一種複合型羅氏線圈積分電阻及其製造方法與流程

2023-05-27 13:09:11

本發明屬於脈衝電流測量領域，特別涉及一種複合型羅氏線圈積分電阻及其製造方法。

背景技術：

脈衝電流測量是脈衝功率技術領域的重要環節之一，具有十分重要的意義。隨著脈衝功率技術的不斷發展，新型脈衝電流源不斷出現，被測量的電流可能具有幅值高、頻帶寬等特徵。羅氏線圈(Rogowski Coil)是一種非接觸式電流測量方法，其原理是利用法拉第電磁感應定律，利用被測電流周圍產生的磁場在線圈中感應出的電動勢，並通過線圈末端的積分環節完成對電流的測量。

羅氏線圈的結構包括骨架、導線與積分器。一般來說，通過將細金屬導線沿同一方向均勻纏繞在線圈骨架上，並將導線兩端連接在積分器上即可。被測量的電流或帶電束流流過線圈中心，在周圍產生磁場，若主電流有變化，則可以在線圈所在的骨架區域中產生感應電動勢與相應的電流，且由於電動勢和被測電流的微分成正比，所以需要加入積分環節。對於不同的應用場合，可對線圈骨架的結構材質、匝數進行優化設計。線圈與積分器構成迴路，積分器輸出電壓信號至示波器通過線圈的靈敏度即可得到真實電流波形。羅氏線圈可由線圈骨架的材質分為磁芯線圈和空心線圈；也可通過積分方式的不同分為自積分線圈與外積分線圈。自積分線圈通過電阻直接將線圈兩輸出端相連，完成積分環節，通常用於μs甚至ns尺度的信號測量；外積分線圈一般通過電阻與電容構成積分環節，多用於低頻信號測量。

對於幅值較大、頻帶較寬的脈衝電流信號，如上升沿或下降沿陡、持續時間長且幅值高的脈衝電流，使用傳統的羅氏線圈則不能滿足需要。由於被測電流幅值高，磁芯容易飽和，需採用空心線圈；由於被測電流既含有高頻分量，又含有低頻分量，若單純的使用自積分或外積分線圈進行測量，可能會因為帶寬不足導致信號畸變。

技術實現要素：

基於此，一種複合型羅氏線圈積分電阻，所述積分電阻包括：回流裝置、外積分電阻、自積分電阻、電纜頭和積分電容：

所述外積分電阻位於回流裝置內部；

所述回流裝置的一端與電纜頭的外殼相連接，另一端與積分電容的一端相連接；

所述積分電容的另一端與自積分電阻相連接；

所述電纜頭的芯子與外積分電阻的一端、自積分電阻相連接。

並公開了一種複合型羅氏線圈積分電阻的製造方法，所述方法包括以下步驟：

S100、將羅氏線圈一根引出線與外積分電阻相連接，同時將外積分電阻的另一端與電纜頭的內芯相連接；

S200、將自積分電阻、積分電容的一端與電纜頭內芯形成電氣連接，將積分電容的另一端與回流裝置形成電氣連接；

S300、將回流裝置的一端與所述自積分電阻、積分電容和電纜頭外殼相連接，將回流裝置的另一端與羅氏線圈的另一根引出線相連接。

本發明提出一種複合型羅氏線圈積分電阻及一種相應的積分電阻製造方法。所述積分電阻能夠大大拓寬空心羅氏線圈的頻帶，有效地結合了自積分線圈與外積分線圈的優勢，減小波形畸變，提高測量精確度。所述方法的這種結構設計能夠減小電感與電流分布不均勻對測量結果的影響，同時圓錐狀金屬支架能夠對外界幹擾起到屏蔽作用，提高輸出信號的準確度。

附圖說明

圖1為本發明一個實施例中複合羅氏線圈電路結構示意圖；

圖中，e(t)為線圈感應電動勢等效電源，L為線圈電感，R1為外積分電阻，R2為自積分電阻，C為積分電容；

圖2為本發明一個實施例中複合羅氏線圈一種積分電阻結構示意圖；

圖中，1為絕緣支撐，2為外積分電阻，3為自積分電阻，4為積分電容，5為絕緣層，6為回流結構，7為電纜頭。

具體實施方式

下面結合附圖和具體的實施例對本發明進行進一步的說明；

本發明涉及用於測量不同脈衝前沿(ns級、μs級、ms級)、不同幅值(幾十～幾百kA)脈衝電流的複合型羅氏線圈積分電阻及其製造方法。

在一個實施例中，所述積分電阻包括：回流裝置、外積分電阻、自積分電阻、電纜頭和積分電容：

所述外積分電阻位於回流裝置內部；

所述回流裝置的一端與電纜頭的外殼相連接，另一端與積分電容的一端相連接；

所述積分電容的另一端與自積分電阻相連接；

所述電纜頭的芯子與外積分電阻的一端、自積分電阻相連接。

在本實施例中，所述回流裝置為電流提供反向流通通道，以減小電感；所述外積分電阻是在低頻下滿足積分條件設置的電阻，且阻值較大；所述自積分電阻是在高頻下滿足積分條件設置的電阻，阻值較小；所述電纜頭為輸出信號使用的埠；所述積分電容用於在低頻下與外積分電阻完成積分，高頻下阻抗低，視為短路。

