CN104349595A - 一种抗磁场干扰两块pcb开口罗氏线圈设计方法与实现 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能对抗外界磁场干扰的两块PCB开口罗氏线圈设计方法与实现。两块PCB开口罗氏线圈，由位于两块PCB上的两组绕线方向相反的线圈第一线圈和第二线圈串联而成，包括了若干个串联的相同组成单元，所有组成单元的中心均匀分布在待测电流产生的磁场的一条磁力线上。每一个组成单元包括了第一线圈和第二线圈的各一圈线匝，这两圈线匝紧密相邻，每一圈线匝包括进线、出线及绕线，最后一个组成单元的两条出线直接相连。绕线由位于不同层的布线和不同层之间的过孔环绕而成，绕线平面垂直于PCB表面，绕线的布线路径在垂直于PCB表面的方向上重合。通过该绕线截面中心的磁力线法线方向和绕线截面方向近似同向，切线方向和绕线截面近似垂直。

Description

一种抗磁场干扰两块PCB开口罗氏线圈设计方法与实现

技术领域

本发明总的涉及电流传感器中的PCB(印刷电路板)罗氏线圈，具体涉及一种抗磁场干扰两块PCB开口罗氏线圈设计方法与实现。

背景技术

罗氏(Rogowski)线圈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。

罗氏线圈依据其测量时是否可以打开，可以分成闭合罗氏线圈和开口罗氏线圈。图1显示的是开口罗氏线圈100测量载流导体113中交流电流I(t)的过程，图1A显示的是开口罗氏线圈100处于打开状态，图1B显示的是开口罗氏线圈100处于闭合状态。

图1A和图1B显示的开口罗氏线圈100由两半线圈：线圈101和线圈102组成。线圈101由如下部分组成：信号输出端103、信号输出端104，信号输出端103到线圈101端点109之间的环形绕组107，线圈101端点109到信号输出端104之间的回线匝111。线圈102由如下部分组成：信号输出端105、信号输出端106，信号输出端105到线圈102端点110之间的环形绕组108，线圈102端点110到信号输出端106之问的回线匝112。线圈101的信号输出端104和线圈102的信号输出端106相连，组成完整的开口罗氏线圈100，线圈101的信号输出端103和线圈102的信号输出端105，作为开口罗氏线圈100的两个信号输出端。

当应用开口罗氏线圈100测量载流导体113中待测交流电流I(t)时，首先需要打开开口罗氏线圈100的两半线圈：线圈101和线圈102，去包围载流导体113，随后闭合开口罗氏线圈100的两半线圈：线圈101和线圈102，让载流导体113处于闭合后的开口罗氏线圈100的中心。为了保证测量精度，需要让载流导体113垂直穿过开口罗氏线圈100的中心，载流导体113的中心和开口罗氏线圈100的中心重合。开口罗氏线圈100环绕在载流导体113周围，当待测交流电流I(t)流过载流导体113时，待测交流电流I(t)会在载流导体113周围产生交流磁场，磁力线近似为以载流导体113中心为圆心的圆。

开口罗氏线圈100的线圈101的环形绕组107的各圈线匝中心，和线圈102的环形绕组108的各圈线匝中心，就位于其中的一条圆形磁力线上。开口罗氏线圈100的线圈101的环形绕组107的各圈线匝对应的截面积相等，各圈线匝截面方向和过该截面中心的磁力线法线方向(即该截面中心到载流导体113中心半径方向)近似一致，截面和该圆形磁力线的切线方向近似垂直。开口罗氏线圈100的线圈102的环形绕组108的各圈线匝对应的截面积相等，各圈线匝截面方向和过该截面中心的磁力线法线方向(即该截面中心到载流导体113中心半径方向)近似一致，截面和该圆形磁力线的切线方向近似垂直。这样可以保证开口罗氏线圈100的线圈101的环形绕组107的各个线匝的磁通φ_i(t)和线圈102的环形绕组108的各个线匝的磁通φ_i(t)，全部近似相等，而且该磁通和电流成正比。

φ_i(t)＝L·I(t)     1)

待测交流电流I(t)在开口罗氏线圈100环形绕组所包围的体积内产尘磁通的变化，可以被开口罗氏线圈100转换成与各个线匝总磁通微分成比例的电压信号，就是开口罗氏线圈100的信号输出端103和信号输出端105之间的输出电压信号V(t)。

$V\left(t\right)=-\frac{d}{\mathrm{dt}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\Φ}}_i\left(t\right)---2)$

简化之后可以得到，开口罗氏线圈输出电压信号V(t)近似与交流电流I(t)的微分成比例。

$V\left(t\right)=-M\·\frac{\mathrm{dI}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}---3)$

对开口罗氏线圈输出电压信号V(t)进行积分，就可以得到和交流电流I(t)成比例的信号，这就是开口罗氏线圈测量交流电流的原理。

I(t)＝K·∫V(t)dt     4)

开口罗氏线圈100在进行电流测量时，开口罗氏线圈100的线圈101的环形绕组107和线圈102的环形绕组108，除了拾取到待测交流电流I(t)产生的磁场变化之外，也会拾取到空间中的其他交变干扰磁场。比如当出现垂直于图1中纸面方向的交变干扰磁场时，线圈101的环形绕组107的起点103和终点109之间，线圈102的环形绕组108的起点105和终点110之间，就会产生由于交变干扰磁场产生的电压信号。

