开口式半环形抗干扰电流传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种开口式半环形抗干扰电流传感器，属于电气工程【技术领域】。该传感器包括两块环形PCB板，所述环形PCB板由布置有导线线圈的两个半环形PCB板拼接而成，其特征在于：在环形PCB板的内层环、中间层环和外层环上均设置有相应的内过孔、中间过孔和外过孔，外过孔—对应的内过孔—外过孔之间正反面布线形成大线匝，外过孔—相邻的中间过孔—下一外过孔之间正反面布线形成小线匝；小线匝布线后导线跨到再下一外过孔重复大线匝布线。本发明采用开口式设计、对称性布线、两板串联式连接以及采用大线匝与小线匝同时布线的设计，具有结构简单、体积小、制作成本低，能够保证传感器布线均匀、对称，从而保证磁通全部穿过线圈等优点。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电气工程【技术领域】，特别涉及一种开口式半环形抗干扰电流传感器。 开口式半环形抗干扰电流传感器
【背景技术】
[0002] 电力系统中，电流互感器是作为电能计量和获取继电保护信号的重要电力设备， 因此，电磁式电流互感器广泛应用于电力系统中。近些年来，随着国家经济建设的迅速发 展，电力系统的容量不断增大、电网的运行电压等级不断提高，传统的电磁式电流互感器存 在以下问题：
[0003] 1)互感器的传感器部分绝缘结构越来越复杂；
[0004] 2)动态测量范围小、频带窄；
[0005] 3)大部分电流互感器依靠绝缘油作为主绝缘；
[0006] 4)电磁式电流传感器具有铁芯，存在磁饱和的问题；
[0007] 5)传感器体积大、造价高且不易安装。
[0008] 罗氏线圈是一种空心环形的线圈，可以之间套在被测导体上测量电流，测量方式 简单易操作，但是传统的罗氏线圈在测量电流的精度较低，且体积较大，特别是在高电压、 大电流输电线路中测量电流时操作起来非常不方便。
[0009] 针对上述现有技术中存在的问题，需要设计出一种应用于高电压、大电流输电线 路电力系统中。
【发明内容】
[0010] 有鉴于此，本发明的目的在于克服上述不足，提供一种开口式半环形抗干扰电流 传感器，该传感器基于罗氏线圈测量电流的原理研制，采用开口式设计，简化了传感器的结 构并提高了安装的灵活性。
[0011] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0012] 一种开口式半环形抗干扰电流传感器，包括两块环形PCB板，所述环形PCB板由布 置有导线线圈的两个半环形PCB板拼接而成，在环形PCB板的内层环、中间层环和外层环上 均设置有相应的内过孔、中间过孔和外过孔，外过孔一对应的内过孔一外过孔之间正反面 布线形成大线匝，外过孔一相邻的中间过孔一下一外过孔之间正反面布线形成小线匝；小 线匝布线后导线跨到再下一外过孔重复大线匝布线；大线匝与小线匝交替布置在两个半环 形PCB板上，且两个半环形PCB板的布线线路完全相同；两个半环形PCB板之间的布线线路 通过在拼接处的两外过孔之间以插针绕线的方式连接起来。
[0013] 进一步的，围绕环形PCB板的中心每隔α角度均匀设置外过孔，每隔2 α角度均 匀设置内过孔，所述中间过孔间隔设置在两内过孔之间；且外过孔与内过孔和中间过孔交 替对应，相互对应的两过孔与环形PCB板中心位于同一直线上。
[0014] 进一步的，所述α为5°，单片半环形PCB板上的外过孔有36个，内过孔有18个， 中间过孔有17个。
[0015] 进一步的，所述环形PCB板上的设置有至少三个连接键槽，且所述连接键槽处于 同一圆环上。
[0016] 进一步的，所述两半环形PCB板在拼接处形成凹凸交错的两条开口沿线。
[0017] 进一步的，所述两半环形PCB板依靠绝缘压板固定，所述绝缘压板压覆在开口沿 线上，使绝缘压板的一端位于上半环形PCB板，另一端位于下半环形PCB板；所述绝缘压板 再通过固定锁将其两端固定。
[0018] 进一步的，所述上半环形PCB板或者下半环形PCB板上还设置有两个接线孔。
[0019] 本发明的优点在于：本发明采用开口式设计、对称性布线、两板串联式连接以及采 用大线匝与小线匝同时布线的设计，具有结构简单、体积小、制作成本低；开口式的设计便 于传感器的安装使用；相同两块PCB板的串联使用，能够有效抑制杂散磁场的干扰；采用 PCB制作工艺，并采用小线匝的设计，能够保证传感器布线均匀、对称，从而保证磁通全部穿 过线圈等优点。
[0020] 本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并 且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要 求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述，其中：