本實施例所述的積分電阻能夠大大拓寬羅氏線圈的頻帶，有效地結合了自積分線圈與外積分線圈的優勢，減小波形畸變，提高測量精確度。

在一個實施例中，所述回流裝置為圓錐狀的金屬支撐，金屬支撐的內部設置有絕緣支撐，絕緣支撐的內部設置有外積分電阻。

本實施例所述的金屬支撐也可製成圓柱狀，其主要起回流與支撐作用。所述回流作用是為流過線圈一端、同軸中心的外積分電阻、自積分電阻以及積分電容提供流回線圈另一端的通路；所述支撐作用是為上述各元件提供足夠的空間，也使得各部分更加堅固。

在一個實施例中，所述電纜頭與自積分電阻之間設有絕緣層。

在本實施例中，由於信號電壓主要採集自積分電阻兩端的電壓，所以自積分電阻不能與電纜頭接觸，需要採用絕緣材料對電纜頭和自積分電阻進行隔離。

在一個實施例中，所述電纜頭伸入回流裝置中，並與回流裝置相接觸。

在一個實施例中，所述羅氏線圈的兩根引出線分別與回流裝置和外積分電阻相連接。

在本實施例中，如圖2所示：所述羅氏線圈的兩條引出線與外積分電阻、自積分電阻和自積分電容串聯構成迴路，通過採集自積分電阻與自積分電容的電壓降隨時間變化的曲線，可通過計算得到被測電流的波形。

在一個實施例中，製成所述金屬支撐的材料為具有磁導率低電阻率小的金屬材料，包括銅、鋁和銀。

在本實施例中，選擇具有磁導率低電阻小的金屬材料製成所述金屬支撐是因為磁導率對於導體內電感有很大影響，磁導率越高，電感越大，積分電阻電感大會導致高頻響應下降與波形畸變，為減少這種影響，應減小電感，故而使用磁導率低的金屬材料。低電阻是為了使更高比例的電壓降落在設計的相應電阻上，提高測量精度。

在一個實施例中，製成所述絕緣支撐的材料為絕緣強度好、機械強度高的絕緣材料，包括尼龍、聚四氟乙烯。

在本實施例中，所述絕緣支撐的材料絕緣強度好是為了使得回流裝置更安全、更穩定，不易電擊穿；機械強度好是為了使回流裝置不易損壞，堅固耐用。

在一個實施例中，所述電纜頭與回流裝置接觸具體為：回流裝置的一端與電纜頭的外沿採用電接觸，且所述電接觸要能夠保證機械強度。

在本實施例中，所述電纜頭與回流裝置的接觸一般採用螺紋連接。所述回流裝置的一端與電纜頭採用電接觸，能夠按照設計使得信號正常傳遞，不會因為接觸不堅固使得信號無法輸出；所述電接觸要能夠保證機械強度是為了在各種環境下正常使用，如噪音、震動。

在一個實施例中，根據測量對象的測量頻率範圍和羅氏線圈模型，選定外積分電阻，自積分電阻與積分電容。

在本實施例中，所述羅氏線圈模型分為集總參數模型和分布參數模型；集總參數模型適用於測量低頻信號，模型簡單；分布參數模型對全頻帶都可進行測量，結果更為精確但更為複雜；本實施例將根據不同的測量對象選擇不同的羅氏線圈模型進行計算。圖1為本發明的一個複合羅氏線圈模型電路結構示意圖；圖中，e(t)為線圈感應電動勢等效電源，L為線圈電感，R1為外積分電阻，R2為自積分電阻，C為積分電容。在本實施例中，當測量信號波形緩慢的時候，如測量1.2μs/50μs的雷電流波形，選擇外積分電阻的阻值為10kΩ，自積分電阻的阻值為1Ω，積分電容為100nF，即可取得較好的效果。

在一個實施例中，本發明公開了一種複合型羅氏線圈積分電阻的製造方法，所述方法包括以下步驟：

S100、將羅氏線圈一根引出線與外積分電阻相連接，同時將外積分電阻的另一端與電纜頭的內芯相連接；

S200、將自積分電阻、積分電容的一端與電纜頭的內芯形成電氣連接，將積分電容的另一端與回流裝置形成電氣連接；

S300、將回流裝置的一端與所述自積分電阻、積分電容和電纜頭外殼相連接，將回流裝置的另一端與羅氏線圈的另一根引出線相連接。

在本實施例中，所述方法的這種結構設計能夠減小電感與電流分布不均勻對測量結果的影響，同時圓錐狀金屬支架能夠對外界幹擾起到屏蔽作用，提高輸出信號的準確度。

在一個實施例中，本發明公開了一種複合型羅氏線圈積分電阻，包括：回流裝置以及設置於回流裝置內的外積分電阻，其中，回流裝置即圓錐狀的金屬支撐，金屬支撐的內部設置有絕緣支撐，絕緣支撐的內部即外積分電阻；

回流裝置的一端與電纜頭的外殼相連，電纜頭的芯子連接外積分電阻的一端，也連接自積分電阻，積分電容一端與自積分電阻相連，一端與回流裝置相連，電纜頭與自積分電阻和積分電容之間設有絕緣層。

複合型羅氏線圈積分電阻中電纜頭伸入回流裝置，並與之接觸。

兩根線圈引出線分別與回流裝置和外積分電阻相連。

以上實施例僅用以說明本發明專利而並非限制本發明專利所描述的技術方案；因此儘管本說明書參照上述的各個實施例對本發明專利已進行了詳細的說明，但是本領域的技術人員應當理解，仍然可以對本發明專利進行修改或等同替換；而一切不脫離本發明專利的精神和範圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本發明專利的權利要求範圍中。