为了抵抗外界磁场对开口罗氏线圈100测量的影响，开口罗氏线圈100的线圈101除了环形绕组107之外，还会在环形绕组107的终点109和信号输出端104之间，沿环形绕组107的中心所在的圆，绕制一圈回线匝111；开口罗氏线圈100的线圈102除了环形绕组108之外，还会在环形绕组108的终点110和信号输出端106之间，沿环形绕组108的中心所在的圆，绕制一圈回线匝112。

这样当出现垂直于图1中纸面方向的交变干扰磁场时，在回线匝111的起点：线圈101端点109和终点：信号输出端104之间，会产尘由于交变干扰磁场产生的电压信号，这个电压信号和环形绕组107的起点：信号输出端103和终点：线圈101端点109之间的电压信号，大小近似相等，极性相反，两个电压信号叠加的结果近似为0。这样当出现垂直于图1中纸面方向的交变干扰磁场时，在开口罗氏线圈100的线圈101信号输出端103和信号输出端104之间几乎不会产生干扰电压信号。

这样当出现垂直于图1中纸面方向的交变干扰磁场时，在回线匝112的起点：线圈102端点110和终点：信号输出端106之间，会产尘由于交变干扰磁场产生的电压信号，这个电压信号和环形绕组108的起点：信号输出端105和终点：线圈102端点110之间的电压信号，大小近似相等，极性相反，两个电压信号叠加的结果近似为0。这样当出现垂直于图1中纸面方向的交变干扰磁场时，在开口罗氏线圈100的线圈102信号输出端105和信号输出端106之间几乎不会产生干扰电压信号。

传统的绕线式罗氏线圈如图2所示，通过在圆环形非导磁材料的骨架上绕线而成，包括了环形绕组和回线匝。在绕制时，首先沿圆环形骨架中心所在位置放置一圈回线匝，再绕制环形绕组。外界干扰磁场在罗氏线圈的环形绕组上产尘的电压信号，和回线匝上产生的电压信号大小近似相等，极性相反，叠加之后的结果近似为0，这样就降低了外界磁场对罗氏线圈测量的影响。

传统的绕线式罗氏线圈，绕线通常是由人工或绕线机来完成，很难做到线圈均匀绕制、每匝线圈横截面相等，而且有易断线及层间电容增大误差等缺点，在工业尘产中参数一致性很难得到保证，从而影响罗氏线圈测量电流时的特性。

为了克服传统式罗氏线圈的缺点，出现了一种新型的由PCB制成的罗氏线圈，简称PCB罗氏线圈，如图3中的圆环形的PCB罗氏线圈305和310所示。PCB罗氏线圈采用计算机辅助设计(CAD)，将印制导线(后续简称为布线)均匀布置在PCB上，如图3中的PCB罗氏线圈305所示。PCB罗氏线圈305和PCB罗氏线圈310为双面PCB，有两层布线，分别为顶层(以面向读者的PCB表面为PCB的顶层)和底层(和PCB顶层反向的另一面为PCB底层)。PCB罗氏线圈305的环形绕组一圈线匝由顶层布线315，连接顶层和底层的金属化孔(后续简称为过孔)320，底层布线325组成。PCB罗氏线圈305各圈线匝以圆环PCB中心为中心，沿圆环均匀布置，线匝截面垂直于PCB。

由于PCB采用数字加工技术，能从工艺上保证PCB罗氏线圈各圈线匝的线圈截面积相等，制作出的PCB罗氏线圈，不仅克服了传统式罗氏线圈的缺点，而且灵敏度、测量精度及性能稳定性都要优于传统的由铜线绕制的线圈。制作PCB罗氏线圈只需将其布线图在电脑上绘制，简便快捷。PCB罗氏线圈由数控机床生产，避免了繁琐的绕制过程，可以缩短线圈加工的周期，提高生产的效率。大批量生产时PCB罗氏线圈参数的分散性较小，同一批尘产出的线圈，其分布参数基本一致。

PCB罗氏线圈305在进行电流测量时，环形绕组除了拾取到待测交流电流I(t)产尘的磁场变化之外，也会拾取到空间中的其他交变干扰磁场。比如当出现垂直于图3中纸面方向的交变干扰磁场时，PCB罗氏线圈305的输出端345和输出端350之间会产生干扰电压信号。为了抵抗外界磁场对PCB罗氏线圈305测量的影响，可以采用两块PCB罗氏线圈串联，组成一个组合PCB罗氏线圈，如图3所示，PCB罗氏线圈305和PCB罗氏线圈310串联，组成组合PCB罗氏线圈300。

PCB罗氏线圈310和PCB罗氏线圈305的布线镜像布置，环形绕组绕线方向相反。PCB罗氏线圈310的一圈线匝由底层布线330、过孔335和顶层布线340组成，而对应的PCB罗氏线圈305的一圈线匝由顶层布线315、过孔320和底层布线325组成。同时底层布线330和顶层布线315、过孔335和过孔320、顶层布线340和底层布线325位置完个一样。其他各圈线匝也同样如此。

