本申请涉及电磁测量技术领域，尤其涉及一种电流传感器及监测系统。
背景技术：
电流传感器在电力系统中得到越来越广泛的应用。在直流输电系统、变频调速装置、逆变装置、UPS电源、逆变焊机、变电站、电解电镀、数控机床、微机监测系统、电网监测系统和需要隔离检测电流的各实际场景中，利用电流传感器检测非正弦电流，从而判断电力电路和设备是否处于正常运行状态。电流传感器将检测到的信息，按照一定规律转换为符合一定标准需要的电信号或者其他所需形式的信号输出，从而满足信息的传输、处理、储存、显示、记录和控制等要求。
电流传感器按照工作原理大致可分为两类：一类是根据被测电流在已知电阻上的电压降来确定被测电流大小的测量装置，如分流器；另一类是根据被测电流所建立的磁场来确定被测电流大小的测量装置，即为磁传感器，如铁磁式电流互感器。使用分流器进行检测的最大问题就是输入与输出之间没有隔离，并且，用分流器测量高频或大电流时，不可避免地带有电感性。因此，当在电力线路中接入分流器后，会影响到被测电流的波形，且不能真实传递电流信号。
铁磁式电流互感器的绝缘强度高、性能稳定，功率消耗较小，能承受较大的负载，安装时可不断开被测电路。但是，由于铁磁式电流互感器使用铁芯材料，并非具有理想的磁化特性，在一次电流含有直流分量情况下容易饱和，从而使得被测电流范围变小，频带窄，拾取信号容易失真，不适合应用于对电流测量精度要求较高的场合。例如，对于检测幅值加大的暂态电流或者高di/dt电流时，铁磁式电流互感器不能无失真的反映被测电流，测量误差较大。
技术实现要素：
本申请提供一种电流传感器及监测系统，以解决电流传感器检测电流范围小，频带窄、拾取信号失真，导致测量误差大的问题。
一种电流传感器，所述电流传感器包括绝缘板、第一Rogowski线圈和第二Rogowski线圈；
所述绝缘板的中央设有通孔；
所述通孔的轴线上设有导线；
所述第一Rogowski线圈固定在所述绝缘板的一面；
所述第二Rogowski线圈固定在所述绝缘板的另一面；
所述第一Rogowski线圈的匝数小于所述第二Rogowski线圈的匝数；
所述第一Rogowski线圈和所述第二Rogowski线圈的轴线上设有结构和尺寸相同的骨架；
所述第一Rogowski线圈和所述第二Rogowski线圈的一端均设有第一线圈端头；
所述第一Rogowski线圈和所述第二Rogowski线圈的另一端均设有第二线圈端头；
所述第一线圈端头上设有第一信号引线；
所述第一信号引线与所述第一线圈端头连接；
所述第二线圈端头上设有第二信号引线；
所述第二信号引线与所述第二线圈端头连接。
进一步地，所述骨架由4根圆杆组成；
所述4根圆杆首尾通过所述第一Rogowski线圈和所述第二Rogowski线圈环绕相接形成方形结构。
进一步地，所述绝缘板包括第一半环、第二半环、第一联接头和第二联接头；
所述第一半环的一端通过所述第一联接头与所述第二半环的一端相连；
所述第一半环的另一端通过所述第二联接头与所述第二半环的另一端相连。
进一步地，所述第一联接头和所述第二联接头为接插式联接头；
所述第一联接头和所述第二联接头的两端为弹性卡口形状。
进一步地，所述第一Rogoswki线圈和所述第二Rogowski线圈均采用漆包线均匀缠绕成螺旋状；
所述第一Rogowski线圈和所述第二Rogowski线圈的外部由导电金属薄带均匀绕制屏蔽层；
所述屏蔽层的外部设有绝缘保护层。
进一步地，所述绝缘板为环氧树脂板。
一种监测系统，所述监测系统包括所述电流传感器、就地模块、远端模块和光纤；
所述电流传感器与所述就地模块电连接；
所述就地模块通过所述光纤与所述远端模块连接；
所述就地模块包括数据采集单元和电光信号转换单元；
所述电流传感器通过所述数据采集单元与所述电光信号转换单元电连接；
所述数据采集单元通过所述电光信号转换单元与所述光纤连接；
所述远端模块包括光电信号转换单元和数据处理分析单元；
所述光纤通过所述光电信号转换单元与所述数据处理分析单元电连接。
进一步地，监测系统还包括非金属壳体；
