CN111220933A - 一种瞬态磁场大小的获取方法、装置及瞬态磁场传感器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种瞬态磁场大小的获取方法、装置及瞬态磁场传感器，所述方法应用于瞬态磁场传感器，所述瞬态磁场传感器包括感应线圈和支撑骨架，所述支撑骨架的外形为空心圆柱形，所述空心圆柱形的内径、外径和所述感应线圈的长度之间的关系使得所述感应线圈感应到的电压信号与所述感应线圈的中心点的磁场大小成正比；所述感应线圈置于待测瞬态磁场中，所述方法包括：所述感应线圈感应到随所述待测瞬态磁场的变化产生的电压信号后，将所述电压信号传送至上位机，以便由所述上位机基于所述电压信号得到所述待测瞬态磁场的大小。本申请能够利用瞬态磁场传感器测量瞬态磁场大小。
Description
技术领域
本申请涉及电力系统领域，具体涉及一种瞬态磁场大小的获取方法、装置及瞬态磁场传感器。
背景技术
瞬态磁场，又称为瞬态电磁场，是指由电磁脉冲所产生的电磁场。例如，电力系统中的冲击电流可以产生瞬态磁场。
由于瞬态磁场的快速变化性，且包含频带较宽，导致用于测量瞬态磁场大小的瞬态磁场传感器的技术研制具有一定的难度。目前，市场上并无技术成熟的瞬态磁场传感器。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种瞬态磁场大小的获取方法、装置及瞬态磁场传感器，能够提供一种相对成熟的瞬态磁场传感器，用于实现对瞬态磁场大小的测量。
第一方面，为实现上述发明目的，本申请提供了一种瞬态磁场大小的获取方法，所述方法应用于瞬态磁场传感器，所述瞬态磁场传感器包括感应线圈和支撑骨架，所述支撑骨架的外形为空心圆柱形，所述空心圆柱形的内径、外径和所述感应线圈的长度之间的关系使得所述感应线圈感应到的电压信号与所述感应线圈的中心点的磁场大小成正比；所述感应线圈置于待测瞬态磁场中，所述方法包括：
所述感应线圈感应到随所述待测瞬态磁场的变化产生的电压信号后，将所述电压信号传送至上位机，以便由所述上位机基于所述电压信号得到所述待测瞬态磁场的大小。
一种可选的实施方式中，所述空心圆柱形的内径、外径和所述感应线圈的长度之间的关系，包括：
其中，d用于表示所述空心圆柱形的内径，D用于表示所述空心圆柱形的外径，L用于表示所述感应线圈的长度。
一种可选的实施方式中，所述感应线圈感应到随所述待测瞬态磁场的变化产生的电压信号后，将所述电压信号传送至上位机，以便由所述上位机基于所述电压信号得到所述待测瞬态磁场的大小，包括：
所述感应线圈感应到随所述待测瞬态磁场的变化产生的电压信号后，将所述电压信号传送至数据采集模块；
所述数据采集模块对所述电压信号进行预处理后，将所述电压信号传送至光纤通信模块；
所述光纤通信模块将所述电压信号转换为光信号，并将所述光信号传送至上位机；
所述上位机基于所述光信号获取所述待测瞬态磁场的大小。
一种可选的实施方式中，所述方法还包括：
所述上位机基于所述待测瞬态磁场的大小和预设磁场与电流的比例系数，确定产生所述待测瞬态磁场的冲击电流的大小。
一种可选的实施方式中，所述方法还包括：
利用冲击分流器对所述预设磁场与电流的比例系数进行校准。
第二方面，本申请还提供了一种瞬态磁场传感器，所述瞬态磁场传感器包括感应线圈和支撑骨架；所述支撑骨架的外形为空心圆柱形，所述空心圆柱形的内径、外径和所述感应线圈的长度之间的关系使得所述感应线圈感应到的电压信号与所述感应线圈的中心点的磁场大小成正比；
所述感应线圈，用于在感应到随所述待测瞬态磁场的变化产生的电压信号后，将所述电压信号传送至上位机，以便由所述上位机基于所述电压信号得到所述待测瞬态磁场的大小。
一种可选的实施方式中，所述空心圆柱形的内径、外径和所述感应线圈的长度之间的关系，包括：
