CN106154013B - 一种复合型罗氏线圈积分电阻及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合型罗氏线圈的积分电阻及其制造方法，所述积分电阻包括外积分电阻、积分电阻与自积分电容，罗氏线圈的两条引出线与上述三个元件串联构成回路；一种制造所述积分电阻的方法如下所述：将罗氏线圈一根出线连接外积分电阻，同时将该电阻的另一端连接电缆接头的内芯；盘式布置的自积分电阻、积分电容内端与电缆头的内芯形成电气连接，外端与圆锥状金属支架形成电气连接；圆锥状金属支架一端与上述自积分电阻、积分电容、电缆接头外壳相连，另一端连接罗氏线圈另一根出线；这种结构设计能够减小电感与电流分布不均匀对测量结果的影响，同时圆锥状金属支架能够对外界干扰起到屏蔽作用，提高输出信号的准确度。

Description

一种复合型罗氏线圈积分电阻及其制造方法

技术领域

本发明属于脉冲电流测量领域，特别涉及一种复合型罗氏线圈积分电阻及其制造方法。

背景技术

脉冲电流测量是脉冲功率技术领域的重要环节之一，具有十分重要的意义。随着脉冲功率技术的不断发展，新型脉冲电流源不断出现，被测量的电流可能具有幅值高、频带宽等特征。罗氏线圈(Rogowski Coil)是一种非接触式电流测量方法，其原理是利用法拉第电磁感应定律，利用被测电流周围产生的磁场在线圈中感应出的电动势，并通过线圈末端的积分环节完成对电流的测量。

罗氏线圈的结构包括骨架、导线与积分器。一般来说，通过将细金属导线沿同一方向均匀缠绕在线圈骨架上，并将导线两端连接在积分器上即可。被测量的电流或带电束流流过线圈中心，在周围产生磁场，若主电流有变化，则可以在线圈所在的骨架区域中产生感应电动势与相应的电流，且由于电动势和被测电流的微分成正比，所以需要加入积分环节。对于不同的应用场合，可对线圈骨架的结构材质、匝数进行优化设计。线圈与积分器构成回路，积分器输出电压信号至示波器通过线圈的灵敏度即可得到真实电流波形。罗氏线圈可由线圈骨架的材质分为磁芯线圈和空心线圈；也可通过积分方式的不同分为自积分线圈与外积分线圈。自积分线圈通过电阻直接将线圈两输出端相连，完成积分环节，通常用于μs甚至ns尺度的信号测量；外积分线圈一般通过电阻与电容构成积分环节，多用于低频信号测量。

对于幅值较大、频带较宽的脉冲电流信号，如上升沿或下降沿陡、持续时间长且幅值高的脉冲电流，使用传统的罗氏线圈则不能满足需要。由于被测电流幅值高，磁芯容易饱和，需采用空心线圈；由于被测电流既含有高频分量，又含有低频分量，若单纯的使用自积分或外积分线圈进行测量，可能会因为带宽不足导致信号畸变。

发明内容

基于此，一种复合型罗氏线圈积分电阻，所述积分电阻包括：回流装置、外积分电阻、自积分电阻、电缆头和积分电容：

所述外积分电阻位于回流装置内部；

所述回流装置的一端与电缆头的外壳相连接，另一端与积分电容的一端相连接；

所述积分电容的另一端与自积分电阻相连接；

所述电缆头的芯子与外积分电阻的一端、自积分电阻相连接。

并公开了一种复合型罗氏线圈积分电阻的制造方法，所述方法包括以下步骤：

S100、将罗氏线圈一根引出线与外积分电阻相连接，同时将外积分电阻的另一端与电缆头的内芯相连接；

S200、将自积分电阻、积分电容的一端与电缆头内芯形成电气连接，将积分电容的另一端与回流装置形成电气连接；

S300、将回流装置的一端与所述自积分电阻、积分电容和电缆头外壳相连接，将回流装置的另一端与罗氏线圈的另一根引出线相连接。

本发明提出一种复合型罗氏线圈积分电阻及一种相应的积分电阻制造方法。所述积分电阻能够大大拓宽空心罗氏线圈的频带，有效地结合了自积分线圈与外积分线圈的优势，减小波形畸变，提高测量精确度。所述方法的这种结构设计能够减小电感与电流分布不均匀对测量结果的影响，同时圆锥状金属支架能够对外界干扰起到屏蔽作用，提高输出信号的准确度。