[0022] 图1为本发明环形PCB板的整体结构及布线示意图；
[0023] 图2为本发明两半环形PCB板分别的结构及布线示意图；
[0024] 图3为本发明测量电流的检测系统实施方式图；
[0025] 图4为图3的检测系统的硬件电路结构示意图；
[0026] 其中：1_连接键槽；2-正面导线；3-绝缘压板；4-固定锁；5-开□沿线；6-外过 孔；7-反面导线；8-中间过孔；9-接线孔；10-内过孔。
【具体实施方式】
[0027] 以下是本发明优选实施例的详细描述，应当理解，优选实施例仅为了说明本发明， 而不是为了限制本发明的保护范围。
[0028] 本发明的电流传感器是基于罗氏线圈原理，将导线按均匀布置于环形PCB板上， 被测导体穿过两片同轴布置的环形PCB板的轴心，当导体中通有电流时，会在导体周围产 生磁通，磁通通过环形PCB板上布置的导线线圈时，会感应出电动势，将此信号采集并进行 处理，达到电流检测的目的。而本发明的技术方案主要是环形PCB板的设计。
[0029] 如图1所示为本发明环形PCB板的整体结构及布线示意图，所述环形PCB板由布 置有导线线圈的两个半环形PCB板拼接而成，在环形PCB板的内层环、中间层环和外层环上 均设置有相应的内过孔10、中间过孔8和外过孔6,外过孔一对应的内过孔一外过孔之间 正反面布线形成大线匝，外过孔一相邻的中间过孔一下一外过孔之间正反面布线形成小线 匝；小线匝布线后导线跨到再下一外过孔重复大线匝布线；大线匝与小线匝交替布置在两 个半环形PCB板上，且两个半环形PCB板的布线线路完全相同；两个半环形PCB板之间的布 线线路通过在拼接处的两外过孔之间以插针绕线的方式连接起来。
[0030] 围绕环形PCB板的中心每隔α角度均匀设置外过孔，每隔2 α角度均匀设置内过 孔，所述中间过孔间隔设置在两内过孔之间；且外过孔与内过孔和中间过孔交替对应，相互 对应的两过孔与环形PCB板中心位于同一直线上。
[0031] 所述α为5°，单片半环形PCB板上的外过孔有36个，内过孔有18个，中间过孔 有17个。
[0032] 所述环形PCB板上的设置有至少三个连接键槽1，且所述连接键槽处于同一圆环 上。
[0033] 所述两半环形PCB板在拼接处形成凹凸交错的两条开口沿线。
[0034] 所述两半环形PCB板依靠绝缘压板3固定，所述绝缘压板压覆在开口沿线5上，使 绝缘压板的一端位于上半环形PCB板，另一端位于下半环形PCB板；所述绝缘压板再通过固 定锁4将其两端固定。
[0035] 所述上半环形PCB板或者下半环形PCB板上还设置有两个接线孔9。
[0036] 参照图1，该环形PCB板由上半环形PCB板Α和下半环形PCB板Β拼接组合而成， 且两半环形PCB板在拼接处形成了凹凸交错的两条开口沿线5。每块半环形PCB板的两边 沿都呈现出凹凸交错的方波状，且上半环形PCB板的两边沿能够刚好与下班环形PCB板的 两边沿契合匹配，使得两块半环形PCB板能够完整的拼接在一起，拼接好后就会在其拼接 处形成两条凹凸交错的开口沿线。的这种凹凸交错的拼接设计可以使两块半环形PCB板更 加稳定、位置精确地拼接组合在一起，而且使得后续的固定步骤操作也更加方便。
[0037] 两半环形PCB板依靠绝缘压板固定，所述绝缘压板压覆在开口沿线上，使绝缘压 板的一端位于上半环形PCB板，另一端位于下半环形PCB板；所述绝缘压板再通过固定锁将 其两端固定。在两块半环形PCB板拼接好后，在将绝缘压板压覆在开口沿线上，再用固定锁 将绝缘压板的两端固定在环形PCB板上，实现两块半环形PCB板的拼接及固定的操作。
[0038] 环形PCB板的布孔方式为：在内层环、外层环和中间层环上设置相应的内过孔、夕卜 过孔和中间过孔，且围绕环形PCB板的中心，每隔α角度设置外过孔，每隔2α角度设置内 过孔，中间过孔间隔的设置在两内过孔之间。因此，中间过孔要比内过孔少一个。以α为 5°为例，每块半环形PCB板上的外过孔可以设置36个，内过孔可以设置18个，中间过孔可 以设置17个。且外过孔与内过孔和中间过孔交替对应，也就是说，某个外过孔对于了一个 内过孔，下一个的外过孔则对应一个中间过孔，再下一个外过孔又对应内过孔，如此交替对 应。所述的对应方式是指，外过孔、内过孔和环形PCB板的中心位于同一条直线上；或者外 过孔、中间过孔和环形PCB板的中心位于同一条直线上。由于每块半环形PCB板上的内过 孔加上中间过孔的数量比外过孔的数量要少一个，因此，在半环形PCB板的某个拼接边沿 处的一个外过孔没有相应的中间过孔与其对应。
