CN107045110A - 侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈和检测传感器 - Google Patents

Abstract

在电磁场及电磁信号检测领域，经常需要一种从被测载流导线的侧面与导线平行安装的磁场检测线圈和传感器。希望该线圈具有宽动态范围，几乎不饱和，频带非常宽，时域和频域的线性度都好，温度稳定性非常好，加工非常容易，一致性好，具有一定的抗干扰性等特点。因此发明了一种完全满足上述要求的线圈。利用对称性，线圈抑制了共模干扰，加强了差模信号。线圈可以使用多层线路板由多个小线圈完成一个大线圈，从而增强信号。可以进一步构造出单侧和双侧边放置的双翅电磁场变化率检测线圈。线圈中感应的信号与被测载流导线的电流变化率成正比。

Description

侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈和检测传感器

技术领域

本项目涉及到电磁场及电磁信号检测领域。

背景技术

在很多需要电磁场信号检测的场合需要使用线圈来检测电磁信号的强度。通常使用铜导线，从缠绕线圈的磁环的中心穿过导线，从磁环上缠绕的线圈上拾取信号电流。这种方法存在以下问题：首先，磁环必须与通电导线垂直安装，有的时候限于体积及物理位置等因素，这样安装非常的不方便。其次，被测导线必须穿过磁环的中心，不能从侧面贴近安装，在有的情况下，这种安装存在着一定的困难。第三，磁环很容易饱和，动态范围较小，存在磁滞现象，频响特性也不是很好，频带比较窄，线性度比较差，温度稳定性较差。在这种情况下，磁环的次级线圈的电流输出正比于载流导线上的电流。为了克服以上的问题，发明了侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈和检测传感器。检测线圈排列在导线的一侧或两侧，分别称为单侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈和双侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈。检测线圈可以从导线的侧面贴近导线，进行安装。该线圈的动态范围很大，非常不容易饱和，几乎不存在磁滞现象，频响范围非常的宽，线性度很好，温度稳定性非常好，加工非常容易。该检测线圈的输出电流正比于被检测的载流导线中电流的变化率，该检测传感器输出电压正比于被检测载流导线的电流。

发明内容

侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈分为单侧边放置和双侧边放置两种情况，单侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈如图所示。图中最左上角的圆棒为一条载流导线，导线下面的平面为印刷线路板，在导线两边的印刷线路板上加工了两只一样的线圈，称为子线圈。每只子线圈都由外向里一圈贴一圈的紧密绕制。两只子线圈的最内侧接线端子相连，最外侧的两个接线端子为本层线圈的输出端子，两个子线圈构成了一个线圈。印刷线路板可以采用多层线路板，在每层上加工出一样的两只子线圈，每一层子线圈的内侧端子相连，子线圈外侧的两个端子为本层线圈的输出端子。相邻层的上层线圈的输出端子中的右面端子与下层线圈的左面端子连接，最上层与最下层的剩余的两个端子为整个检测线圈的输出端子。例如第一层线圈的右侧端子与第二层线圈的左侧端子相连，那么第一层线圈的左侧端子与第二层线圈的右侧端子就构成了整个线圈的信号输出端子。为了检测的准确性，要求载流导线必须紧贴着线路板的两个线圈之间的中心位置放置，并且导线与线路板的相对位置要求固定。在每一次检测时，要求相对位置不变。图中右上角给出了载流导线与上面含有线圈的线路板的相对位置的剖面图。将线圈制造在印刷线路板上的好处是加工非常方便，一致性非常好。在多层印刷线路板上制造线圈非常容易，因此只要增加线路板的层数，就可以增加检测的灵敏度。沿着导线的方向扩展线圈平面的面积，将会非常明显的提高检测的灵敏度。这种检测线圈也可以使用导线制作，在一个平面内，自外向里一圈圈的绕制，绕到最内测。也可以烧制在陶瓷等物体上或物体里，或者制造在任何物体上或物体里。同样，两个子线圈的内测相连，外侧作为信号输出端。这种情况下，如果可能，也可以将载流导线放置在两个子线圈之间，导线与两个子线圈在一个平面上，图中最下面画出了这种情况。如果将两个完全一样的单侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈分别放置在载流导线的两侧，检测线圈平行放置，法线方向一致。将这两个线圈的左右两个接线端子相连，其余的两个接线端子作为信号输出端，就构成了双侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈。单侧和双侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈共同简称为侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈。该线圈具有如下特点：检测线圈排列在导线的侧面，线圈或传感器可以从侧面贴近导线，进行安装。动态范围很大，非常不容易饱和，几乎不存在磁滞现象，频响范围非常的宽，线性度很好，温度稳定性非常好。检测线圈的输出电流正比于被检测的载流导线中电流的变化率。对于每一层线圈，任何同时作用于两个子线圈的干扰信号在线圈上产生两个共模信号，如果干扰信号的变化率在每一个子线圈上产生的信号相等，则相互抵消，总体没有任何干扰，如果不相等。则会得到部分抵消。两个子线圈中感应的信号与载流导线的电流变化率成正比，是差模信号，信号幅度增加一倍。该线圈在结构上具有共模干扰信号抑制，差模检测信号增强的特点。由于电磁场的近场强度与载流导体到该点的距离成反比，导线紧贴线圈，距离很小，磁感应强度较强，信号检出强度较大（不考虑使用磁介质的情况）。线圈输出连接到有源积分电路和运算放大器构成的放大电路，就构成了检测传感器，它的输出电压与载流导线上的电流强度成正比。