组成组合PCB罗氏线圈300时，PCB罗氏线圈305和PCB罗氏线圈310上下层叠放置，PCB罗氏线圈305的输出端345、输出端350，和PCB罗氏线圈310的输出端355、输出1端360，位置完全重合。PCB罗氏线圈305的输出端350和PCB罗氏线圈310的输出端360相连，实现PCB罗氏线圈305和PCB罗氏线圈310的串联。组合PCB罗氏线圈300的输出端365和罗氏线圈305的输出端345相连，组合PCB罗氏线圈300的输出端370和罗氏线圈310的输出端355相连，

当出现垂直于图3中纸面方向的交变干扰磁场时，PCB罗氏线圈305的输出端345和输出端350之间产生的干扰电压信号，和PCB罗氏线圈310的输出端355和输出端360之间产生的干扰电压信号，大小基本一致，极性相反。在PCB罗氏线圈305和PCB罗氏线圈310串联情况下，这两个干扰信号叠加的结果近似为0。这样当出现垂直于图1中纸面方向的交变干扰磁场时，在组合PCB罗氏线圈300的输出端365和输出端370之间几乎不会产尘干扰电压信号。

这种处理方法使用的两个PCB罗氏线圈，虽然距离很近，但是在外界磁场作用下产生的干扰并不能完全一致，不可以完全抵消。进一步的，可以将这两个PCB罗氏线圈设计在两块PCB上，这样设计的两个PCB罗氏线圈串联可以更好地实现降低外界磁场干扰的效果。图4A和图4B显示的是在两块PCB上的由两组绕线方向相反的线圈串联而成的PCB罗氏线圈(参见HIGH PRECISION ROGOWSKI COIL，UNITED STATES PATENT，US6313623NOV.62001)，图4A显示的是采用交错形式布线在两块PCB上的由两组绕线方向相反的线圈串联而成的PCB罗氏线圈，图4B显示的是采用叉指形式布线在两块PCB上的由两组绕线方向相反的线圈串联而成的PCB罗氏线圈。

图4A和图4B显示的在两块PCB上由两组绕线方向相反的线圈串联而成的PCB罗氏线圈方案，虽然可以可以更好地降低外界磁场干扰的效果，但是这样设计的两个线圈仍然设有很好地达到完全一致，不能很好地实现消除外界磁场干扰的影响。为此有必要提供一种两块PCB开口罗氏线圈设计方法，能够设计出更为一致的两组串联的绕线方向相反的两块PCB开口罗氏线圈，能够更进一步地降低外界磁场对测量的影响，提高两块PCB开口罗氏线圈对抗外界磁场干扰的能力。

发明内容

本发明提供了一种能对抗外界磁场干扰的两块PCB开口罗氏线圈设计方法与实现。

按照本发明的一个方面，本发明公开了一种能对抗外界磁场干扰的两块PCB开口罗氏线圈设计方法，其包括：

(1)能对抗外界磁场干扰的两块PCB开口罗氏线圈，由两组绕线方向相反的线圈串联而成，分别为第1线圈和第2线圈，每块PCB上都有第1线圈和第2线圈的一部分。

(2)能对抗外界磁场干扰的两块PCB开口罗氏线圈，由两块PCB组成，每块PCB上设置了两个外部接入点：第1外部接入点、第2外部接入点。每块PCB上的第1外部接入点为每块PCB上第1线圈的起点，每块PCB上的第2外部接入点为每块PCB上第2线圈的终点。

(3)两块PCB可以有两种连接方式：两块PCB的第1外部接入点直接相连，两块PCB的第2外部接入点作为两块PCB开口罗氏线圈的两个信号输出端，分别为第1信号输出端和第2信号输出端；两块PCB的第2外部接入点直接相连，两块PCB的第1外部接入点作为两块PCB开口罗氏线圈的两个信号输出端，分别为第1信号输出端和第2信号输出端。第1信号输出端所在的PCB为第1PCB，第2信号输出端所在的PCB为第2PCB。

(4)第1PCB和第2PCB，每块PCB都是由若干个相同的组成单元串联而成，每一个组成单元包括了第1线圈和第2线圈的各一圈线匝，这两圈线匝紧密相邻。

(5)两块PCB开口罗氏线圈的每块PCB的每一个组成单元的第1线圈的一圈线匝包括：进线、绕线、出线，进线和出线分别用于连接上一个组成单元和下一个组成单元属于第1线圈的线匝，绕线由位于不同层的布线和不同层之问的过孔环绕而成。两块PCB开口罗氏线圈的每块PCB的每一个组成单元的第2线圈的一圈线匝包括：进线、绕线、出线，进线和出线分别用于连接上一个组成单元和下一个组成单元属于第2线圈的线匝，绕线由位于不同层的布线和不同层之间的过孔环绕而成。

(6)第1PCB第1个组成单元的第1线圈的一圈线匝的进线与第1PCB的第1外部接入点相连，第1PCB第1个组成单元的第2线圈的一圈线匝的进线与第1PCB的第2外部接入点相连。第2PCB第1个组成单元的第1线圈的一圈线匝的进线与第2PCB的第1外部接入点相连，第2PCB第1个组成单元的第2线圈的一圈线匝的进线与第2PCB的第2外部接入点相连。