所述电流传感器、所述就地模块、所述远端模块和所述光纤封装在所述非金属壳体内部。
本申请的有益效果是：
由以上技术方案可知，本申请提供了一种电流传感器，所述电流传感器包括绝缘板、第一Rogowski线圈和第二Rogowski线圈。所述第一Rogowski线圈固定在所述绝缘板的一面，所述第二Rogowski线圈固定在所述绝缘板的另一面。所述第一Rogowski线圈的匝数小于所述第二Rogowski线圈的匝数。电流传感器能对线路在工频下小电流范围和在高频下大电流范围的信号进行测量。从而，采用本申请的电流传感器避免了利用传统的铁磁式电流互感器进行测量时由于存在铁芯，在一次电流含有直流分量情况下容易饱和，被测电流范围变小，频带窄，拾取信号容易失真。在测量幅值很大的故障电流过程中，不会出现磁饱和现象，具有优良的线性特性，适合应用于对电流测量精度要求较高的场合。本申请还提供了包含上述电流传感器的监测系统，以完成监测过程。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例一种电流传感器的结构示意图；
图2为本申请实施例一种电流传感器的端面结构示意图；
图3为图2的局剖结构示意图；
图4为本申请实施例一种电流传感器输出分析构建模型；
图5为本申请实施例一种电流传感器输出分析构建模型放大图；
图6为本申请实施例一种电流传感器中线圈段数仿真分析图；
图7为本申请实施例一种监测系统的结构示意图。
其中，1-电流传感器，2-绝缘板，3-第一Rogowski线圈，4-第二Rogowski线圈，5-通孔，6-导线，7-骨架，8-第一线圈端头，9-第二线圈端头，10-第一信号引线，11-第二信号引线，12-圆杆，13-第一半环，14-第二半环，15-第一联接头，16-第二联接头，17-屏蔽层，18-绝缘保护层，19-就地模块，20-远端模块，21-光纤，22-数据采集单元，23-电光信号转换单元，24-光电信号转换单元，25-数据处理分析单元，26-非金属壳体。
具体实施方式
这里将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。
电流传感器按照工作原理大致可分为两类：一类是根据被测电流在已知电阻上的电压降来确定被测电流大小的测量装置，如分流器；另一类是根据被测电流所建立的磁场来确定被测电流大小的测量装置，即为磁传感器，如铁磁式电流互感器。使用分流器进行检测的最大问题就是输入与输出之间没有隔离，并且，用分流器测量高频或大电流时，不可避免地带有电感性。因此，当在电力线路中接入分流器后，会影响到被测电流的波形，且不能真实传递电流信号。铁磁式电流互感器的绝缘强度高、性能稳定，功率消耗较小，能承受较大的负载，安装时可不断开被测电路。但是，由于铁磁式电流互感器使用铁芯材料，并非具有理想的磁化特性，在一次电流含有直流分量情况下容易饱和，从而使得被测电流范围变小，频带窄，拾取信号容易失真，不适合应用于对电流测量精度要求较高的场合。例如，对于检测幅值加大的暂态电流或者高di/dt电流时，铁磁式电流互感器不能无失真的反映被测电流，测量误差较大。
本申请提供一种电流传感器，所述电流传感器1包括绝缘板2、第一Rogowski线圈3和第二Rogowski线圈4；
所述绝缘板2的中央设有通孔5；
所述通孔5的轴线上设有导线6；
所述第一Rogowski线圈3固定在所述绝缘板2的一面；
所述第二Rogowski线圈4固定在所述绝缘板2的另一面；
所述第一Rogowski线圈3的匝数小于所述第二Rogowski线圈4的匝数；
所述第一Rogowski线圈3和所述第二Rogowski线圈4的轴线上设有结构和尺寸相同的骨架7；
所述第一Rogowski线圈3和所述第二Rogowski线圈4的一端均设有第一线圈端头8；
所述第一Rogowski线圈3和所述第二Rogowski线圈4的另一端均设有第二线圈端头9；
所述第一线圈端头8上设有第一信号引线10；
所述第一信号引线10与所述第一线圈端头8连接；
所述第二线圈端头9上设有第二信号引线11；
