一种用于直流长脉冲电流测量的复合线圈式结构的制作方法

本发明涉及大直流长脉冲的电流测量技术领域，尤其涉及一种用于直流长脉冲电流测量的复合线圈式结构。

背景技术：

罗氏线圈根据电磁感应原理，将导线均匀缠绕在无磁性圆环形骨架上，当线圈结构一定时，线圈互感为定值，线圈所交链的磁链与穿过罗氏线圈限定面的电流成正比，线圈两端输出的感应电动势与一次侧电流成正比，相位相差90度，称为微分信号，通过积分器对该信号积分后，即可获得一次侧电流的相关信息。

主要用来测试大电流、大功率设备，其由四台整流器并联构成，单台稳态电流为30ka，暂态电流为100ka，整流器为晶闸管相控结构。当整流器工作时，晶闸管收到触发信号导通，由于罗科线圈安装在直流母排上，触发信号会通过线圈与母排之间的分布电容耦合到线圈输出信号中，从而形成触发噪声。该噪声幅值高，容易掩盖罗科线圈输出的有用信号，从而无法采用高增益放大信号，造成信噪比低。如对未处理的信号进行积分，积分结果将出现毛刺噪声，并且精度低。

中国发明专利公布了一种双线并绕的罗氏线圈及信号处理方法（金世鑫，张伍洋，李籽良，等，一种双线并绕的罗氏线圈及信号处理方法，申请号：201510875045.8，申请日：2015.12.02）。该发明专利中所涉及的：“双线并绕的罗氏线圈为采用双路漆包线紧挨、平行、并均匀缠绕在罗氏直流母排上，形成环形线圈，且线圈的四个抽头：a1，抽头a2，抽头b1，抽头b2分别为线圈a的头和尾；抽头b1和抽头b2分别为线圈b的头和尾；线圈a的头与线圈b的尾联接作为参考点，即抽头a1与抽头b2联接；在线圈a的尾抽头a2和线圈b的头抽头b1获得两路差动信号。”以上这种结构及抽头连接方式，仅相当于将原单匝绕制线圈，变成双匝绕制，在同尺寸直流母排下，较单匝绕制线圈，并不能实质性的增加线圈绕制匝数，因此信号强度无法实质性的增加。该结构相较单匝线圈，仅相当于提供一个信号参考电平中心点。另外，专利中所涉及的信号处理方法：“由于采用双路漆包线或其它表层绝缘的导线并绕在传统罗氏直流母排上，获得两路差动信号，利用前置差动信号电压放大器对e(t)处理，经此差动信号的检测，灵敏度提高了一倍，还具有抗共模干扰的特点。”在一定程度上能够具有抗共模干扰的特点，但是，对于诸如前述触发噪声之类的差模噪声，该结构和处理方法无法满足应用要求。

另外，中国发明专利公布了用于直流长脉冲电流测量的数字式积分器（傅鹏，张振，王林森，蒋力，用于直流长脉冲电流测量的数字式积分器，申请号：cn201610410846.1，申请日：2016.06.03），本专利是在之前已申请专利的基础上，对原电路结构的信号输入端进行优化，使其适应强噪声应用环境下的测量。

技术实现要素：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于直流长脉冲电流测量的复合线圈式结构。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于直流长脉冲电流测量的复合线圈式结构，包括有复合线圈和减法电路，所述的复合线圈包括正极性线圈和负极性线圈，所述的正极性线圈含有抽头p+与p-，p+为线圈端抽头，p-为回线端抽头，所述的负极性线圈含有抽头n+与n-，n+为线圈端抽头，n-为回线端抽头，所述的减法电路包括有四个电阻r1、r2、r3、r4和运算放大器，电阻r1与电阻r2串联，电阻r3与电阻r4串联，电阻r1与电阻r2的连接端连接运算放大器的反向端，电阻r3与电阻r4的连接端连接运算放大器的同向端，电阻r2的另一端连接运算放大器的输出端，电阻r4的另一端与参考地相连，所述的正极性线圈抽头p+与电阻r3的另一端相连，抽头p-与参考地相连，负极性线圈抽头n+与电阻r1的另一端相连，抽头n-与参考地相连。

所述的复合线圈有两种结构，一种为分体式结构复合线圈，一种为嵌套式结构复合线圈；所述的分体式结构复合线圈是将具有相同参数的两个线圈，以相反方向套在待测直流母排上，两个线圈紧密贴合靠近；所述的嵌套式结构复合线圈是将具有相同参数的正负极性线圈缠绕在直流母排上，负极性线圈嵌套于正极性线圈内腔，正极性线圈包裹在负极性线圈外，正负极性线圈之间紧密贴近，正负极性线圈之间用薄绝缘材料隔离，正负极性线圈的位置可调换。

所述的相同参数是指匝数、尺寸、材料和结构相同。

本发明的优点是：本发明采用复合线圈配以减法电路的结构，对于受触发噪声严重影响的应用场合，能够使得积分器输入的微分信号幅值增加一倍，触发噪声幅值被大幅度衰减，原始信号信噪比上升，便于后级电路采用高增益放大信号，能够消除积分结果中的毛刺噪声，从而最终提高测量精度。