(7)第1PCB最后1个组成单元的第1线圈的一圈线匝的出线，与第1PCB最后1个组成单元的第2线圈的一圈线匝的出线，直接相连，实现第1线圈和第2线圈在第1PCB上的串联。第2PCB的最后1个组成单元的第1线圈的一圈线匝的出线，与第2PCB的最后1个组成单元的第2线圈的一圈线匝的出线，直接相连，实现第1线圈和第2线圈在第2PCB上的串联。

(8)能对抗外界磁场干扰的两块PCB开口罗氏线圈，每一个组成单元两圈线匝的绕线平面垂直于PCB表面，绕线围成的截面位于PCB的横截面上，绕线的布线路径在垂直于PCB表面的方向上重合。

(9)能对抗外界磁场干扰的两块PCB开口罗氏线圈，每块PCB上各个组成单元的中心均匀分布在待测电流产生的磁场的一条磁力线上，所有组成单元两圈线匝的绕线截面方向近似沿通过该绕线截面中心的磁力线法线方向，所有组成单元两圈线匝的绕线截面和通过该绕线截面中心的磁力线切线方向(即磁场强度方向)近似垂直。

按照本发明的一个方面，本发明公开了一个能对抗外界磁场干扰的两块PCB开口罗氏线圈设计方法的具体实施例，能对抗外界磁场干扰的两块双面PCB开口罗氏线圈，其包括：

(1)能对抗外界磁场干扰的两块双面PCB开口罗氏线圈，由两组绕线方向相反的线圈串联而成，分别为第1线圈和第2线圈，每块双面PCB上都有第1线圈和第2线圈的一部分。

(2)能对抗外界磁场干扰的两块双面PCB开口罗氏线圈，由两块双面PCB组成，每块双面PCB上设置了两个外部接入点：第1外部接入点、第2外部接入点。每块双面PCB上的第1外部接入点每块双面PCB上第1线圈的起点，每块双面PCB上的第2外部接入点为每块PCB上第2线圈的终点。

(3)两块PCB可以有两种连接方式：两块PCB的第1外部接入点直接相连，两块PCB的第2外部接入点作为两块PCB开口罗氏线圈的两个信号输出端，分别为第1信号输出端和第2信号输出端；两块PCB的第2外部接入点直接相连，两块PCB的第1外部接入点作为两块PCB开口罗氏线圈的两个信号输出端，分别为第1信号输出端和第2信号输出端。第1信号输出端所在的PCB为第1PCB，第2信号输出端所在的PCB为第2PCB。

(4)第1PCB和第2PCB，每块双面PCB都是由若干个相同的组成单元串联而成，每一个组成单元包括了第1线圈和第2线圈的各一圈线匝，这两圈线匝紧密相邻。

(5)两块双面PCB开口罗氏线圈的每块双面PCB的每一个组成单元的第1线圈的一圈线匝包括：进线、绕线、出线，进线和出线分别用于连接上一个组成单元和下一个组成单元属于第1线圈的线匝，绕线由位于顶层和底层的布线和顶层、底层之间的过孔环绕而成。两块双面PCB开口罗氏线圈的每块双面PCB的每一个组成单元的第2线圈的一圈线匝包括：进线、绕线、出线，进线和出线分别用于连接上一个组成单元和下一个组成单元属于第2线圈的线匝，绕线由位于顶层和底层的布线和顶层、底层之间的过孔环绕而成。

(6)第1PCB第1个组成单元的第1线圈的一圈线匝的进线与第1PCB的第1外部接入点相连，第1PCB第1个组成单元的第2线圈的一圈线匝的进线与第1PCB的第2外部接入点相连。第2PCB第1个组成单元的第1线圈的一圈线匝的进线与第2PCB的第1外部接入点相连，第2PCB第1个组成单元的第2线圈的一圈线匝的进线与第2PCB的第2外部接入点相连。

(7)第1PCB最后1个组成单元的第1线圈的一圈线匝的出线，与第1PCB最后1个组成单元的第2线圈的一圈线匝的出线，直接相连，实现第1线圈和第2线圈在第1PCB上的串联。第2PCB的最后1个组成单元的第1线圈的一圈线匝的出线，与第2PCB的最后1个组成单元的第2线圈的一圈线匝的出线，直接相连，实现第1线圈和第2线圈在第2PCB上的串联。

(8)能对抗外界磁场干扰的两块双面PCB开口罗氏线圈，每一个组成单元两圈线匝的绕线平面垂直于双面PCB表面，绕线围成的截面位于双面PCB的横截面上，绕线的布线路径在垂直于双面PCB表面的方向上重合。

(9)能对抗外界磁场干扰的两块双面PCB开口罗氏线圈，每块双面PCB上各个组成单元的中心均匀分布在待测电流产生的磁场的一条磁力线上，所有组成单元两圈线匝的绕线截面方向近似沿通过该绕线截面中心的磁力线法线方向，所有组成单元两圈线匝的绕线截面和通过该绕线截面中心的磁力线切线方向(即磁场强度方向)近似垂直。

