CN1553198A

CN1553198A - 电缆芯线电流探测器

Info

Publication number: CN1553198A
Application number: CNA031342256A
Authority: CN
Inventors: 李宝忠
Original assignee: Northwest Institute of Nuclear Technology
Current assignee: Northwest Institute of Nuclear Technology
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2023-06-02
Also published as: CN100370262C

Abstract

本发明涉及一种电缆芯线流探测器；具体说是一种可以实时、动态测量电缆上芯线电流的非接触式脉冲电流探测器。目前，常用到的方法是将电缆外屏蔽层剥开，或者使用引线，将芯线电流引出来，再用探测器进行测量；但对于两端焊接有电缆转接头、安装在装置中的情况下，就不容易测量电缆中的电流信号。本发明设计为圆柱状嵌入式结构，轴心为中心导线，在两端连接标准电缆转接座内芯；外层为金属屏蔽壳，连接电缆座的外壳；探测器测量信号在中间位置，使用标准电缆座横向引出。因而本发明是一种结构精巧，使用方便，灵敏度高的电缆芯线流探测器。

Description

电缆芯线电流探测器

一、技术领域：

本发明涉及一种电缆芯线流探测器；具体说是一种可以实时、动态测量电缆上芯线电流的非接触式脉冲电流探测器。

二、背景技术：

在科研与实际工作中，有些时候需要对连接在电路中的电缆上芯线中的电流进行测量，目前，常用到的方法是将电缆外屏蔽层剥开，或者使用引线，将芯线电流引出来，再用探测器进行测量；但对于两端焊接有电缆转接头、安装在装置中的情况下，就不容易测量电缆中的电流信号。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种使用方便、测量准确的电缆芯线流探测器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种电缆芯线流探测器，其特殊之处在于：所述的电缆芯线流探测器包括金属屏蔽壳1，中心导线5，芯线电流传感器4，电缆转接座2，电缆转接座3，电缆座6，绝缘体7；所述的电缆芯线流探测器设置在充满绝缘体的金属屏蔽壳1内，电缆芯线流探测器的中心导线5的两端分别连接电缆转接座2和电缆转接座3；在中心导线5的周围设置芯线电流传感器4，芯线电流传感器4通过电缆座6横向引出测量信号线。

上述的芯线电流传感器4为罗戈夫斯基线圈，其采用磁性材料为测量绕线骨架。

上述的芯线电流传感器4位于中心导线5的中间位置。

上述的金属屏蔽壳1与电缆转接座2、电缆转接座3的外壳连接。

上述的绝缘体7为尼龙材料。

上述的芯线电流传感器4的测量线圈为漆包线，线直径0.5毫米，圈数15。

上述的磁性材料为镍锌材料。

本发明相对于现有技术，其优点如下：

1、结构精巧，使用方便：由于本发明的两端有电缆转接座，可以方便地与电缆连接，或者连接在电缆与装置中间，使中心导线与电缆芯线接通，外层金属屏蔽壳连接电缆的屏蔽层，不影响电缆的正常工作连接。

2、参数性能优良：本发明探测器频谱可以宽达140MHz，低频可以到达3Hz，测量范围广，电流幅值可在十到数百安培，脉冲上升时间小于5纳秒，脉冲宽度可到10微秒，灵敏度大于3.5V/A，足以满足脉冲功率实验需要；另外，测量到的信号与芯线电流波形之间为正比关系，读数方便，不用再进行数据处理。

3、本发明的状态独立，对被测回路没有影响：由于信号测量部分与被测量的芯线电流实行物理隔离，与被测回路没有电的联系，不会影响被测量芯线电流的状态。

4、本发明的芯线电流传感器为罗戈夫斯基线圈，安置在中心导线周围，使用磁性材料作为测量绕线骨架，测量信号引出口横向置于探测器中部，与探测器中心导线、屏蔽壳实行电绝缘隔离，因而测量准确。

四、附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的电流探测器标定连接示意图；

图3为本发明的电流探测器标定高频响应图；

图4为本发明的电流探测器标定低频响应图。

五、具体实施例：

参见图1，本发明包括金属屏蔽壳1，中心导线5，芯线电流传感器4，电缆转接座2，电缆转接座3，电缆座6，绝缘体7；所述的电缆芯线流探测器设置充满绝缘体的金属屏蔽壳1在内，所述的绝缘体7采用尼龙材料，而电缆芯线流探测器的中心导线5的两端分别连接电缆转接座2，电缆转接座3，因而其可以直接连接在电缆端口的转接头上，不影响电缆在装置中的连接，很方便地测量出电缆芯线上的电流信号；而金属屏蔽壳1与电缆转接座2、电缆转接座3的外壳连接，实现屏蔽作用。电流信号可以直接用50欧姆匹配电缆连接到示波器上观察波形。而金属屏蔽壳1与电缆转接座2，电缆转接座3的外壳连接，使外层金属屏蔽壳1连接电缆的屏蔽层，实现电缆芯线流探测器的屏蔽。

本发明测量脉冲电流的传感器是芯线电流传感器4，即罗戈夫斯基线圈，采用磁性材料作为测量绕线骨架，设置在中心导线5的中间位置；其基本原理为电磁感应原理和全电流原理：任何随时间变化的电流总是伴随一个随时间变化的磁场，若有一个闭合线圈环绕电流放置，那么在线圈上将产生感应电动势，根据线圈参数不同，该电压与源电流关系成微分或正比关系。即当探测器的感抗远大于其负载电阻(wL＞＞R)值时，测量的电压与原信号为正比关系；而当探测器的感抗远小于其负载电阻值(wL＜＜R)时，测量的电压为原信号的微分。

