一种柔性软磁磁芯罗氏线圈及其制备方法与流程

1.本发明属于罗氏线圈技术领域，具体涉及一种柔性软磁磁芯罗氏线圈及其制备方法。


背景技术：

2.传统的磁芯罗氏线圈由于磁芯材料的问题，其使用环境受到了很大的限制，尤其是在一些不能轻易拆卸的测试场合会产生许多问题，由于刚性磁芯的存在，传统的磁芯罗氏线圈在使用时需要断开被测导体，才能接入测量位置，同时由于刚性磁芯的体积问题，传统的磁芯罗氏线圈也无法通过改变自身结构参数来适应较小或者较狭窄的测量空间。
3.空芯柔性罗氏线圈由于不带任何磁芯，具有非常好的柔韧性，可以自由的涉及开合机构，方便应用于各种使用场合，测量时无需对被测物体进行拆卸，而可以通过本身的柔性开合设计，直接接入被测物体上，在测量时也因为空芯特性，不会受到磁场饱和的影响，但是，随着实验环境及市场应用的拓展，传统的柔性罗氏线圈由于空芯原因，性能方面无法满足许多时候的测试要求，空芯罗氏线圈自身对于低幅值电流信号的采集受到互感低因素的影响，导致空芯罗氏线圈无法拥有较高的灵敏度，同时在测量高频信号时，空心结构也无法为线圈的结构参数提供补偿，导致高频测量振荡的现象。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种柔性软磁磁芯罗氏线圈及其制备方法，使用粉料型软磁磁芯，具有很好的可开合以及形变特性，罗氏线圈具有非常好的柔韧特性，同时磁芯材料也起到了改良柔性罗氏线圈性能的作用。
5.本发明采用以下技术方案：
6.一种柔性软磁磁芯罗氏线圈，包括中心柔性内支撑管，中心柔性内支撑管的内部设置有磁芯材料，中心柔性内支撑管的外侧由内至外依次设置有绝缘层、屏蔽层和绝缘护套，中心柔性内支撑管上设置有反馈回线和线圈绕组。
7.具体的，中心柔性内支撑管的外侧沿中心柔性内支撑管轴向开有凹槽，反馈回线设置在凹槽内。
8.具体的，线圈绕组沿中心柔性内支撑管外侧周向设置。
9.具体的，反馈回线和线圈绕组的一端分别与对接头的两端连接，对接头的引出端分别连接绕组引出线和反馈回线引出线，绕组引出线和反馈回线引出线用于连接积分回路。
10.具体的，中心柔性内支撑管、绝缘层、屏蔽层和绝缘护套同心设置。
11.具体的，屏蔽层为环形结构，内环处设置一道环形缺口。
12.本发明的另一技术方案是，一种柔性软磁磁芯罗氏线圈的制备方法，包括以下步骤：
13.s1、将中心柔性内支撑管固定在绕线机转轴进行绕线工作，在中心柔性内支撑管
的外侧绕制线圈绕组；
14.s2、对经步骤s1处理后的中心柔性内支撑管内部灌注磁芯材料；
15.s3、将反馈回线固定在步骤s2灌注磁芯材料后的中心柔性内支撑管外部凹槽内，将反馈回线和线圈绕组的一端分别与对接头的两端连接，将对接头的引出端连接绕组引出线和反馈回线引出线；
16.s4、在步骤s3得到的中心柔性内支撑管及线圈绕组上覆盖一层薄得绝缘层，并在绝缘层外部包裹一层屏蔽层；
17.s5、在步骤s4制备的屏蔽层的外侧包覆一层绝缘护套，制备得到柔性软磁磁芯罗氏线圈。
18.具体的，步骤s2中，磁芯材料为镍芯铁氧体粉料、伽马相三氧化二铁粉料或锰锌铁氧体粉料。
19.具体的，步骤s2中，采用粉料泵送方式将磁芯材料灌注至中心柔性内支撑管的内部。
20.具体的，步骤s4中，屏蔽层为镍铜合金织物。