所述第二信号引线11与所述第二线圈端头9连接。
具体地，参见图1为本申请实施例一种电流传感器的结构示意图，图2为本申请实施例一种电流传感器的端面结构示意图；
第一Rogowski线圈3采用漆包线均匀地绕制在第一Rogowski线圈3轴线的骨架7上。第二Rogowski线圈4采用漆包线均匀地绕制在第二Rogowski线圈4轴线的骨架7上。骨架7可采用塑料、陶瓷等非磁性材料制成，其相对导磁率与空气的相对导磁率相同。由于第一Rogowski线圈3和第二Rogowski线圈4的磁路不含铁芯，因此无饱和问题。将第一Rogowski线圈3固定在所述绝缘板2的一面，所述第二Rogowski线圈4固定在所述绝缘板2的另一面。
参见图4为本申请实施例一种电流传感器1输出分析构建模型，图5为本申请实施例一种电流传感器1输出分析构建模型放大图。具体电流传感器1输出信号分析过程如下。
由于第一Rogowski线圈3和第二Rogowski线圈4结构相同，只是匝数不同，所以只需建立一个模型即可。
图5中，第k匝数线圈内边磁感应强度为：
外边磁感应强度为：
其中，Bkn为第k匝数线圈内边磁感应强度，Bkm为第k匝数线圈外边磁感应强度，μrμ0为环境磁导率，i(t)为线圈中心O点处交流电流，Hkn为第k匝数线圈内边磁场强度，Hkm为第k匝数线圈外边磁场强度，l为线圈中心O点距离线圈内边的距离，d为线圈直径，dk为第k匝数线圈所在截面距线圈中心O点所在截面的垂直距离。
若l>8d，则Bkn/Bkm<1.008，近似认为线圈截面磁场处处相等。
垂直于第k匝数线圈截面方向的磁感应强度为：
其中，Bk’为垂直于第k匝数线圈截面方向磁感应强度，lk为线圈中心O距线圈截面中心的距离。
垂直于第k匝数线圈截面方向的磁通量为：
其中，φk为垂直于第k匝数线圈截面方向的磁通量，S为第k匝数截面积。
其中，
磁链：
电压输出：
其中，N’代表线圈匝数。
举例进行计算，如果一次额定电流，即线圈中心导线电流为100A时，d＝5mm，l＝21mm，第一Rogowski线圈3的匝数N’＝400匝，第二Rogowski线圈4的匝数N’＝2000匝，此时两个线圈的输出uout分别为5.04mv和25.24mv。
由于第一Rogowski线圈3的匝数小于第二Rogowski线圈4的匝数，因此第一Rogowski线圈3用于实现较大电流的测量，第二Rogowski线圈4用于实现微弱电流的测量。当线路处于工频下，采用第一Rogowski线圈3对电流进行检测；当线路处于高频的故障状态时，采用第二Rogowski线圈4对电流进行检测。检测得到的数据通过第一信号引线10和第二信号引线11进行传输。由此，对线路在工频下小电流范围和在高频下大电流范围的信号进行检测。小电流范围内可测量毫安级，大电流范围可测量百安级电流。从而，采用本申请的电流传感器1避免了利用传统的铁磁式电流互感器进行测量时由于存在铁芯，在一次电流含有直流分量情况下容易饱和，被测电流范围变小，频带窄，拾取信号容易失真。通过设计结构相同而匝数不同的第一Rogowski线圈3和第二Rogowski线圈4，对线路在工频下小电流范围和在高频下大电流范围的信号均能进行测量。在测量幅值很大的故障电流过程中，不会出现磁饱和现象，具有优良的线性特性，适合应用于对电流测量精度要求较高的场合。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种电流传感器，所述电流传感器1包括绝缘板2、第一Rogowski线圈3和第二Rogowski线圈4。所述第一Rogowski线圈3固定在所述绝缘板2的一面，所述第二Rogowski线圈4固定在所述绝缘板2的另一面。所述第一Rogowski线圈3的匝数小于所述第二Rogowski线圈4的匝数。电流传感器能对线路在工频下小电流范围和在高频下大电流范围的信号进行测量。从而，采用本申请的电流传感器1避免了利用传统的铁磁式电流互感器进行测量时由于存在铁芯，在一次电流含有直流分量情况下容易饱和，被测电流范围变小，频带窄，拾取信号容易失真。在测量幅值很大的故障电流过程中，不会出现磁饱和现象，具有优良的线性特性，适合应用于对电流测量精度要求较高的场合。本申请还提供了包含上述电流传感器的监测系统，以完成监测过程。