其中，d用于表示所述空心圆柱形的内径，D用于表示所述空心圆柱形的外径，L用于表示所述感应线圈的长度。
第三方面，本申请还提供了一种瞬态磁场大小的获取装置，所述装置包括上述的瞬态磁场传感器、数据采集模块、光纤通信模块和上位机；
所述瞬态磁场传感器，用于在感应到随待测瞬态磁场的变化产生的电压信号后，将所述电压信号传送至所述数据采集模块；
所述数据采集模块，用于对所述电压信号进行预处理后，将所述电压信号传送至所述光纤通信模块；
所述光纤通信模块，用于将所述电压信号转换为光信号，并将所述光信号传送至所述上位机；
所述上位机，用于基于所述光信号获取所述待测瞬态磁场的大小。
一种可选的实施方式中，所述上位机，还用于基于所述待测瞬态磁场的大小和预设磁场与电流的比例系数，确定产生所述待测瞬态磁场的冲击电流的大小。
一种可选的实施方式中，所述预设磁场与电流的比例系数为利用冲击分流器进行校准的。
本申请提供的瞬态磁场大小的获取方法，应用于瞬态磁场传感器，所述瞬态磁场传感器包括感应线圈和支撑骨架，所述支撑骨架的外形为空心圆柱形，所述空心圆柱形的内径、外径和所述感应线圈的长度之间的关系使得所述感应线圈感应到的电压信号与所述感应线圈的中心点的磁场大小成正比；所述感应线圈置于待测瞬态磁场中，具体的，所述感应线圈感应到随所述待测瞬态磁场的变化产生的电压信号后，将所述电压信号传送至上位机，以便由所述上位机基于所述电压信号得到所述待测瞬态磁场的大小。本申请能够利用瞬态磁场传感器测量瞬态磁场大小。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本申请实施例提供的一种瞬态磁场传感器的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种呈空心圆柱形的支撑骨架和感应线圈的剖面图；
图3为本申请实施例提供的一种瞬态磁场大小的获取方法流程图；
图4为本申请实施例提供的一种冲击电流的测量方法流程图；
图5为本申请实施例提供的一种瞬态磁场大小的获取装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
由于瞬态磁场的快速变化性，且包含频带较宽，导致用于测量瞬态磁场大小的瞬态磁场传感器的技术研制具有一定的难度。为了实现对瞬态磁场大小的获取，本申请提供了一种瞬态磁场传感器，如图1所示，瞬态磁场传感器100包括感应线圈101和支撑骨架102，其他部件在图中未标出，但不代表不存在。
具体的，所述支撑骨架102的外形为空心圆柱形，所述空心圆柱形的内径、外径和所述感应线圈的长度之间的关系使得所述感应线圈感应到的电压信号与所述感应线圈的中心点的磁场大小成正比；
所述感应线圈101，用于在感应到随所述待测瞬态磁场的变化产生的电压信号后，将所述电压信号传送至上位机，以便由所述上位机基于所述电压信号得到所述待测瞬态磁场的大小。
瞬态磁场传感器的感应线圈固定在支撑骨架上，并联结至接线端子，支撑骨架及套管等可以采用绝缘性能良好的聚四氟乙烯材料。感应线圈由漆包线沿空心绝缘支撑骨架绕制而成，线圈的匝数及内径尺寸与实际应用场合相关。
瞬态磁场传感器的感应线圈的尺寸及圈数可以根据待测瞬态磁场的频带宽度及幅值进行分析计算而确定，保证瞬态磁场传感器的感应线圈的探头能够准确测量待测瞬态磁场区域内瞬态磁场的量值，同时保证测量的灵敏度。
由于空间磁场分布的不均匀性，为了保证准确测量某一点处的空间磁场，实现对瞬态磁场大小的测量目的，本申请将瞬态磁场传感器的支撑骨架设计为空心圆柱形，在空心圆柱形的支撑骨架的表面均匀绕制感应线圈，最终得到瞬态磁场传感器。
本申请提供的瞬态磁场传感器中设计的空心圆柱形的支撑骨架的内径、外径和感应线圈的长度之间的关系，能够达到感应线圈感应到的电压信号与该感应线圈的中心点的磁场大小成正比的效果。