21.本发明一种柔性软磁磁芯罗氏线圈，中心柔性内支撑管作为罗氏线圈的柔性内支撑，维持柔性可打开结构，中心柔性内支撑管内部磁芯材料构成柔性磁性内支撑结构，在中心柔性内支撑管外侧由内至外依次设置绝缘层，用于提高绕组与屏蔽层导体的绝缘强度，屏蔽层用于屏蔽外界干扰磁场，绝缘护套用于外部绝缘以及结构固定；相较于常见的柔性空芯罗氏线圈，采用柔性软磁磁芯能够为罗氏线圈提供更大的灵敏度增益，特别是在测量小电流的应用场景，柔性软磁磁芯的增益能够实现空芯柔性罗氏线圈难以实现的小幅值电流测量，特别是在高频区域，应用于高频小电流的测量环境，采用高频稳定性好的柔性软磁磁芯罗氏线圈，能够弥补空心罗氏线圈测量带宽与测量灵敏度的负相关性的矛盾；另一方面，相对于传统的刚性罗氏线圈，柔性软磁磁芯罗氏线圈保留了柔性结构，可以实现不断电检测，另外相较于传统刚性罗氏线圈在大电流检测时的饱和风险，柔性软磁磁芯罗氏线圈在制作过程中可以根据需要制备合适磁导率的软磁磁芯，大幅度降低了饱和风险。
22.进一步的，中心柔性内支撑管外侧沿中心柔性内支撑管环向开有凹槽，用于固定反馈回线结构外形，反馈回线提供外部干扰磁场非垂直于罗氏线圈方向磁场的抵消作用，通过凹槽固定反馈回线，提高罗氏线圈抗干扰能力。
23.进一步的，反馈回线和线圈绕组的一端分别于对接头的两端连接，对街头的引出端分别连接绕组引出线和反馈回线引出线，绕组引出线和反馈回线引出线用于连接积分回路，两端引出线从对接头一端引出，根据应用连接积分回路，通过对接头实现线圈结构的固定和可打开结构。
24.进一步的，中心柔性内支撑管、绝缘层、屏蔽层和绝缘护套由内而外同心设置，均为柔性层，同心设置结构在柔性层的采用下是罗氏线圈实现柔性结构的前提。
25.进一步的，屏蔽层环形结构的内环除设置一道环形缺口，缺口平行于罗氏线圈，用于断开垂直罗氏线圈方向的环流环路，保证中心载流导体产生的磁场不会受到干扰。
26.一种柔性软磁磁芯罗氏线圈制备方法，采用柔性软磁磁芯能够为罗氏线圈提供更大的灵敏度增益，特别是在测量小电流的应用场景，柔性软磁磁芯的增益能够实现空芯柔性罗氏线圈难以实现的小幅值电流测量，特别是在高频区域，应用于高频小电流的测量环
境，采用高频稳定性好的柔性软磁磁芯罗氏线圈，能够弥补空心罗氏线圈测量带宽与测量灵敏度的负相关性的矛盾；另一方面，相对于传统的刚性罗氏线圈，柔性软磁磁芯罗氏线圈保留了柔性结构，可以实现不断电检测，另外相较于传统刚性罗氏线圈在大电流检测时的饱和风险，柔性软磁磁芯罗氏线圈在制作过程中可以根据需要制备合适磁导率的软磁磁芯，大幅度降低了饱和风险。
27.进一步的，磁芯材料为镍锌铁氧体粉料、伽马相三氧化二铁粉料或锰锌铁氧体粉料，构造软磁磁芯材料，为罗氏线圈提供磁导率增益，根据不同的应用场景，选择不同的材料制备柔性软磁磁芯。
28.进一步的，采用粉料泵送方式将此新材料灌注至中心柔性内支撑管内部，提高柔性磁芯的制备效率，粉料泵送也能保证柔性磁芯在中心内支撑管中填充均匀，不会因内部气压原因造成磁芯断层；
29.进一步的，屏蔽层为镍铜合金织物，是一种柔性导电物质，可以通过环流阻磁效应实现罗氏线圈对外界高频磁场的屏蔽，同时保证了线圈的柔性结构。