附图说明

图1显示的是开口罗氏线圈测量载流导体中交流电流I(t)的过程，图1A显示的是开口罗氏线圈处于打开状态，图1B显示的是开口罗氏线圈处于闭合状态。

图2显示的是带回线匝的传统的绕线式开口罗氏线圈。

图3显示的是由两块镜像PCB开口罗氏线圈串联而成的组合PCB开口罗氏线圈。

图4A显示的是在单块PCB上采用交错形式布线的两组串联的绕线方向相反的PCB开口罗氏线圈，图4B显示的是在单块PCB上采用叉指形式布线的两组串联的绕线方向相反的PCB开口罗氏线圈。

图5显示的是依据本发明的设计方法构建的一个具体实施例，两块双面PCB开口罗氏线圈。图5A显示的是两块双面PCB开口罗氏线圈中的顶层和底层的叠层，图5B显示的是两块双面PCB开口罗氏线圈中的顶层，图5C显示的是两块双面PCB开口罗氏线圈中的底层。

图6显示的是依据本发明的设计方法构建的一个具体实施例，两块双面PCB开口罗氏线圈一半线圈的右侧局部设计细节。图6A显示的是两块双面PCB开口罗氏线圈一半线圈的右侧局部的顶层和底层的叠层，图6B显示的是两块双面PCB开口罗氏线圈一半线圈的右侧局部的顶层，图6C显示的是两块双面PCB开口罗氏线圈一半线圈的右侧局部的底层。

图7显示的是依据本发明的设计方法构建的一个具体实施例，两块双面PCB开口罗氏线圈一半线圈的左侧局部设计细节。图7A显示的是两块双面PCB开口罗氏线圈一半线圈的左侧局部的顶层和底层的叠层，图7B显示的是两块双面PCB开口罗氏线圈一半线圈的左侧局部的顶层，图7C显示的是两块双面PCB开口罗氏线圈一半线圈的左侧局部的底层。

具体实施方式

图5显示的是依据本发明的设计方法构建的一个具体实施例，能对抗外界磁场干扰的两块双面PCB开口罗氏线圈500，适用于测量垂直穿过PCB开口罗氏线圈500中心的载流导体113上流过的电流，该电流产尘的交变磁场磁力线为一族以PCB开口罗氏线圈500中心为圆心的圆。图5A显示的是两块双面PCB开口罗氏线圈顶层和底层的叠层，图5B显示的是两块双面PCB开口罗氏线圈的顶层，图5C显示的是两块双面PCB开口罗氏线圈的底层。

两块双面PCB开口罗氏线圈500包括了两半双面PCB罗氏线圈，分别是线圈501和线圈502。线圈501上包括了两组绕线方向相反的线圈：线圈503和线圈504，线圈503和线圈504组成一半双面PCB罗氏线圈501。线圈502上包括了两组绕线方向相反的线圈：线圈505和线圈506，线圈505和线圈506组成一半双面PCB罗氏线圈502。

线圈500设置了4个外部接入点：507、508、509、510。外部接入点508作为线圈503的起点，外部接入点507作为线圈504的终点。外部接入点510作为线圈505的起点，外部接入点509作为线圈506的终点。

线圈501和线圈502可以采用如下两种方式组成两块双面PCB开口罗氏线圈500：

(1)外部接入点507和外部接入点509作为两块双面PCB开口罗氏线圈的信号输出端，外部接入点508和外部接入点510直接相连，用于连接线圈501和线圈502；

(2)外部接入点508和外部接入点510作为两块双面PCB开口罗氏线圈的信号输出端，外部接入点507和外部接入点509直接相连，用于连接线圈501和线圈502。

双面PCB开口罗氏线圈500的一半线圈501由许多个相同的组成单元串联而成，如图5A显示的一个组成单元511。如图5A、图5B、图5C所示，组成单元511的中心，和其他组成单元的中心，位于载流导体113上流过的电流产尘的一条圆形磁力线上，各个组成单元均匀分布在这条圆形磁力线上。

双面PCB开口罗氏线圈500的一半线圈501的每个组成单元，包括两组绕线方向相反的线圈：线圈503和线圈504的各一圈线匝，组成单元511包括了线圈503的一圈线匝513，线圈504的一圈线匝514，这两圈线匝紧密相邻。图5B显示了组成单元511的线匝513向顶层部分517，线匝514的顶层部分518。线匝513的顶层部分517和线匝514的顶层部分518紧密相邻。图5C显示了组成单元511的线匝513的底层部分521，线匝514的底层部分522。线匝513的底层部分521和线匝514的底层部分522紧密相邻。

双面PCB开口罗氏线圈500的一半线圈502由许多个相同的组成单元串联而成，如图5A显示的一个组成单元512。如图5A、图5B、图5C所示，组成单元512的中心，和其他组成单元的中心，位于载流导体113上流过的电流产生的一条圆形磁力线上，各个组成单元均匀分布在这条圆形磁力线上。

双面PCB开口罗氏线圈500的一半线圈502的每个组成单元，包括两组绕线方向相反的线圈：线圈505和线圈506的各一圈线匝，组成单元512包括了线圈505的一圈线匝515，线圈506的一圈线匝516，这两圈线匝紧密相邻。图5B显示了组成单元512的线匝515的顶层部分519，线匝516的顶层部分520。线匝515的顶层部分519和线匝516的顶层部分520紧密相邻。图5C显示了组成单元512的线匝515的底层部分523，线匝516的底层部分524。线匝515的底层部分523和线匝516的底层部分524紧密相邻。