具体实施例：

本发明中探测器的参数为：

w＝0.01米；r₂＝0.023米；r₁＝0.01米；n＝15圈；u_r＝2000；u₀＝4π×10^-7。

由电感公式：

L = \frac{w u_{0} u_{r} n^{2}}{2 π} \ln (r_{2} / r_{1})

得到：L＝7.496×10^-4H

上述的参数w线圈宽度，r₁为线圈外径，r₂为线圈内径，n为线圈的圈数，u_r为相对磁导率，u₀为真空磁导率；

很容易满足wL＞＞R的条件，由此在本探测器中测量信号与原信号呈正比关系。

本发明的芯线电流传感器为罗戈夫斯基线圈，安置在中心导线周围，使用磁性材料作为测量绕线骨架，其磁性材料为镍锌材料，芯线电流传感器4通过电缆座6横向引出测量信号线，测量信号引出口横向置于探测器中部，与探测器中心导线、屏蔽壳实行电绝缘隔离，因而测量准确。

参见图2，图3，图4，图2是对探测器标定示意图，信号源输出幅度为50伏的脉冲信号，经过探测器后接在50欧姆负载上，那么被测量电流为1安培，使用示波器监测探测器的测量信号，其幅度等于该探测器的灵敏度。比较源信号与测量信号，即可得到探测器的灵敏度、响应频谱的参数。

图3为卡钳式脉冲电流探测器高频标的定波形。图4为卡钳式脉冲电流探测器低频标的定波形。

取电路模型为R、L、C回路，

对于高频标定，若输入信号上升沿为t₁，探测器测量波形上升沿为t₂，那么认为探测器本身响应时间为：

t_{0} = \sqrt{t_{2}^{2} - t_{1}^{2}}

其响应频率上限计算公式为

f_H＝0.35/t₀

对于低频标定，在输入信号为方波信号时，探测器测量得到一个有平顶降落的方波，其频率下限计算公式为：

f_{L} = \frac{δ}{2 π v_{s} t_{p}}

其中：Vs为测量得到方波的幅度，单位：伏；

tp为方波宽度，单位：秒；

δ为方波在tp宽度内由Vs下降的幅度，单位：伏；

表1为探测器高频标定数据。信号源为毫微妙发生器水银开关。源信号：幅度：1安培；脉宽：100纳秒。

表1 探测器高频标定数据

标号	源信号		测量信号：
标号	源信号		测量信号：			上升沿(ns)	上升沿(ns)	幅度(V)	高频(MHz)
2	1.3	3.6	3.4	104.25		上升沿(ns)	上升沿(ns)	幅度(V)	高频(MHz)
2	1.3	3.6	3.4	104.25	3	1.35	3.6	3.6	104.88
4	1.4	2.8	3.4	144.34	3	1.35	3.6	3.6	104.88
4	1.4	2.8	3.4	144.34	5	1.3	1.6	3.3	375.24
6	1.45	4.5	3.48	82.15	5	1.3	1.6	3.3	375.24

表2 为探测器低频标定数据。信号源为宽脉冲信号源214B)。源信号：幅度：1安培；脉宽：6微秒。

表2 探测器低频标定数据

标号	测量信号：
标号	测量信号：				幅度(V)	平顶跌落(V)	低频频率(KHz)
2	3.32	0.44	3.52		幅度(V)	平顶跌落(V)	低频频率(KHz)
2	3.32	0.44	3.52	3	3.58	0.62	4.6
4	3.4	0.4	3.14	3	3.58	0.62	4.6
4	3.4	0.4	3.14	5	3.4	0.48	3.74
6	3.44	0.46	3.54	5	3.4	0.48	3.74

表3为测量得到的探测器灵敏度与频率范围。可以看到该探测器灵敏度较高，而且频谱范围较大，完全满足在电流测量方面的需要。

表3 探测器灵敏度与频率范围。

标号	1#	2#	3#	4#	5#
标号	1#	2#	3#	4#	5#	灵敏度(V/m)	3.4	3.6	3.4	3.3	3.48
频率范围(kHz～MHz)	3.52～104	4.6～104	3.14～144	3.74～375	3.540～82	灵敏度(V/m)	3.4	3.6	3.4	3.3	3.48

Claims

1、一种电缆芯线流探测器，其特征在于：所述的电缆芯线流探测器包括金属屏蔽壳(1)，中心导线(5)，芯线电流传感器(4)，电缆转接座(2)，电缆转接座(3)，电缆座(6)，绝缘体(7)；所述的电缆芯线流探测器设置在充满绝缘体的金属屏蔽壳(1)内，电缆芯线流探测器的中心导线(5)的两端分别连接电缆转接座(2)和电缆转接座(3)；在中心导线(5)的周围设置芯线电流传感器(4)，芯线电流传感器(4)通过电缆座(6)横向引出测量信号线。

2、根据权利要求1所述的电缆芯线流探测器，其特征在于：所述的芯线电流传感器(4)为罗戈夫斯基线圈，其采用磁性材料为测量绕线骨架。

3、根据权利要求1或2所述的电缆芯线流探测器，其特征在于：所述的芯线电流传感器(4)位于中心导线(5)的中间位置。

4、根据权利要求3所述的电缆芯线流探测器，其特征在于：所述的金属屏蔽壳(1)与电缆转接座(2)、电缆转接座(3)的外壳连接。

5、根据权利要求4所述的电缆芯线流探测器，其特征在于：所述的绝缘体(7)为尼龙材料。

6、根据权利要求4所述的电缆芯线流探测器，其特征在于：所述的芯线电流传感器(4)的测量线圈为漆包线，线直径0.5毫米，圈数15。

7、根据权利要求4所述的电缆芯线流探测器，其特征在于：所述的磁性材料为镍锌材料。