进一步地，所述骨架7由4根圆杆12组成；
所述4根圆杆12首尾通过所述第一Rogowski线圈3和所述第二Rogowski线圈4环绕相接形成方形结构。
具体地，参见图6，为本申请实施例一种电流传感器中线圈数量仿真分析图。其中N代表线圈划分成的段数，d代表线圈直径。利用MATLAB软件分别在电流传感器中线圈数量为1、2、3、4、8的情况下进行仿真，得到百分比误差与距离，即线圈直径d之间的关系图。从而得到段数N对电路测量结果准确度的影响。从图6可以看出，段数N不同，电路测量结果的百分比误差不同。当采用4段线圈均匀放置在被测导线6周围构成的电流传感器1，即电流传感器中相邻段线圈的夹角为90度时，在图6所示的线圈直径d范围内电流传感器1所测得的百分比误差均小于0.2％，满足了测量精度的要求。当段数N小于4时，相邻线圈的夹角小于90度，能够很明显地看出其测量结果的百分比误差要大于段数N等于4时测量结果的百分比误差。当段数N大于4时，能够很明显地看出其测量结果的百分比误差在图6所示的线圈直径d范围内均小于0.1％。综合图6得到的结果，在线圈直径d较小时，段数N越大测量结果的百分比误差更小，在线圈直径d较大时，不同线圈段数N下测量结果的百分比误差接近。因此，综合考虑测量精度和成本，选择4段线圈构成Rogowski线圈从而制成电流传感器。
采用4根所述圆杆12首尾通过所述第一Rogowski线圈3和所述第二Rogowski线圈4环绕相接形成方形结构，使得易于加工和绕制，且在较小的空间里能绕制更多的线圈匝数，易于安装于较小的空间内。
进一步地，所述绝缘板2包括第一半环13、第二半环14、第一联接头15和第二联接头16；
所述第一半环13的一端通过所述第一联接头15与所述第二半环14的一端相连；
所述第一半环13的另一端通过所述第二联接头16与所述第二半环14的另一端相连。
具体地，第一Rogowski线圈3和第二Rogowski线圈4均由4段线圈构成，将4段线圈分为两组，每组2段相邻线圈，组成2段相邻线圈构成L型，其中任意组线圈位于第一半环13，另一组线圈位于第二半环14。当需要对线路进行检测时，将第一半环13的一端从第一联接头15的一端移出，绝缘板2被打开，形成开合式结构。第一半环13绕过线路，使得被测导线6卡在第一半环13和第二半环14中间，然后将第一半环13插入到第一联接头15的一端，使整个电流传感器1处于闭合环状。通过第一信号引线10和第二信号引线11输出信号，即输出电压Uout，从而可实现运行中电流回路的在线监测。进而，可以方便地检测被测导线6中的电流，无需导线6断开，可对工作中的电流回路进行测量。第二联接头16方便第一半环13的另一端和第二半环14的另一端进行转动连接和安装。
进一步地，所述第一联接头15和所述第二联接头16为接插式联接头；
所述第一联接头15和所述第二联接头16的两端为弹性卡口形状。
具体地，第一联接头15和第二联接头16为接插式联接头，从而采用接插式对接将第一半环13和第二半环14进行连接，安装方便，并节省了安装空间。第一联接头15和第二联接头16的两端制成弹性卡口形状，省力且便于连接。
进一步地，所述第一Rogoswki线圈3和所述第二Rogowski线圈4均采用漆包线均匀缠绕成螺旋状；
所述第一Rogowski线圈3和所述第二Rogowski线圈4的外部由导电金属薄带均匀绕制屏蔽层17；
所述屏蔽层的外部设有绝缘保护层18。
具体地，本申请的电流传感器1由于是一种磁传感器，在进行检测时，电流传感器1处于一种电磁环境。为保证电流传感器1在同一电磁环境中各种设备都能正常工作而又互不干扰，即提高了电流传感器1抗电磁干扰能力，将第一Rogowski线圈3和第二Rogowski线圈4的外部由导电金属薄带均匀绕制屏蔽层17。第一线圈端头8和同一端的屏蔽层17呈串联连接。第一线圈端头8和同一端的屏蔽层17呈串联连接。