30.综上所述，本发明通过柔性软磁磁芯的设计，在保证了罗氏线圈柔性结构的同时，提供了较高的磁导率增益，对罗氏线圈参数性能的改进或小电流检测能力有较大提升，柔性可打开设计保证了电流检测可以不断电进行，扩大了适用范围，同时相对于刚性罗氏线圈，采用柔性软磁磁芯的罗氏线圈设计可以根据需要确定柔性软磁磁芯提供的增益，大大降低了电流测量中的饱和风险
31.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
32.图1为本发明柔性软磁磁芯罗氏线圈示意图；
33.图2为本发明柔性线圈对接头示意图；
34.图3为本发明柔性软磁磁芯罗氏线圈剖面图；
35.图4为本发明中心柔性内支撑管示意图；
36.图5为本发明柔性线圈展开示意图。
37.其中：1.中心柔性内支撑管；2.绝缘层；3.屏蔽层；4.绝缘护套；5.磁芯材料；6.对接头；7.绕组引出线；8.反馈回线引出线；9.反馈回线；10.线圈绕组。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的
含义是两个或两个以上。
40.在本发明的描述中，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。
41.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
42.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
43.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。
44.在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
45.本发明提供了一种柔性软磁磁芯罗氏线圈及其制备方法，通过在环状的中心柔性内支撑管内注入粉料型软磁磁芯实现罗氏线圈应用范围的扩展，采用多种技术方案克服空芯罗氏线圈适用范围限制的问题，并通过柔性设计克服传统磁芯线圈使用环境限制的问题。
46.请参阅图1、图2和图5，本发明一种柔性软磁磁芯罗氏线圈，包括中心柔性内支撑管1、绝缘层2、屏蔽层3、绝缘护套4、磁芯材料5、对接头6、绕组引出线7、反馈回线引出线8、反馈回线9和线圈绕组10。
47.磁芯材料5的外侧由内至外依次设置有中心柔性内支撑管1、绝缘层2、屏蔽层3和绝缘护套4，中心柔性内支撑管1、绝缘层2、屏蔽层3和绝缘护套4同心设置，线圈绕组10设置在中心柔性内支撑管1的外侧，反馈回线9设置在中心柔性内支撑管1的管壁凹槽内，线圈绕组10和反馈回线9分别与对接头6的两端连接，对接头6的引出端分别连接绕组引出线7和反馈回线引出线8，通过对接头6将绕组引出线7和反馈回线引出线8接入后续积分回路中。
48.磁芯材料5采用粉料型软磁磁芯，适用于柔性线圈填充，软磁磁芯为锰锌铁氧体粉料，镍锌铁氧体粉料，伽马相三氧化二铁粉料。
49.请参阅图3和图4，反馈回线9设置在磁芯材料5与中心柔性内支撑管1之间，中心柔性内支撑管1的外侧依次设置有绝缘层2、屏蔽层3和绝缘护套4，绝缘层2覆盖在中心柔性内支撑管1和线圈绕组10的外侧表面，绝缘层2的表面使用镍铜织物包裹覆盖构成屏蔽层3，在屏蔽层3的环形结构内环处留有一道环形缺口，保证屏蔽层3减少对被测物体的屏蔽效果，构造的屏蔽措施不会影响柔性线圈的柔性特性。
