一种分段式布线的环形开口PCB罗氏线圈的制作方法

本发明涉及用于输电线路的电流精确测量技术领域，尤其涉及一种分段式布线的开口pcb罗氏线圈。

背景技术：

输电线路故障暂态电流行波中包含大量的故障信息，是输电线路故障诊断的基础。罗氏线圈(rogowskicoil)是将导线均匀地绕在截面均匀的非磁性材料的框架上形成的线圈。罗氏线圈因其具有重量轻、频带宽、线性度好且无磁饱和现象等特点，已普遍应用于电流测量装置中。罗氏线圈测量电流精度比较高，测量信号带宽大，可以用较低的成本实现电气隔离测量，耐受电流能力几乎无限大，适用于具有固定位置载流导体电流的精确测量，可以应用于继电保护等领域。

为适应于输电线路的检测，现有技术中的罗氏线圈可采用pcb开口罗氏线圈。如cn104407200a所示的pcb罗氏线圈，该pcb罗氏线圈利用计算机辅助布线设计技术，可以将印制线路均匀的铺设在pcb上，从而进一步提高了罗氏线圈的测量精度和灵敏度。同时为了便于带有该pcb开口罗氏线圈的故障检测装置安装在输电线路上，本申请人将pcb罗氏线圈设置成两个半圆形pcb部分，二者对接形成完整的环形pcb罗氏线圈，这种结构可以实现输电线路较为容易的放置于pcb罗氏线圈的圆心位置，但是由于环形的pcb罗氏线圈被分为两个半圆形部分，而在两个半圆形部分的连接区域的布线无法实现与其他部分相同的布线密度，从而当输电线缆没有位于圆心位置产生偏心情况时，会严重影响测量精度。由此可见，本领域中需要中提高开口pcb罗氏线圈测量精度的技术方案，在被测线缆处于pcb罗氏线圈中偏离中心时也能够保证测量精度。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题之一是提高被测线缆偏离pcb罗氏线圈中心时电流的测量精度。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种pcb开口罗氏线圈，所述pcb开口罗氏线圈包括第一半圆形pcb块和第二半圆形pcb块，所述第一半圆形pcb块和第二半圆形pcb块拼接形成完整的环形pcb罗氏线圈；

所述第一半圆形pcb块和第二半圆形pcb块均为正面与反面同时布线，其布线时设置有多个绕匝部分和多个缺匝部分，所述多个绕匝部分与多个缺匝部分相互间隔设置；

且每一绕匝部分中的线圈匝数相同，所有绕匝部分的布线区域所对应的圆心角相同，所有缺匝部分的分布区域所对应的圆心角相同。

在一个实施例中，所述pcb开口罗氏线圈包含正向绕线与反向绕线两种绕线，每一匝正向绕线均包括正向绕线进线，正向绕线进线经过正向绕线远端过孔后在pcb背面走线至正向绕线近端过孔，走线穿过正向绕线近端过孔后在正面走线至正向绕线出线；

每匝正向绕线的出线均与下一匝正向绕线的进线相连，每一绕匝部分的第一匝正向绕线的进线在缺匝部分中沿pcb开口罗氏线圈的圆周布线。

在一个实施例中，每一匝反向绕线包括反向绕线进线，反向绕线进线经过在pcb背面走线至反向绕线近端过孔后，穿过反向绕线近端过孔后在pcb正面走线至反向绕线远端过孔后，穿过反向绕线远端过孔连接至反向绕线出线；