附图说明

图1为本发明一个实施例中复合罗氏线圈电路结构示意图；

图中，e(t)为线圈感应电动势等效电源，L为线圈电感，R₁为外积分电阻，R₂为自积分电阻，C为积分电容；

图2为本发明一个实施例中复合罗氏线圈一种积分电阻结构示意图；

图中，1为绝缘支撑，2为外积分电阻，3为自积分电阻，4为积分电容，5为绝缘层，6为回流结构，7为电缆头。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明；

本发明涉及用于测量不同脉冲前沿(ns级、μs级、ms级)、不同幅值(几十～几百kA)脉冲电流的复合型罗氏线圈积分电阻及其制造方法。

在一个实施例中，所述积分电阻包括：回流装置、外积分电阻、自积分电阻、电缆头和积分电容：

所述外积分电阻位于回流装置内部；

所述回流装置的一端与电缆头的外壳相连接，另一端与积分电容的一端相连接；

所述积分电容的另一端与自积分电阻相连接；

所述电缆头的芯子与外积分电阻的一端、自积分电阻相连接。

在本实施例中，所述回流装置为电流提供反向流通通道，以减小电感；所述外积分电阻是在低频下满足积分条件设置的电阻，且阻值较大；所述自积分电阻是在高频下满足积分条件设置的电阻，阻值较小；所述电缆头为输出信号使用的端口；所述积分电容用于在低频下与外积分电阻完成积分，高频下阻抗低，视为短路。

本实施例所述的积分电阻能够大大拓宽罗氏线圈的频带，有效地结合了自积分线圈与外积分线圈的优势，减小波形畸变，提高测量精确度。

在一个实施例中，所述回流装置为圆锥状的金属支撑，金属支撑的内部设置有绝缘支撑，绝缘支撑的内部设置有外积分电阻。

本实施例所述的金属支撑也可制成圆柱状，其主要起回流与支撑作用。所述回流作用是为流过线圈一端、同轴中心的外积分电阻、自积分电阻以及积分电容提供流回线圈另一端的通路；所述支撑作用是为上述各元件提供足够的空间，也使得各部分更加坚固。

在一个实施例中，所述电缆头与自积分电阻之间设有绝缘层。

在本实施例中，由于信号电压主要采集自积分电阻两端的电压，所以自积分电阻不能与电缆头接触，需要采用绝缘材料对电缆头和自积分电阻进行隔离。

在一个实施例中，所述电缆头伸入回流装置中，并与回流装置相接触。

在一个实施例中，所述罗氏线圈的两根引出线分别与回流装置和外积分电阻相连接。

在本实施例中，如图2所示：所述罗氏线圈的两条引出线与外积分电阻、自积分电阻和自积分电容串联构成回路，通过采集自积分电阻与自积分电容的电压降随时间变化的曲线，可通过计算得到被测电流的波形。

在一个实施例中，制成所述金属支撑的材料为具有磁导率低电阻率小的金属材料，包括铜、铝和银。

在本实施例中，选择具有磁导率低电阻小的金属材料制成所述金属支撑是因为磁导率对于导体内电感有很大影响，磁导率越高，电感越大，积分电阻电感大会导致高频响应下降与波形畸变，为减少这种影响，应减小电感，故而使用磁导率低的金属材料。低电阻是为了使更高比例的电压降落在设计的相应电阻上，提高测量精度。

在一个实施例中，制成所述绝缘支撑的材料为绝缘强度好、机械强度高的绝缘材料，包括尼龙、聚四氟乙烯。

在本实施例中，所述绝缘支撑的材料绝缘强度好是为了使得回流装置更安全、更稳定，不易电击穿；机械强度好是为了使回流装置不易损坏，坚固耐用。

在一个实施例中，所述电缆头与回流装置接触具体为：回流装置的一端与电缆头的外沿采用电接触，且所述电接触要能够保证机械强度。

在本实施例中，所述电缆头与回流装置的接触一般采用螺纹连接。所述回流装置的一端与电缆头采用电接触，能够按照设计使得信号正常传递，不会因为接触不坚固使得信号无法输出；所述电接触要能够保证机械强度是为了在各种环境下正常使用，如噪音、震动。

在一个实施例中，根据测量对象的测量频率范围和罗氏线圈模型，选定外积分电阻，自积分电阻与积分电容。

在本实施例中，所述罗氏线圈模型分为集总参数模型和分布参数模型；集总参数模型适用于测量低频信号，模型简单；分布参数模型对全频带都可进行测量，结果更为精确但更为复杂；本实施例将根据不同的测量对象选择不同的罗氏线圈模型进行计算。图1为本发明的一个复合罗氏线圈模型电路结构示意图；图中，e(t)为线圈感应电动势等效电源，L为线圈电感，R1为外积分电阻，R2为自积分电阻，C为积分电容。在本实施例中，当测量信号波形缓慢的时候，如测量1.2μs/50μs的雷电流波形，选择外积分电阻的阻值为10kΩ，自积分电阻的阻值为1Ω，积分电容为100nF，即可取得较好的效果。