图6显示的是依据本发明的设计方法构建的一个具体实施例，两块双面PCB开口罗氏线圈500的一半线圈501右侧局部的设计细节。图6A显示的是两块双面PCB开口罗氏线圈50C的一半线圈501右侧局部的顶层和底层的叠层，图6B显示的是两块双面PCB开口罗氏线圈500的一半线圈501右侧局部的顶层，图6C显示的是两块双面PCB开口罗氏线圈500的一半线圈501右侧局部的底层。

图6A显示了两块双面PCB开口罗氏线圈500的一半线圈501的一个组成单元600的顶层和底层的叠层，包括线圈503的一圈线匝611的叠层部分，和另一组绕线方向相反的线圈504的一圈线匝612的叠层部分。线圈503的一圈线匝611的叠层部分，包括：进线601、布线607、过孔609、过孔603、出线605。线圈504的一圈线匝612的叠层部分，包括：进线602、布线608、过孔610、过孔604、出线606。

图6B显示了两块双面PCB开口罗氏线圈500的一半线圈501的一个组成单元600的顶层，包括线圈503的一圈线匝611的顶层部分，和另一组绕线方向相反的线圈504的一圈线匝612的顶层部分。线圈503的一圈线匝611的顶层部分，包括了：进线601，布线613，过孔609，过孔603，出线605。线圈504的一圈线匝612的顶层部分，包括了：过孔610，布线614，过孔604。

图6C显示了两块双面PCB开口罗氏线圈500的一半线圈501的一个组成单元600的底层，包括线圈503的一圈线匝611的底层部分，和另一组绕线方向相反的线圈504的一圈线匝612的底层部分。线圈503的一圈线匝611的底层部分，包括了：过孔609，布线615，过孔603。线圈504的一圈线匝612的底层部分，包括了：进线602，布线616，过孔610，过孔604，出线606。

图6A、图6B、图6C显示了，线圈503的一圈线匝611的矩形绕线部分，由布线613、过孔609、布线615、过孔604组成，矩形绕线部分的顶层布线613和底层布线615，在垂直于PCB表面的方向上是重叠的。另一组绕线方向相反的线圈504的一圈线匝612的矩形绕线部分，由布线616、过孔610、布线614、过孔604组成，矩形绕线部分的底层布线616和顶层布线614在垂直于PCB表面的方向上是重叠的。

图6A、图6B、图6C显示了，线圈503的一圈线匝611的矩形绕线截面方向，线圈504的一圈线匝612的矩形绕线截面方向，近似沿通过两块双面PCB开口罗氏线圈500的中心和该绕线截面中心的射线方向，即两块双面PCB开口罗氏线圈500的各个组成单元中心所在磁力线，在该绕线截面中心位置的法线方向。

图6A、图6B、图6C显示了，线圈503的一圈线匝611的矩形绕线截面，及线圈504的一圈线匝612的矩形绕线截面，和通过两块双面PCB开口罗氏线圈500的中心和该绕线截面中心的射线方向近似垂直，即两块双面PCB开口罗氏线圈500的各个组成单元中心所在磁力线，在该绕线截面中心位置的切线方向。

图6A、图6B、图6C显示了，两块双面PCB开口罗氏线圈500的一半线圈501的第一个组成单元上设置了外部接入点508，连按第一个组成单元的线圈503的第一匝线圈的进线。两块双面PCB开口罗氏线圈500的一半线圈501的第一个组成单元上设置了外部接入点507，连接第一个组成单元的另一组绕线方向相反的线圈504的第一匝线圈的进线。

图7显示的是依据本发明的设计方法构建的一个具体实施例，两块双面PCB开口罗氏线圈一半线圈的左侧局部设计细节。图7A显示的是两块双面PCB开口罗氏线圈一半线圈的左侧局部的顶层和底层的叠层，图7B显示的是两块双面PCB开口罗氏线圈一半线圈的左侧局部的顶层，图7C显示的是两块双面PCB开口罗氏线圈一半线圈的左侧局部的底层。

图7A、图7B、图7C显示了，两块双面PCB开口罗氏线圈500的一半线圈501的最后一个组成单元701上，线圈503的过孔702的出线，和另一组绕线方向相反的线圈504的过孔703的出线，直接通过布线704相连，实现两块双面PCB开口罗氏线圈500的一半线圈501的两组绕线方向相反的线圈503和504之间的串联。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.按照本发明的一个方面，本发明公开了一种能对抗外界磁场干扰的两块PCB开口罗氏线圈设计方法，其包括：

(1)能对抗外界磁场干扰的两块PCB开口罗氏线圈，由两组绕线方向相反的线圈串联而成，分别为第1线圈和第2线圈，每块PCB上都有第1线圈和第2线圈的一部分。

(2)能对抗外界磁场干扰的两块PCB开口罗氏线圈，由两块PCB组成，每块PCB上设置了两个外部接入点：第1外部接入点、第2外部接入点。每块PCB上的第1外部接入点为每块PCB上第1线圈的起点，每块PCB上的第2外部接入点为每块PCB上第2线圈的终点。