附图说明

图1是侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈结构图。

Claims (8)

1.侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈和检测传感器，其特征在于， 侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈分为单侧边放置和双侧边放置两种情况，单侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈如图所示，图中最左上角的圆棒为一条载流导线，导线下面的平面为印刷线路板，在导线两边的印刷线路板上加工了两只一样的线圈，称为子线圈，每只子线圈都由外向里一圈贴一圈的紧密绕制，两只子线圈的最内侧接线端子相连，最外侧的两个接线端子为本层线圈的输出端子，两个子线圈构成了一个线圈，印刷线路板可以采用多层线路板，在每层上加工出一样的两只子线圈，每一层子线圈的内侧端子相连，子线圈外侧的两个端子为本层线圈的输出端子，相邻层的上层线圈的输出端子中的右面端子与下层线圈的左面端子连接，最上层与最下层的剩余的两个端子为整个检测线圈的输出端子。

2.根据权利要求1所述的侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈和检测传感器，其特征在于，为了检测的准确性，要求载流导线必须紧贴着线路板的两个线圈之间的中心位置放置，并且导线与线路板的相对位置要求固定，在每一次检测时，要求相对位置不变。

3.根据权利要求1所述的侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈和检测传感器，其特征在于，将线圈制造在印刷线路板上，好处是加工非常方便，一致性非常好，在多层印刷线路板上制造线圈非常容易，因此只要增加线路板的层数，就可以增加检测的灵敏度，沿着导线的方向扩展线圈平面的面积，将会非常明显的提高检测的灵敏度，由于电磁场的近场强度与载流导体到该点的距离成反比，导线紧贴线圈，距离很小，磁感应强度较强，信号检出强度较大。

4.根据权利要求1所述的侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈和检测传感器，其特征在于，这种检测线圈也可以使用导线制作，在一个平面内，自外向里一圈圈的绕制，绕到最内测，也可以烧制在陶瓷等物体上或物体里，或者制造在任何物体上或物体里，同样，两个子线圈的内测相连，外侧作为信号输出端，这种情况下，如果可能，也可以将载流导线放置在两个子线圈之间，导线与两个子线圈在一个平面上。

5.根据权利要求1所述的侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈和检测传感器，其特征在于，如果将两个完全一样的单侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈分别放置在载流导线的两侧，检测线圈平行放置，法线方向一致，将这两个线圈的左右两个接线端子相连，其余的两个接线端子作为信号输出端，就构成了双侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈，单侧和双侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈共同简称为侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈。

6.根据权利要求1所述的侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈和检测传感器，其特征在于，该线圈具有如下特点：检测线圈排列在导线的侧面，线圈或传感器可以从侧面贴近导线，进行安装，动态范围很大，非常不容易饱和，几乎不存在磁滞现象，频响范围非常的宽，线性度很好，温度稳定性非常好，检测线圈的输出电流正比于被检测的载流导线中电流的变化率。

7.根据权利要求1所述的侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈和检测传感器，其特征在于，对于每一层线圈，任何同时作用于两个子线圈的干扰信号在线圈上产生两个共模信号，如果干扰信号的变化率在每一个子线圈上产生的信号相等，则相互抵消，总体没有任何干扰，如果不相等，则会得到部分抵消，两个子线圈中感应的信号与载流导线的电流变化率成正比，是差模信号，幅度增加一倍，该线圈在结构上具有共模干扰信号抑制，差模检测信号增强的特点。

8.根据权利要求1所述的侧边放置双翅电磁场变化率检测线圈和检测传感器，其特征在于，线圈输出连接到有源积分电路和运算放大器构成的放大电路，就构成了检测传感器，它的输出电压与载流导线上的电流强度成正比。