专利名称：一种用于脉冲电流测量的柔性罗氏线圈的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于脉冲电流测量的柔性罗氏线圈，尤其涉及雷电流的测
量，属于电工领域高压测量技术。
背景技术：
冲击电流的测量历来是一项比较困难的事，如实际生产中对雷电流的测量就很复 杂，目前对雷电流测量主要采用分流器和罗氏线圈作为电流传感器。分流器尽管具有精度 高、响应频带宽的优点，但是由于它串联在被测回路中，与后续测量设备没有电气隔离，当 被测电流较大时会威胁到精密设备和试验人员的安全。另一种方法一般采用罗氏线圈将雷 电流感应为线圈上的电压信号，再对信号进行无源积分获得雷电流的信号，然后进一步采 样处理等后续工作。罗氏线圈利用电磁感应定律，通过磁场耦合的方式，将被测电流感应成 电压信号，并与源电流成微分关系，再对该电压信号进行积分处理后就可以得到被测电流 的波形。由于罗氏线圈与被测导体之间通过磁场耦合，实现了源副方的隔离，对低压侧设备 和人员的安全不会造成危害。同时，罗氏线圈的骨架材料中不含铁磁材料，测量较大电流时 不会出现饱和现象，在其测量范围内具有良好的线性度。基于上述特点可知罗氏线圈适合 用来作为测量雷电流的传感器。 图l所示为传统的硬性罗氏线圈示意图。图l中，l是载流导体，穿过罗氏线圈， 2是硬性罗氏线圈的金属外壳，为一闭合体，3是为了屏蔽外界干扰而设置的金属屏蔽层， 4是埋在外壳2内的线圈硬质骨架，通常为环氧树脂材料，5为绕在骨架上的线圈，6为线圈 回线，一般是在骨架上刻上一环形槽，再将导线埋入其中，7为积分器。该罗氏线圈利用电 磁感应定律，流过载流导体的脉冲电流会在罗氏线圈上感应电压信号，该信号经过积分器7 进行积分后，得到的电压信号与载流导体中的电流成正比。 上述已有硬性罗氏线圈的缺点是外壳闭合，载流导体必须穿过线圈，因此在有些 使用场合会带来不便而受到限制。
发明内容本实用新型的目的是提出一种用于脉冲电流测量的柔性罗氏线圈，改变已有罗氏 线圈的结构和所用材料，以使其在工作条件恶劣，温度变化范围较大的工作环境下方便使 用。 本实用新型提出的用于脉冲电流测量的柔性罗氏线圈，包括套管、金属屏蔽层、 柔性骨架、线圈、导电芯线和积分器。套管、金属屏蔽层和柔性骨架依次由外向内同心相对 固定成为圆环，在圆环的一侧为一开口。线圈绕在柔性骨架上，导电芯线埋在柔性骨架中， 线圈的一端与积分器的一端相连接，线圈的另一端通过柔性骨架中的导电芯线与积分器的 另一端相连接。 上述柔性罗氏线圈中的套管，可以由热縮材料制成。 上述柔性罗氏线圈中的柔性骨架，可以由软性绝缘材料制成，例如由硅橡胶制成。[0009] 上述柔性罗氏线圈中的积分器，可以由成T形连接的电阻和电容组成。 本实用新型提出的用于脉冲电流测量的柔性罗氏线圈，其优点是将以前硬性的套
管和线圈骨架改进成为软性结构，柔性线圈设计成开口式，首末端通过接插件进行连接，从
而使罗氏线圈具有良好的柔韧性，易于安装与拆卸，精巧轻便，安装十分方便简单，适用于
野外使用，与已有的硬性罗氏线圈相比，大大扩展了罗氏线圈的应用范围。
图1是已有的硬性罗氏线圈的结构示意图。 图2是本实用新型提出的柔性线圈的结构示意图。 图3是本实用新型柔性线圈中积分器的电路原理图。 图1和图2中，1是载流导体，2是金属外壳，3是金属屏蔽层，4是硬质骨架，5是绕 在骨架上的线圈，6是线圈回线，7是积分器，8是热縮套管，9是柔性骨架，10是导电芯线，作 为线圈回线使用。 具体实施方法 本实用新型提出的用于脉冲电流测量的柔性罗氏线圈，其结构如图2所示，包括
套管8、金属屏蔽层3、柔性骨架9、线圈5、导电芯线10和积分器7。套管8、金属屏蔽层3
和柔性骨架9依次由外向内同心相对固定成为圆环，在圆环的一侧为一开口。线圈5绕在
柔性骨架9上，导电芯线10埋在柔性骨架9中，线圈5的一端与积分器7的一端相连接，线