[0039] 环形PCB板的布线方式为：要实现环形PCB板的布线首先要对每块半环形PCB板 布线。图2为两半环形PCB板分别的结构及布线示意图，参照图2所示，两个接线孔设置在 下半环形PCB板上，导线从下半环形PCB板反面通过一个接线孔a到达正面（在没有接线孔 的地方则是直接从外过孔到达正面），然后通过最近的一个内过孔d又到反面，在a到d之 间是正面导线2 ;然后再通过与该内过孔d对应的外过孔e到达正面，d到e之间是反面导 线；如此操作就形成了大线匝；之后再通过与该外过孔e相邻的中间过孔b到达反面，再通 过与该中间过孔b对应的外过孔c到达正面，如此操作就形成了小线匝。小线匝布线后导 线跨到再下一个外过孔处，使得导线可以再次从该外过孔为起点重复进行大线匝布线。大 线匝的布线方式保证布线的对称性，从而保证传感器测量的准确性；小线匝的布线方式虽 然无法保证布线的对称性，但是此种设计能够保证充分利用PCB板的空间，从而减少穿过 线圈磁通的分散性，进一步提高传感器测量的准确度。
[0040] 两半环形PCB板的布线线路完全相同，由于采用的是开口式设计，必然导致板上 布线在开口处断开，因此在两个半环形PCB板之间的布线线路通过在拼接处的两外过孔之 间以插针绕线的方式连接起来。参照图1，因此在标号为e、f的外过孔处设置插针，通过绕 线的方式保证导线连接，在另一个拼接处同样如此操作。如此布线使导线从接线孔a穿入， 最后从另一个接线孔穿出，完成一块环形PCB板的布线。
[0041] 本发明的电流传感器要由两片环形PCB板串联组成。图3为本发明测量电流的整 体系统实施方式图，参照图3所示，整个系统包含传感器部分和硬件电路部分，传感器部分 由两块PCB板完全相同，通过导线将两块板子连接起来，同时要保证两块环形PCB板同轴， 本发明的连接键槽就是起到同轴固定的作用，同时又能保证两块环形PCB板上导线围成面 积重合，从而起到消除垂直于传感器平面外部干扰磁场的作用。连接键槽可以设置三个或 者三个以上。在连接键槽为三个时，两两之间的夹角为120°。此种设计能够很好的解决垂 直于PCB表面外磁场的干扰，从而提高传感器抗干扰的能力，从而保证了传感器的测量精 度，同时两块相同PCB板的串联能够提高传感器的输出信号，便于后续采集电路的设计。
[0042] 图4为图3中检测系统的硬件电路结构示意图，参照图4,该系统的硬件电路部分 包含了信号处理电路和处理器电路。信号处理电路包括放大电路、滤波电路、积分电路以及 A/D转换电路；处理器电路包括由单片机及其外围电路，包括液晶显示屏、按键、电源等。 [0043] 最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通 过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在 形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【权利要求】
1. 一种开口式半环形抗干扰电流传感器，包括两块环形PCB板，所述环形PCB板由布置 有导线线圈的两个半环形PCB板拼接而成，其特征在于：在环形PCB板的内层环、中间层环 和外层环上均设置有相应的内过孔、中间过孔和外过孔，外过孔一对应的内过孔一外过孔 之间正反面布线形成大线匝，外过孔一相邻的中间过孔一下一外过孔之间正反面布线形成 小线匝；小线匝布线后导线跨到再下一外过孔重复大线匝布线；大线匝与小线匝交替布置 在两个半环形PCB板上，且两个半环形PCB板的布线线路完全相同；两个半环形PCB板之间 的布线线路通过在拼接处的两外过孔之间以插针绕线的方式连接起来。
2. 根据权利要求1所述的开口式半环形抗干扰电流传感器，其特征在于：围绕环形PCB 板的中心每隔α角度均匀设置外过孔，每隔2α角度均匀设置内过孔，所述中间过孔间隔 设置在两内过孔之间；且外过孔与内过孔和中间过孔交替对应，相互对应的两过孔与环形 PCB板中心位于同一直线上。
3. 根据权利要求2所述的开口式半环形抗干扰电流传感器，其特征在于：所述α为 5°，单片半环形PCB板上的外过孔有36个，内过孔有18个，中间过孔有17个。
4. 根据权利要求1所述的开口式半环形抗干扰电流传感器，其特征在于：所述环形PCB 板上的设置有至少三个连接键槽，且所述连接键槽处于同一圆环上。
5. 根据权利要求1所述的开口式半环形抗干扰电流传感器，其特征在于：所述两半环 形PCB板在拼接处形成凹凸交错的两条开口沿线。
6. 根据权利要求1所述的开口式半环形抗干扰电流传感器，其特征在于：所述两半环 形PCB板依靠绝缘压板固定，所述绝缘压板压覆在开口沿线上，使绝缘压板的一端位于上 半环形PCB板，另一端位于下半环形PCB板；所述绝缘压板再通过固定锁将其两端固定。
7. 根据权利要求1所述的开口式半环形抗干扰电流传感器，其特征在于：所述上半环 形PCB板或者下半环形PCB板上还设置有两个接线孔。
【文档编号】G01R19/00GK104155501SQ201410428205
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】何为, 周强 申请人:重庆大学