附图说明

图1是本发明结构框图。

图2是本发明工作原理图。

图3是分体式结构复合线圈（图3a为分体式结构安装图，图3b为分体式结构线圈结构图）。

图4是嵌套式结构复合线圈（图4a为嵌套式结构安装图，图4b为嵌套式结构线圈结构图）。

具体实施方式

如图1、2所示，一种用于直流长脉冲电流测量的复合线圈式结构，包括有复合线圈1和减法电路2，所述的复合线圈1包括正极性线圈3和负极性线圈4，所述的正极性线圈3含有抽头p+与p-，p+为线圈端抽头，p-为回线端抽头，所述的负极性线圈4含有抽头n+与n-，n+为线圈端抽头，n-为回线端抽头，所述的减法电路2包括有四个电阻r1、r2、r3、r4和运算放大器5，电阻r1与电阻r2串联，电阻r3与电阻r4串联，电阻r1与电阻r2的连接端连接运算放大器5的反向端，电阻r3与电阻r4的连接端连接运算放大器5的同向端，电阻r2的另一端连接运算放大器5的输出端，电阻r4的另一端与参考地相连，所述的正极性线圈抽头p+与电阻r3的另一端相连，抽头p-与参考地相连，负极性线圈抽头n+与电阻r1的另一端相连，抽头n-与参考地相连。

所述的复合线圈1有两种结构，一种为分体式结构复合线圈，一种为嵌套式结构复合线圈；所述的分体式结构复合线圈是将具有相同参数的两个线圈，以相反方向套在待测直流母排6上，两个线圈紧密贴合靠近；所述的嵌套式结构复合线圈是将具有相同参数的正负极性线圈缠绕在直流母排6上，负极性线圈4嵌套于正极性线圈3内腔，正极性线圈3包裹在负极性线圈4外，正负极性线圈之间紧密贴近，正负极性线圈之间用薄绝缘材料隔离，正负极性线圈的位置可调换。

运算放大器5选择低温漂，低偏置电压，低偏置电流器件，电阻选用高精度（如1‰），低温漂器件（如10ppm及以下）。

具有相同参数（如匝数、尺寸、材料等）的正负极性线圈组成的复合线圈安装在待测直流母排上。对于待测电流，正极性线圈输出与其相同极性的微分信号+sig，负极性线圈输出与其相反极性的微分信号-sig。对于触发噪声，由于触发噪声通过分布电容耦合到线圈信号输出端，因此对于正负极性线圈，两者耦合的触发噪声具有相同极性，噪声分别为ntp与ntn。由于正负极性线圈参数相等或相近，因此两者输出的微分信号幅值相接近，触发噪声幅值也相接近。正极性线圈输出的信号为+sig+ntp，负极性线圈输出的信号为-sig+ntn。将两个信号输入到减法电路相减后，获得信号2sig+nt，微分信号幅值增大一倍，由于线圈参数并不完全相等，因此相减后仍存在一定幅值的噪声nt，相较于采用该方法前，触发噪声已经大幅度衰减。

参见图3和图4，对于正负极性线圈组成的复合线圈，有两种结构形式，一种为图3所示的分体式结构，另一种为图4所示的嵌套式结构。图3a为分体式结构安装图，图3b为分体式结构线圈结构图，在分体式结构安装图中，正极性线圈与负极性线圈安装在直流母排上，两个线圈紧密贴合靠近，cd为线圈与母排之间的分布电容，两个线圈的输出抽头按照连接关系，与减法电路连接，经减法电路处理后的信号，输出到积分器中，积分器完成积分过程。线圈结构图中，d为绕制线圈的导线线径，r为绕制成的线圈的半径，绕制线圈的相关参数（如匝数，尺寸，材料等）根据实际需要来决定，线圈内腔中心位置为罗科线圈回线，回线位置亦可根据实际应用要求，布置在线圈其他合适位置。分体式结构安装图中，正负极性线圈均为此结构，且相关参数相同或接近。图4中，图4a为嵌套式结构安装图，图4b为嵌套式结构线圈结构图，在嵌套式结构安装图中，外观上为单一线圈，实际上正负极性线圈集成在同一骨架上，cd为线圈与母排之间的分布电容，两个线圈的输出抽头按照连接关系，与减法电路连接，经减法电路处理后的信号，输出到积分器中，积分器完成积分过程。线圈结构图中，正极性线圈包裹在负极性线圈外部（两者位置对调亦可），线圈之间以薄绝缘材料进行隔离，g1为两者之间的间隙，两个线圈的回线位于线圈内腔中心位置，间距为g2，回线位置亦可根据实际应用要求，布置在线圈其他合适位置。d1、d2分别为绕制正负极性线圈的导线线径，r1、r2分别为正负极性线圈的半径。为了保证正负极性线圈耦合的触发噪声相一致，不仅规定两者材料与匝数相同，而且规定r1与r2相接近，d1与d2相同，g1与g2尽可能小，从而保证两个线圈参数上的一致性。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。