一种可选的实现方式中，本申请提供的瞬态磁场传感器中呈空心圆柱形的支撑骨架的内径、外径和所述感应线圈的长度之间的关系，可以利用以下公式(1)表示：
其中，参考图2，为本申请实施例提供的呈空心圆柱形的支撑骨架和感应线圈的剖面图，d用于表示空心圆柱形的内径，D用于表示空心圆柱形的外径，L用于表示感应线圈的长度。
基于上述瞬态磁场传感器，本申请提供了一种瞬态磁场大小的获取方法，该方法应用于瞬态磁场传感器，所述瞬态磁场传感器包括感应线圈和支撑骨架，所述支撑骨架的外形为空心圆柱形，所述空心圆柱形的内径、外径和所述感应线圈的长度之间的关系使得所述感应线圈感应到的电压信号与所述感应线圈的中心点的磁场大小成正比。
实际应用中，感应线圈置于待测瞬态磁场中，感应线圈感应到随所述待测瞬态磁场的变化产生的电压信号后，将所述电压信号传送至上位机，以便由所述上位机基于所述电压信号得到所述待测瞬态磁场的大小。
一种可选的实施方式中，参考图3，为本申请实施例提供的一种瞬态磁场大小的获取方法流程图，该方法包括：
S301：感应线圈感应到随待测瞬态磁场的变化产生的电压信号后，将所述电压信号传送至数据采集模块。
实际应用中，将瞬态磁场传感器的感应线圈置于待测瞬态磁场中，且保证与周围金属导体保持安全的绝缘距离，用于感应随待测瞬态磁场的变化产生的电压信号。
S302：数据采集模块对所述电压信号进行预处理后，将所述电压信号传送至光纤通信模块。
数据采集模块在接收到来自感应线圈的输出端的电压信号后，通过连接积分器、信号调理单元、A/D转换模块、及FLASH存储器单元等对电压信号进行预处理，用于保证瞬态磁场中的电压信号的完整呈现及数据存储。
S303：光纤通信模块将所述电压信号转换为光信号，并将所述光信号传送至上位机。
实际应用中，光纤通信模块将完成预处理的电压信号转换为光信号，经过光纤传输至上位机。
S304：上位机基于所述光信号获取所述待测瞬态磁场的大小。
实际应用中，上位机在将接收到光信号后，可以通过光信号的处理，得到待测瞬态磁场的大小。一种可选的实施方式中，如果该待测瞬态磁场是由冲击电流产生的，则上位机还可以基于待测瞬态磁场的大小和预设磁场与电流的比例系数，确定产生待测瞬态磁场的冲击电流的大小，具体的确定方式在此不再赘述。
另外，待测瞬态磁场的大小和预设磁场与电流的比例系数，与瞬态磁场传感器的感应线圈的匝数、线圈绕制绝缘柱整体的内外径尺寸相关，可以根据实际使用条件对线圈尺寸、匝数及支撑骨架的尺寸进行调整。
本申请实施例提供的瞬态磁场大小的获取方法能够实现对瞬态磁场的测量。
电力系统领域，冲击电流能够产生瞬态磁场，本申请提供的瞬态磁场大小的获取方法能够对该瞬态磁场的大小进行测量，进一步的还能够基于测量得到的瞬态磁场的大小，得到冲击电流的大小。
冲击电流广泛应用于防雷领域、气象观测研究领域中，冲击电流测量的量值准确性直接影响电气设备的经济设计及稳定运行，传统测量冲击电流的设备为电流线圈及冲击分流器，冲击分流器需串联在冲击电流回路中，通过获取分流器两端的电压波形反算得到电流波形，而冲击电流线圈在用于电流测量时，需要通过冲击电流的回路导体穿过线圈中心，而电流线圈穿过线圈中心的磁通量变化在线圈两端感应出电压值，同样通过感应电压值反算回路电流值。但是，当回路电流过大，回路电流引起的电动力过大时，冲击电流测量不宜采用冲击分流器进行测量；当冲击电流回路导体尺寸过大时，冲击电流线圈也难以安装到测量回路中，此时需要非接触式的电流测量方法用于获取回路电流。由于瞬态磁场传感器的安装场合受限少，布置位置灵活，因此被越来越多的应用于电流测量中。
参考图4，为本申请实施例提供的一种冲击电流的测量方法流程图，该方法应用于瞬态磁场传感器，所述瞬态磁场传感器包括感应线圈和支撑骨架，所述支撑骨架的外形为空心圆柱形，所述空心圆柱形的内径、外径和所述感应线圈的长度之间的关系使得所述感应线圈感应到的电压信号与所述感应线圈的中心点的磁场大小成正比；所述感应线圈置于待测瞬态磁场中，该方法包括：