圈5的另一端通过柔性骨架9中的导电芯线10与积分器7的另一端相连接。 上述柔性罗氏线圈中的套管可以由热縮材料制成。 上述柔性罗氏线圈中的柔性骨架可以由软性绝缘材料制成。 上述柔性罗氏线圈中的积分器，为一无源积分器，由成T形连接的电阻和电容组 成，其电路图如图3所示。 本实用新型根据被测脉冲电流的特点，设计了一种宽频带、宽动态范围的柔性罗 氏线圈，便于安装与拆卸，后续处理电路简单可靠。图2所示的柔性罗氏线圈中，8为用来 保护线圈并起绝缘作用的热縮套管，可以从市场上的普通化工商店购买，9是柔性罗氏线圈 的骨架，本实用新型的一个实施例中，采用硅橡胶电缆作为线圈的骨架，10是硅橡胶电缆的 导电芯线，此时作为柔性罗氏线圈的回线。柔性线圈设计成开口式，首末端通过接插件进行 连接，以方便使用。使罗氏柔性线圈首末端相连的接插件可以使用由法国安普公司生产的 BNC型接口 。 本实用新型提出的用于脉冲电流测量的柔性罗氏线圈，选择了合适的支撑骨架材 料。雷电流测量装置通常安装在户外，工作条件比较恶劣，温度变化范围较大，所以骨架材 料应选取温度特性较好的材料，本实用新型中采用硅橡胶作为罗氏线圈的骨架材料。硅橡 胶具有耐高温、耐高压、防水、防腐等性能，可以工作在-6(TC +18(TC。本实用新型的一个 实施例中，采用硅橡胶电缆作为柔性骨架，不仅具有良好的柔韧性，易于安装与拆卸，还可 以利用电缆的芯线作为罗氏线圈的回线。 本实用新型的罗氏线圈，必须选择合适的线圈参数。根据被测电流的幅值和频率， 需要对罗氏线圈的参数进行计算，如骨架的外径和长度，绕线的线径和匝数等。本实用新型 的一个实施例中，将线径为0. 1-0. 5mm的漆包铜线均匀密绕在外径为0. Omm的硅橡胶电缆上，在线圈的末端把漆包线与电缆的芯线焊接在一起。在线圈的首端电缆的芯线和漆 包线则作为线圈的输出端与屏蔽电缆相连接。为了保护缠绕在骨架上的漆包线，可以在线 圈的外层套上一层热縮套管，并在线圈的首末端安装合适的橡胶接头以形成环路。利用硅 橡胶电缆的芯线作为线圈的回线，还可以抵消垂直线圈方向磁场对测量结果的影响；外界 的快速变化电压会通过杂散电容耦合的方式在罗氏线圈的输出上叠加高频振荡，在线圈的 外层绕上一层铜箔可以有效降低振荡幅值，但是相邻铜箔之间应留有足够的间隙，否则屏 蔽层中的环流会削弱有用磁场，另外铜箔应与线圈的某一输出端相连作为信号地线；为了 减少外界磁场对信号传输回路的干扰，传输电缆应采用双绞屏蔽线。 为了得到与被测电流成比例的波形，还需要对罗氏线圈的输出电压信号进行积分 处理。本实用新型中罗氏线圈工作在外积分状态，所以采用了由电阻和电容构成的无源积 分电路，其中电阻须保证无感，电容则应该泄漏电流小，温度稳定性高。为了实现积分功能， 电阻值R和电容值C的乘积应远大于被积信号的周期。无源积分电路原理图如图3所示。
权利要求一种用于脉冲电流测量的柔性罗氏线圈，其特征在于该罗氏线圈包括套管、金属屏蔽层、柔性骨架、线圈、导电芯线和积分器；所述的套管、金属屏蔽层和柔性骨架依次由外向内同心相对固定成为圆环，在圆环的一侧为一开口；所述的线圈绕在柔性骨架上，所述的导电芯线埋在柔性骨架中，线圈的一端与积分器的一端相连接，线圈的另一端通过柔性骨架中的导电芯线与积分器的另一端相连接。
2. 如权利要求1所述的柔性罗氏线圈，其特征在于其中所述的套管由热縮材料制成。
3. 如权利要求1所述的柔性罗氏线圈，其特征在于其中所述的柔性骨架由软性绝缘材 料制成。
4. 如权利要求1所述的柔性罗氏线圈，其特征在于其中所述的柔性骨架由硅橡胶制成。
5. 如权利要求1所述的柔性罗氏线圈，其特征在于其中所述的积分器由成T形连接的 电阻和电容组成。
专利摘要本实用新型涉及一种用于脉冲电流测量的柔性罗氏线圈，属于电工领域高压测量技术。包括套管、金属屏蔽层、柔性骨架、线圈、导电芯线和积分器。套管、金属屏蔽层和柔性骨架依次由外向内同心相对固定成为圆环，在圆环的一侧为一开口。线圈绕在柔性骨架上，导电芯线埋在柔性骨架中，线圈与积分器相连接。本实用新型的柔性罗氏线圈，将以前硬性的套管和线圈骨架改进成为软性结构，柔性线圈设计成开口式，首末端通过接插件进行连接，从而使罗氏线圈具有良好的柔韧性，易于安装与拆卸，精巧轻便，安装十分方便简单，适用于野外使用，与已有的硬性罗氏线圈相比，大大扩展了罗氏线圈的应用范围。
文档编号G01R19/00GK201489038SQ200920172969
公开日2010年5月26日 申请日期2009年8月21日 优先权日2009年8月21日
发明者何金良, 刘俊, 王辉, 陈水明 申请人:清华大学