每匝反向绕线的出线均与下一匝反向绕线的进线相连，每一绕匝部分的最后一匝反向绕线的出线在缺匝部分中沿开口罗氏线圈的圆周布线。

在一个实施例中，在所述pcb开口罗氏线圈的圆周上均匀分布有八组绕匝部分，每一绕匝部分所对应的圆心角为33°，每一缺匝部分对应的圆心角为12°。

在一个实施例中，所述每一绕匝部分中布设12组绕线，每组绕线之间的圆心角间隔为3°。

本发明将绕匝分为若干组分的原理如下，如图1所示，若设线缆偏离罗氏线圈中心的距离为d，则根据几何关系：

r²＝(rcosα)²+(rsinα+d)²

β＝γ

因此a点处的罗氏线圈感应电动势

整个罗氏线圈的感应电动势为：

其中：

u0为真空磁导率；s为闭合曲面微小面积。

上式可简化为

如果线圈存在分段，n为分段数，则

θi1，θi2为每段线匝的起始和终止角度。

基于上述公式的仿真结果可以看出，通过将线圈分为多段，可以有效的降低偏心距离d对罗氏线圈输出值精度的影响。

与现有技术相比，本发明的发明点在于：本发明中pcb罗氏线圈的绕线采用分段式布局，绕线包括了绕匝部分和缺匝部分，由于绕匝部分均匀分布在螺线圈的圆周上，且每一绕匝部分所对应圆心角一致，每一缺匝部分所对应圆心角一致，同时pcb罗氏线圈的开口设置在缺匝部分。这种设置方式使得线缆在pcb罗氏线圈中偏移圆心时，不影响电流测量精度并有效的减小对电流精度的影响。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明pcb开口罗氏线圈的线缆偏移量与测量结果关系示意图；

图2是根据本发明pcb开口罗氏线圈绕匝部分与缺匝部分分布示意图；

图3是根据本发明pcb开口罗氏线圈的布线示意图；

图4为本发明一实施例的pcb开口罗氏线圈测试结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

图2所示为本发明实施例的pcb开口罗氏线圈。由图2可知，本实施例的pcb开口罗氏线圈包括第一半圆形pcb块1和第二半圆形pcb块2，第一半圆形pcb块1和第二半圆形pcb块2对接构成完整的pcb罗氏线圈，在第一半圆形pcb块1和第二半圆形pcb块2均为正面与反面同时布线，且在其布线时均匀设置有绕匝部分3和缺匝部分4，所述绕匝部分3与缺匝部分4相互间隔设置，且每一绕匝部分3所对应的圆心角均保持一致，每一缺匝部分4所对应的圆心角也保持一致。本实施例中，pcb开口罗氏线圈的圆周上均匀分布有八组绕匝部分3，因此每一绕匝部分3所对应的圆心角为33°，每一缺匝部分对应的圆心角为12°。每一绕匝部分3中布设12组绕线，每组绕线之间的圆心角间隔为3°。

图3为本发明实施例的pcb开口罗氏线圈布线示意图。所述pcb开口罗氏线圈包含正向绕线10与反向绕线11两种绕线，在每一绕匝部分3中的每组绕线中均包含一匝正向绕线10和一匝反向绕线11，即本实施例中每一绕匝部分3均包含12匝正向绕线与12匝反向绕线，每一匝正向绕线10均包括正向绕线进线101，正向绕线进线101经过正向绕线远端过孔102后在pcb背面走线至正向绕线近端过孔103，走线穿过正向绕线近端过孔103后在pcb正面走线至正向绕线出线104。每匝正向绕线10的出线104均与下一匝正向绕线10的进线101相连。每一绕匝部分3的第一匝正向绕线10的进线101在缺匝部分4中沿pcb开口罗氏线圈的圆周布线。

同样地，每一匝反向绕线11包括反向绕线进线111，反向绕线进线111经过在pcb背面走线至反向绕线近端过孔112后，穿过反向绕线近端过孔112后在pcb正面走线至反向绕线远端过孔113后，穿过反向绕线远端过孔113连接至反向绕线出线114。每匝反向绕线11的出线114均与下一匝反向绕线11的进线111相连。每一绕匝部分3的最后一匝反向绕线11的出线114在缺匝部分4中沿pcb开口罗氏线圈的圆周布线。

图4为本实施例的pcb开口罗氏线圈测试结果示意图，从图4中可以看出，当线缆偏移线圈中心15mm时，pcb罗氏线圈的测量误差依然可以保持在万分之五以内。

以上所述，仅为本发明的具体实施案例，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术的技术人员在本发明所述的技术规范内，对本发明的修改或替换，都应在本发明的保护范围之内。