S401：感应线圈感应到随待测瞬态磁场的变化产生的电压信号后，将所述电压信号传送至数据采集模块。
S402：数据采集模块对所述电压信号进行预处理后，将所述电压信号传送至光纤通信模块。
S403：光纤通信模块将所述电压信号转换为光信号，并将所述光信号传送至上位机。
S404：上位机基于所述光信号获取所述待测瞬态磁场的大小。
S405：上位机基于所述待测瞬态磁场的大小和预设磁场与电流的比例系数，确定产生所述待测瞬态磁场的冲击电流的大小。
实际应用中，利用冲击电流发生器充放电，可以形成空间瞬态磁场，利用本申请实施例中的瞬态磁场传感器的感应线圈测量该空间瞬态磁场。该瞬态磁场传感器的感应线圈两端形成的电压信号可以通过数据采集模块采集并存储后，通过光纤通信模块传送至上位机中。由上位机基于预先确定的待测瞬态磁场的大小和预设磁场与电流的比例系数，确定产生所述待测瞬态磁场的冲击电流的大小。
一种可选的实施方式中，瞬态磁场传感器的感应线圈的端部可与BNC法兰相连，方便与测量光纤或电缆进行连接，以便通过数字示波器或数字记录仪对电压信号的波形进行展示。
一种可选的实施方式中，可以利用冲击分流器对所述预设磁场与电流的比例系数进行校准。
本申请提供的冲击电流的测量方法能够在测量瞬态磁场大小的基础上，进一步得到冲击电流的大小，实现对冲击电流的测量。
另外，本申请提供的瞬态磁场大小的获取方法，还可以用于辅助冲击电流线性度测量，以及用于评估冲击分流器的线性度特性等应用场景。对于其他应用场景的适用本申请不作限制，但在此不再过多介绍。
基于上述方法实施方式，本申请还提供了一种瞬态磁场大小的获取装置，参考图5，为本申请实施例提供的一种瞬态磁场大小的获取装置的结构示意图。所述装置500包括上述的瞬态磁场传感器501、数据采集模块502、光纤通信模块503和上位机504；
所述瞬态磁场传感器501，用于在感应到随待测瞬态磁场的变化产生的电压信号后，将所述电压信号传送至所述数据采集模块；
所述数据采集模块502，用于对所述电压信号进行预处理后，将所述电压信号传送至所述光纤通信模块；
所述光纤通信模块503，用于将所述电压信号转换为光信号，并将所述光信号传送至所述上位机；
所述上位机504，用于基于所述光信号获取所述待测瞬态磁场的大小。
一种可选的实施方式中，所述上位机504，还用于基于所述待测瞬态磁场的大小和预设磁场与电流的比例系数，确定产生所述待测瞬态磁场的冲击电流的大小。
另外，所述预设磁场与电流的比例系数为利用冲击分流器进行校准的。
本申请提供的瞬态磁场大小的获取装置能够实现对瞬态磁场大小的测量，进一步的，还能够基于测量得到的瞬态磁场大小，得到产生该瞬态磁场的冲击电流的大小。
可以理解的是，对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
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或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何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过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请实施例所提供的一种瞬态磁场大小的获取方法、装置及瞬态磁场传感器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种瞬态磁场大小的获取方法，其特征在于，所述方法应用于瞬态磁场传感器，所述瞬态磁场传感器包括感应线圈和支撑骨架，所述支撑骨架的外形为空心圆柱形，所述空心圆柱形的内径、外径和所述感应线圈的长度之间的关系使得所述感应线圈感应到的电压信号与所述感应线圈的中心点的磁场大小成正比；所述感应线圈置于待测瞬态磁场中，所述方法包括：