进一步地，所述绝缘板2为环氧树脂板。
具体地，环氧树脂板是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料，从而保证绝缘板2的绝缘性能。环氧树脂板具有优良的力学性能，从而保证第一Rogowski线圈3和第二Rogowski线圈4稳定地安装在绝缘板2上。环氧树脂板具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性，从而保证绝缘板2具有更长的使用寿命。
一种监测系统，所述监测系统包括所述的电流传感器1、就地模块19、远端模块20和光纤21；
所述电流传感器1与所述就地模块19电连接；
所述就地模块19通过所述光纤21与所述远端模块20接；
所述就地模块19包括数据采集单元22和电光信号转换单元23；
所述电流传感器1通过所述数据采集单元22与所述电光信号转换单元23电连接；
所述数据采集单元22通过所述电光信号转换单元23与所述光纤21连接；
所述远端模块20包括光电信号转换单元24和数据处理分析单元25；
所述光纤21通过所述光电信号转换单元24与所述数据处理分析单元25电连接。
具体地，参见图7为本申请实施例一种监测系统的结构示意图。将第一信号引线10和第二信号引线11与就地模块19直接连接，从而实现电流传感器1与就地模块19电连接。进而，将线路在工频下小电流范围和在高频下大电流范围测量到的信号进入就地模块19。
光纤21信号传输的媒质，具有优良的电绝缘性能。经过电流传感器1输出的电信号通过数据采集单元22进行采集，并有由电光信号转换单元23进行数字化光调制后被就地转换为数字化的光脉冲信号，并通过光纤21传输到远端模块20，利用光电信号转换单元将光脉冲信号转换为模拟量信号，并由数据处理分析单元25进行数据处理和分析。分析结果用于对被测导线6中的电流进行参数计算、趋势预测、数据存储、波形显示等。具有电流传感器1的整个监测系统检测准确度高，可有效监测电流回路的运行状态；系统传感器安装方便、体积小；并且，采用光纤21进行信号传输，使得监测系统具有优良的抗电磁干扰能力，系统不会引入额外误差，提高了系统的稳定性和可靠性。
进一步地，监测系统还包括非金属壳体26；
所述电流传感器1、所述就地模块19、所述远端模块20和所述光纤21封装在所述非金属壳体26内部。
具体地，非金属壳体26为电流传感器1、就地模块19、远端模块20、光纤21、以及被测导线6提供了密闭、干燥的环境，从而保证监测系统可靠运行。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种电流传感器，所述电流传感器1包括绝缘板2、第一Rogowski线圈3和第二Rogowski线圈4。所述第一Rogowski线圈3固定在所述绝缘板2的一面，所述第二Rogowski线圈4固定在所述绝缘板2的另一面。所述第一Rogowski线圈3的匝数小于所述第二Rogowski线圈4的匝数。电流传感器能对线路在工频下小电流范围和在高频下大电流范围的信号进行测量。从而，采用本申请的电流传感器1避免了利用传统的铁磁式电流互感器进行测量时由于存在铁芯，在一次电流含有直流分量情况下容易饱和，被测电流范围变小，频带窄，拾取信号容易失真。在测量幅值很大的故障电流过程中，不会出现磁饱和现象，具有优良的线性特性，适合应用于对电流测量精度要求较高的场合。本申请还提供了包含上述电流传感器的监测系统，以完成监测过程。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”等其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的设备不仅包括那些要素，而且还包括么有明确列出的其他要素，或者还包括为这种设备所固有的要素。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。