50.本发明一种柔性软磁磁芯罗氏线圈制备方法，包括以下步骤：
51.s1、将中心柔性内支撑管1固定在绕线机转轴进行绕线工作，在中心柔性内支撑管1的外侧绕制线圈绕组10；
52.通过绕线机设置步长，匝数，绕组线径参数，可以保证罗氏线圈绕线工艺的稳定。
53.s2、对经步骤s1处理后的中心柔性内支撑管1内部进行软磁磁芯材料灌注；
54.制备过程需要保证磁芯材料的均匀灌注，防止由于内部气压导致的粉料断层，同时可以按照不同的设计要求与无磁性的胶体进行比例混合，用于调整整体柔性磁芯的磁导率。
55.软磁磁芯材料为镍芯铁氧体粉料、伽马相三氧化二铁粉料或锰锌铁氧体粉料，采用锰锌铁氧体粉料灌注的磁芯具有高磁导率特性，在较低频率下使用能够明显改善对于小信号的感应能力。
56.伽马相三氧化二铁粉料具有磁导率的频率稳定性，对于高频下使用具有良好效用。
57.使用粉料泵送技术进行填充，具有较大的相对磁导率。
58.s3、将反馈回线9固定在步骤s2灌注软磁磁芯材料后的中心柔性内支撑管1外部凹槽内，将反馈回线9和线圈绕组10的一端分别与对接头6的两端连接，将对接头6的引出端连接绕组引出线7和反馈回线引出线8；
59.s4、在步骤s3得到的中心柔性内支撑管1及线圈绕组10上覆盖一层薄得绝缘层2，并使用镍铜合金织物包裹绝缘层2构成罗氏线圈的屏蔽层3；
60.镍铜合金织物构成屏蔽层3，需要保证屏蔽层3在内环处有一道平行于罗氏线圈的环形开口，同时线圈整体的可打开设计要保证在打开和闭合时，屏蔽层3在接口处是连接的，也就是说，屏蔽层3要有平行于罗氏线圈的环流通路，而断开垂直于罗氏线圈的环流通路。
61.s5、在步骤s4制备的屏蔽层3的外侧包覆一层绝缘护套4，制备得到柔性软磁磁芯罗氏线圈。
62.空芯柔性罗氏线圈进行低频小电流测量，存在互感系数低，罗氏线圈输出信号小，易受到外界磁场干扰，导致信号信噪比低的缺点，通过某锰锌铁氧体粉料制备的柔性软磁磁芯罗氏线圈，最大相对磁导率3000，
[0063][0064]
此时，罗氏线圈整体的信号输出为，
[0065][0066]
锰锌铁氧体粉料提供磁导率增益极大的提高了罗氏线圈的输出幅值，配合罗氏线圈低频带宽与电感的关系，线圈整体的转折频率非常低，相较于普通的空芯罗氏线圈，采用高磁导率材料的柔性软磁磁芯线圈能够更好的实现低频小电流的测量，同时磁芯提供的高互感系数，能够提高输出信号的信噪比，提高输出的稳定性。
[0067]
综上所述，本发明一种柔性软磁磁芯罗氏线圈及其制备方法，采用柔性软磁材料制备的柔性磁芯，相较于常见的柔性空芯罗氏线圈，采用柔性软磁磁芯能够为罗氏线圈提
供更大的灵敏度增益，特别是在测量小电流的应用场景，柔性软磁磁芯的增益能够实现空芯柔性罗氏线圈难以实现的小幅值电流测量，特别是在高频区域，应用于高频小电流的测量环境，采用高频稳定性好的柔性软磁磁芯罗氏线圈，能够弥补空心罗氏线圈测量带宽与测量灵敏度的负相关性的矛盾；另一方面，相对于传统的刚性罗氏线圈，柔性软磁磁芯罗氏线圈保留了柔性结构，可以实现不断电检测，另外相较于传统刚性罗氏线圈在大电流检测时的饱和风险，柔性软磁磁芯罗氏线圈在制作过程中可以根据需要制备合适磁导率的软磁磁芯，大幅度降低了饱和风险。
[0068]
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。