所述感应线圈感应到随所述待测瞬态磁场的变化产生的电压信号后，将所述电压信号传送至上位机，以便由所述上位机基于所述电压信号得到所述待测瞬态磁场的大小。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空心圆柱形的内径、外径和所述感应线圈的长度之间的关系，包括：
其中，d用于表示所述空心圆柱形的内径，D用于表示所述空心圆柱形的外径，L用于表示所述感应线圈的长度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述感应线圈感应到随所述待测瞬态磁场的变化产生的电压信号后，将所述电压信号传送至上位机，以便由所述上位机基于所述电压信号得到所述待测瞬态磁场的大小，包括：
所述感应线圈感应到随所述待测瞬态磁场的变化产生的电压信号后，将所述电压信号传送至数据采集模块；
所述数据采集模块对所述电压信号进行预处理后，将所述电压信号传送至光纤通信模块；
所述光纤通信模块将所述电压信号转换为光信号，并将所述光信号传送至上位机；
所述上位机基于所述光信号获取所述待测瞬态磁场的大小。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述上位机基于所述待测瞬态磁场的大小和预设磁场与电流的比例系数，确定产生所述待测瞬态磁场的冲击电流的大小。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用冲击分流器对所述预设磁场与电流的比例系数进行校准。
6.一种瞬态磁场传感器，其特征在于，所述瞬态磁场传感器包括感应线圈和支撑骨架；所述支撑骨架的外形为空心圆柱形，所述空心圆柱形的内径、外径和所述感应线圈的长度之间的关系使得所述感应线圈感应到的电压信号与所述感应线圈的中心点的磁场大小成正比；
所述感应线圈，用于在感应到随所述待测瞬态磁场的变化产生的电压信号后，将所述电压信号传送至上位机，以便由所述上位机基于所述电压信号得到所述待测瞬态磁场的大小。
7.根据权利要求6所述的瞬态磁场传感器，其特征在于，所述空心圆柱形的内径、外径和所述感应线圈的长度之间的关系，包括：
其中，d用于表示所述空心圆柱形的内径，D用于表示所述空心圆柱形的外径，L用于表示所述感应线圈的长度。
8.一种瞬态磁场大小的获取装置，其特征在于，所述装置包括权利要求6或7所述的瞬态磁场传感器、数据采集模块、光纤通信模块和上位机；
所述瞬态磁场传感器，用于在感应到随待测瞬态磁场的变化产生的电压信号后，将所述电压信号传送至所述数据采集模块；
所述数据采集模块，用于对所述电压信号进行预处理后，将所述电压信号传送至所述光纤通信模块；
所述光纤通信模块，用于将所述电压信号转换为光信号，并将所述光信号传送至所述上位机；
所述上位机，用于基于所述光信号获取所述待测瞬态磁场的大小。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述上位机，还用于基于所述待测瞬态磁场的大小和预设磁场与电流的比例系数，确定产生所述待测瞬态磁场的冲击电流的大小。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述预设磁场与电流的比例系数为利用冲击分流器进行校准的。
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- 2020-03-03 CN CN202010145399.8A patent/CN111220933A/zh active Pending
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