(3)两块PCB可以有两种连接方式：两块PCB的第1外部接入点直接相连，两块PCB的第2外部接入点作为两块PCB开口罗氏线圈的两个信号输出端，分别为第1信号输出端和第2信号输出端；两块PCB的第2外部接入点直接相连，两块PCB的第1外部接入点作为两块PCB开口罗氏线圈的两个信号输出端，分别为第1信号输出端和第2信号输出端。第1信号输出端所在的PCB为第1PCB，第2信号输出端所在的PCB为第2PCB。

(4)第1PCB和第2PCB，每块PCB都是由若干个相同的组成单元串联而成，每一个组成单元包括了第1线圈和第2线圈的各一圈线匝，这两圈线匝紧密相邻。

(5)两块PCB开口罗氏线圈的每块PCB的每一个组成单元的第1线圈的一圈线匝包括：进线、绕线、出线，进线和出线分别用于连接上一个组成单元和下一个组成单元属于第1线圈的线匝，绕线由位于不同层的布线和不同层之间的过孔环绕而成。两块PCB开口罗氏线圈的每块PCB的每一个组成单元的第2线圈的一圈线匝包括：进线、绕线、出线，进线和出线分别用于连接上一个组成单元和下一个组成单元属于第2线圈的线匝，绕线由位于不同层的布线和不同层之间的过孔环绕而成。

(6)第1PCB第1个组成单元的第1线圈的一圈线匝的进线与第1PCB的第1外部接入点相连，第1PCB第1个组成单元的第2线圈的一圈线匝的进线与第1PCB的第2外部接入点相连。第2PCB第1个组成单元的第1线圈的一圈线匝的进线与第2PCB的第1外部接入点相连，第2PCB第1个组成单元的第2线圈的一圈线匝的进线与第2PCB的第2外部接入点相连。

(7)第1PCB最后1个组成单元的第1线圈的一圈线匝的出线，与第1PCB最后1个组成单元的第2线圈的一圈线匝的出线，直接相连，实现第1线圈和第2线圈在第1PCB上的串联。第2PCB的最后1个组成单元的第1线圈的一圈线匝的出线，与第2PCB的最后1个组成单元的第2线圈的一圈线匝的出线，直接相连，实现第1线圈和第2线圈在第2PCB上的串联。

(8)能对抗外界磁场干扰的两块PCB开口罗氏线圈，每一个组成单元两圈线匝的绕线平面垂直于PCB表面，绕线围成的截面位于PCB的横截面上，绕线的布线路径在垂直于PCB表面的方向上重合。

(9)能对抗外界磁场干扰的两块PCB开口罗氏线圈，每块PCB上各个组成单元的中心均匀分布在待测电流产尘的磁场的一条磁力线上，所有组成单元两圈线匝的绕线截面方向近似沿通过该绕线截面中心的磁力线法线方向，所有组成单元两圈线匝的绕线截面和通过该绕线截面中心的磁力线切线方向(即磁场强度方向)近似垂直。

2.按照本发明的一个方面，本发明公开了一个能对抗外界磁场干扰的两块PCB开口罗氏线圈设计方法的具体实施例，能对抗外界磁场干扰的两块双面PCB开口罗氏线圈，其包括：

(1)能对抗外界磁场干扰的两块双面PCB开口罗氏线圈，由两组绕线方向相反的线圈串联而成，分别为第1线圈和第2线圈，每块双面PCB上都有第1线圈和第2线圈的一部分。

(2)能对抗外界磁场干扰的两块双面PCB开口罗氏线圈，由两块双面PCB组成，每块双面PCB上设置了两个外部接入点：第1外部接入点、第2外部接入点。每块双面PCB上的第1外部接入点每块双面PCB上第1线圈的起点，每块双面PCB上的第2外部接入点为每块PCB上第2线圈的终点。

(3)两块PCB可以有两种连接方式：两块PCB的第1外部接入点直接相连，两块PCB的第2外部接入点作为两块PCB开口罗氏线圈的两个信号输出端，分别为第1信号输出端和第2信号输出端；两块PCB的第2外部接入点直接相连，两块PCB的第1外部接入点作为两块PCB开口罗氏线圈的两个信号输出端，分别为第1信号输出端和第2信号输出端。第1信号输出端所在的PCB为第1PCB，第2信号输出端所在的PCB为第2PCB。

(4)第1PCB和第2PCB，每块双面PCB都是由若干个相同的组成单元串联而成，每一个组成单元包括了第1线圈和第2线圈的各一圈线匝，这两圈线匝紧密相邻。

(5)两块双面PCB开口罗氏线圈的每块双面PCB的每一个组成单元的第1线圈的一圈线匝包括：进线、绕线、出线，进线和出线分别用于连接上一个组成单元和下一个组成单元属于第1线圈的线匝，绕线由位于顶层和底层的布线和顶层、底层之间的过孔环绕而成。两块双面PCB开口罗氏线圈的每块双面PCB的每一个组成单元的第2线圈的一圈线匝包括：进线、绕线、出线，进线和出线分别用于连接上一个组成单元和下一个组成单元属于第2线圈的线匝，绕线由位于顶层和底层的布线和顶层、底层之间的过孔环绕而成。