在一个实施例中，本发明公开了一种复合型罗氏线圈积分电阻的制造方法，所述方法包括以下步骤：

S100、将罗氏线圈一根引出线与外积分电阻相连接，同时将外积分电阻的另一端与电缆头的内芯相连接；

S200、将自积分电阻、积分电容的一端与电缆头的内芯形成电气连接，将积分电容的另一端与回流装置形成电气连接；

S300、将回流装置的一端与所述自积分电阻、积分电容和电缆头外壳相连接，将回流装置的另一端与罗氏线圈的另一根引出线相连接。

在本实施例中，所述方法的这种结构设计能够减小电感与电流分布不均匀对测量结果的影响，同时圆锥状金属支架能够对外界干扰起到屏蔽作用，提高输出信号的准确度。

在一个实施例中，本发明公开了一种复合型罗氏线圈积分电阻，包括：回流装置以及设置于回流装置内的外积分电阻，其中，回流装置即圆锥状的金属支撑，金属支撑的内部设置有绝缘支撑，绝缘支撑的内部即外积分电阻；

回流装置的一端与电缆头的外壳相连，电缆头的芯子连接外积分电阻的一端，也连接自积分电阻，积分电容一端与自积分电阻相连，一端与回流装置相连，电缆头与自积分电阻和积分电容之间设有绝缘层。

复合型罗氏线圈积分电阻中电缆头伸入回流装置，并与之接触。

两根线圈引出线分别与回流装置和外积分电阻相连。

以上实施例仅用以说明本发明专利而并非限制本发明专利所描述的技术方案；因此尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明专利已进行了详细的说明，但是本领域的技术人员应当理解，仍然可以对本发明专利进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明专利的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明专利的权利要求范围中。

Claims (12)

1.一种复合型罗氏线圈积分电阻，其特征在于，所述积分电阻包括：回流装置、外积分电阻、自积分电阻、电缆头和积分电容：

所述外积分电阻位于回流装置内部；

所述回流装置的一端与电缆头的外壳相连接，另一端与积分电容的一端相连接；

所述积分电容的另一端与自积分电阻的一端相连接；

所述电缆头的芯子与外积分电阻的一端、自积分电阻的另一端相连接。

2.根据权利要求1所述的积分电阻，其特征在于：所述回流装置为圆锥状的金属支撑，金属支撑的内部设置有绝缘支撑，绝缘支撑的内部设置有外积分电阻。

3.根据权利要求1所述的积分电阻，其特征在于：所述电缆头与自积分电阻之间设有绝缘层。

4.根据权利要求2所述的积分电阻，其特征在于：所述电缆头伸入到回流装置中，并与回流装置相接触。

5.根据权利要求1所述的积分电阻，其特征在于：所述罗氏线圈的两根引出线分别与回流装置和外积分电阻相连接。

6.根据权利要求2所述的积分电阻，其特征在于：制成所述金属支撑的材料为具有磁导率低电阻率小的金属材料。

7.根据权利要求2所述的积分电阻，其特征在于：制成所述绝缘支撑的材料为绝缘强度好、机械强度高的绝缘材料。

8.根据权利要求4所述的积分电阻，其特征在于，所述电缆头与回流装置接触具体为：回流装置的一端与电缆头的外沿采用电接触，且所述电接触要能够保证机械强度。

9.根据权利要求1所述的积分电阻，其特征在于：根据测量对象的测量频率范围和罗氏线圈模型，选定外积分电阻，自积分电阻与积分电容。

10.一种复合型罗氏线圈积分电阻的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S100、将罗氏线圈一根引出线与外积分电阻一端相连接，同时将外积分电阻的另一端与电缆头的内芯相连接；

S200、将自积分电阻连接积分电容的一端，将自积分电阻的另一端与电缆头内芯形成电气连接，将积分电容的另一端与回流装置形成电气连接；

S300、将回流装置的一端与所述自积分电阻、积分电容和电缆头外壳相连接，将回流装置的另一端与罗氏线圈的另一根引出线相连接。

11.根据权利要求6所述的积分电阻，其特征在于：所述金属材料包括铜、铝和银。

12.根据权利要求7所述的积分电阻，其特征在于：所述绝缘材料包括尼龙、聚四氟乙烯。