感器测得的电流的Joule积分的偏导数，u(I²t)表示电流传感器测得的电流的Joule积分的不确定度，表示参考系统测得的电流的Joule积分的偏导数，u(I²t_ref)表示参考系统测得的电流的Joule积分的不确定度,表示采样误差校正因子的偏导数，u(β_I)表示采样误差校正因子的不确定度；表示加热误差校正因子的偏导数，u(β_R)表示加热误差校正因子的不确定度；表示数值积分误差校正因子的偏导数，u(β_C)表示数值积分误差校正因子的不确定度；

其中，所述兼容性指数具体为：

其中，ρ表示兼容性指数，s表示待校准电流传感器和参考系统之间的偏差，u表示待校准电流传感器和参考系统之间的偏差的不确定度；

其中，所述寻优算法具体为灰狼优化算法；

其中，所述S4具体包括：

S401：根据待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数，构建灰狼优化算法的适应度函数：

δ(θ)＝ρ(θ)

其中，δ()表示适应度函数，θ表示传感器参数集合，传感器参数集合包括加热效应校正因子、线性度校正因子、稳定性校正因子、偏移值、频率响应值、阻抗匹配值和带宽值，ρ(θ)表示兼容性指数在传感器参数集合θ下的待校准电流传感器和参考系统之间的兼容性指数；

S402：初始化灰狼种群，所述灰狼种群包括多个灰狼个体，每个灰狼个体代表一种传感器参数集合；

S403：根据各个灰狼个体的适应度值，将适应度值最高的三个灰狼个体分别确定为α狼、β狼和δ狼，其余灰狼个体确定为ω狼；

S404：在包围猎物阶段，根据以下公式对各个灰狼个体进行位置更新：

D＝|C·X_p(t)-X(t)|

其中，D表示当前灰狼个体与猎物之间的距离，t表示当前迭代次数，X_p表示猎物位置，X_p(t)表示第t次迭代时的猎物位置，X(t)表示第t次迭代时的灰狼个体的位置，X(t+1)表示第t+1次迭代时的灰狼个体的位置，A、C表示两个系数向量，e表示自然常数，l表示螺旋参数，螺旋参数用于定义螺旋形状，r₃表示-1至1之间的随机数；

系数向量A具体为：

A＝2ar₁-a

其中，a表示包围猎物能力系数，r₁表示0至1之间的随机数，t表示当前迭代次数，T表示最大迭代次数；

系数向量C具体为：

C＝2r₂

其中，r₂表示0至1之间的随机数；

S405：在追捕猎物阶段，根据以下公式对各个灰狼个体进行位置更新：

D_α＝|C₁X_α(t)-X(t)|

D_β＝|C₂X_β(t)-X(t)|

D_δ＝|C₃X_δ(t)-X(t)|

X₁＝X_α(t)-A₁D_α

X₂＝X_β(t)-A₂D_β

X₃＝X_δ(t)-A₃D_δ

其中，D_α表示当前灰狼个体与α狼之间的距离，X_α表示α狼的位置，X_α(t)表示第t次迭代时的α狼的位置，C₁表示α狼的系数向量，D_β表示当前灰狼个体与β狼之间的距离，X_β表示β狼的位置，X_β(t)表示第t次迭代时的β狼的位置，C₂表示β狼的系数向量，D_δ表示当前灰狼个体与δ狼之间的距离，X_δ表示δ狼的位置，X_δ(t)表示第t次迭代时的δ狼的位置，C₃表示δ狼的系数向量，X₁表示跟随α狼的位置移动向量，A₁表示α狼的系数向量，X₂表示跟随β狼的位置移动向量，A₂表示β狼的系数向量，X₃表示跟随δ狼的位置移动向量，A₃表示δ狼的系数向量，X(t+1)表示第t+1次迭代时的灰狼个体的位置；

S406：在攻击猎物阶段，根据包围猎物能力系数a的取值的变化，当|A|＜1时，进行局部搜索，当|A|≥1进行全局搜索；

S407：引入待校准电流传感器和参考系统之间的比例因子，对各个灰狼个体所代表的传感器参数集合下的电流测量值进行校准：

I_ca＝τ·I

其中，I_ca表示校准后的电流，I表示校准前的电流，τ表示比例因子；

S408：根据校准后的电流测量值更新各个灰狼个体的适应度值；

S409：判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数；若是，停止迭代，将当前适应度值最高的灰狼个体所代表的传感器参数集合作为最优传感器参数集合，并通过最优传感器参数集合对待校准电流传感器进行校准；否则，返回S403继续迭代。

2.根据权利要求1所述的电流传感器的校准方法，其特征在于，所述待校准电流传感器包括：外界电路、电感、电阻和电容，所述电阻和所述电容串联在所述外界电路的第一极与第二极之间，所述电感设置在所述外界电路的第一极与第二极之间，所述电感与所述电阻和所述电容所在的支路并联，根据所述电容两端的电压值进行电流检测。

3.根据权利要求2所述的电流传感器的校准方法，其特征在于，电容两端的电压值具体为：

其中，V表示电容两端的电压值，I_L表示电感电流值，同时，I_L也表示外界电路的电流测量值，R_L表示电感自身电阻，j表示虚数单位，ω表示角频率，L表示电感值，R表示电阻值，C表示电容值，表示电感的时间常数，RC表示电容的时间常数；

则根据电容两端的电压值进行电流检测，具体为：

4.一种电流传感器的校准系统，其特征在于，包括处理器和用于存储处理器可执行指令的存储器；所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行权利要求1至3中任意一项所述的电流传感器的校准方法。