(6)第1PCB第1个组成单元的第1线圈的一圈线匝的进线与第1PCB的第1外部接入点相连，第1PCB第1个组成单元的第2线圈的一圈线匝的进线与第1PCB的第2外部接入点相连。第2PCB第1个组成单元的第1线圈的一圈线匝的进线与第2PCB的第1外部接入点相连，第2PCB第1个组成单元的第2线圈的一圈线匝的进线与第2PCB的第2外部接入点相连。

(7)第1PCB最后1个组成单元的第1线圈的一圈线匝的出线，与第1PCB最后1个组成单元的第2线圈的一圈线匝的出线，直接相连，实现第1线圈和第2线圈在第1PCB上的串联。第2PCB的最后1个组成单元的第1线圈的一圈线匝的出线，与第2PCB的最后1个组成单元的第2线圈的一圈线匝的出线，直接相连，实现第1线圈和第2线圈在第2PCB上的串联。

(8)能对抗外界磁场干扰的两块双面PCB开口罗氏线圈，每一个组成单元两圈线匝的绕线平面垂直于双面PCB表面，绕线围成的截面位于双面PCB的横截面上，绕线的布线路径在垂直于双面PCB表面的方向上重合。

(9)能对抗外界磁场干扰的两块双面PCB开口罗氏线圈，每块双面PCB上各个组成单元的中心均匀分布在待测电流产生的磁场的一条磁力线上，所有组成单元两圈线匝的绕线截面方向近似沿通过该绕线截面中心的磁力线法线方向，所有组成单元两圈线匝的绕线截面和通过该绕线截面中心的磁力线切线方向(即磁场强度方向)近似垂直。

3.根据权利要求2所述的两块双面PCB开口罗氏线圈，其特征在于：所述的两块双面PCB开口罗氏线圈，由两组绕线方向相反的线圈：第一线圈和第二线圈组成，第一线圈和第二线圈在两块双面PCB上的各个部分串联起来，组成完整的第一线圈和第二线圈，第一线圈和第二线圈串联起来，组成两块双面PCB开口罗氏线圈。

4.根据权利要求2所述的两块双面PCB开口罗氏线圈，其特征在于：所述的两块双面PCB开口罗氏线圈的每一块双面PCB都是由若干个相同的组成单元串联而成。

5.根据权利要求2所述的两块双面PCB开口罗氏线圈，其特征在于：所述的两块双面PCB开口罗氏线圈的每一块双面PCB的所有组成单元的中心均匀分布在待测电流产生的磁场的一条磁力线上。

6.根据权利要求2所述的两块双面PCB开口罗氏线圈，其特征在于：所述的两块双面PCB开口罗氏线圈的每一块双面PCB的每一个组成单元包括了第一线圈和第二线圈的各一圈线匝，这两圈线匝紧密相邻。

7.根据权利要求2所述的两块双面PCB开口罗氏线圈，其特征在于：所述的两块双面PCB开口罗氏线圈的每一块双面PCB的每一个组成单元的的第一线圈的一圈线匝包括：进线、绕线、出线，进线和出线分别用于连接上一个组成单元和下一个组成单元属于第一线圈的线匝，绕线由位于顶层和底层的布线和顶层底层之间的过孔环绕而成。每一个组成单元的第二线圈的一圈线匝包括：进线、绕线、出线，进线和出线分别用于连接上一个组成单元和下一个组成单元属于第二线圈的线匝，绕线由位于顶层和底层的布线和顶层底层之问的过孔环绕而成。

8.根据权利要求2所述的两块双面PCB开口罗氏线圈，其特征在于：所述的两块双面PCB开口罗氏线圈的每块PCB上设有两个外部接入点，分别连接每块PCB上的第一线圈和第二线圈，将两块PCB上的第一线圈或第二线圈的外部接入点连接起来，两块PCB上的另一个外部接入点作为信号输出端：第一信号输出端和第二信号输出端。和信号输出端相连的是第一个组成单元，和第一个组成单元相邻的是第二个组成单元，以此类推，直到最后一个组成单元。两块双面PCB开口罗氏线圈最后一个组成单元的两圈线匝的出线直接相连，实现两块双面PCB开口罗氏线圈的第一线圈和第二线圈之间的串联。

9.根据权利要求2所述的两块双面PCB开口罗氏线圈，其特征在于：所述的两块双面PCB开口罗氏线圈的，每一个组成单元的第一线圈的线匝的绕线平面垂直于双面PCB表面，绕线围成的截面位于PCB的横截面上，绕线的布线路径在垂直于双面PCB表面的方向上重合。每一个组成单元的第二线圈的线匝的绕线平面垂直于双面PCB表面，绕线围成的截面位于双面PCB的横截面上，绕线的布线路径在垂直于双面PCB表面的方向上重合。

10.根据权利要求2所述的两块双面PCB开口罗氏线圈，其特征在于：所述的两块双面PCB开口罗氏线圈的所有组成单元的第一线圈的线匝的绕线截面方向近似为通过该绕线截面中心的磁力线法线方向，第一线圈的线匝的绕线截面和通过该绕线截面中心的磁力线切线方向(即磁场强度方向)近似垂直。所有组成单元的第二线圈的线匝的绕线截面方向近似为通过该绕线截面中心的磁力线法线方向，第二线圈的线匝的绕线截面和通过该绕线截面中心的磁力线切线方向(即磁场强度方向)近似垂直。