專利名稱:基于印制電路板的羅戈夫斯基線圈的雷電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于雷電流測量技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及基于印制電路板(PCB)的羅戈夫斯基(Rogowski)線圈的雷電流傳感器的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù):
雷電流的幅值大、上升時(shí)間短,由此引發(fā)的電力系統(tǒng)過電壓嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。對雷電流各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行有效的測量為防雷設(shè)備的選擇、雷電電磁輻射的研究等提供最原始的數(shù)據(jù),這對雷電流的基礎(chǔ)研究工作具有重要意義。常用的雷電流測量方法有磁鋼棒法、陰極示波器、磁帶法、羅戈夫斯基(Rogowski)線圈,其中Rogowski線圈以其無磁飽和,線性度高,絕緣性能好的優(yōu)點(diǎn)在雷電流測量領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來又發(fā)展出了 PCB型Rogowski線圈電流互感器,它是一種可以精確測量電流的電流傳感器,已經(jīng)成為研究的熱門課題?,F(xiàn)有用PCB型Rogowski線圈測量電流的電流傳感器,如專利號為ZL201120300261. 7的“一種PCB型Rogowski線圈電流互感器”專利,公開的電流互感器主要包括PCB型Rogowski線圈、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)化裝置、混合電源等,該電流傳感器主要有如下缺點(diǎn)
I、頻帶范圍較窄,僅為工頻50Hz。因此該電流傳感器只能測量對頻帶要求不高的周期波形的工頻電流(即只能用作配電網(wǎng)的電流互感器),不能測量對頻帶范圍要求很寬的幅值大、上升時(shí)間短的非周期波形的雷電流,不能用作雷電流傳感器。2、僅用濾波電路抑制干擾,抗干擾性能差。因此,該電流傳感器只適用于測量以工頻電流為基準(zhǔn)的配電網(wǎng)電流,不能在架空輸電線路周圍電磁干擾很強(qiáng)的情況下測量幅值大、上升時(shí)間短的非周期波形的雷電流。3、該傳感器采用有源電子式互感器,且供電環(huán)境復(fù)雜,從而導(dǎo)致電流傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工作可靠性降低,適應(yīng)戶外惡劣環(huán)境的能力差。傳感器的測量精度和使用壽命均受到影響,并且安裝復(fù)雜,使用不方便,不便于推廣應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有PCB型Rogowski線圈電流傳感器的不足之處,提供了一種基于印制電路板的羅戈夫斯基線圈的雷電流傳感器。能夠測量雷電流并且具有測量頻帶寬,測量精度高,工作可靠且穩(wěn)定性好,便于安裝和推廣應(yīng)用等特點(diǎn)。本發(fā)明的原理本發(fā)明雷電流傳感器基于安培環(huán)路定理和法拉第電磁感應(yīng)定律,其原理與傳統(tǒng)矩形截面的Rogowski線圈相同。當(dāng)雷電流通過載流導(dǎo)體時(shí)會在其周圍產(chǎn)生一個(gè)暫態(tài)磁場,變化的磁場在印制導(dǎo)線構(gòu)成的小線匝產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢,最終通過多個(gè)小線匝感應(yīng)電勢的疊加得到了線圈最終的輸出電壓。
權(quán)利要求
1. 一種基于印制電路板的羅戈夫斯基線圈的雷電流傳感器,其特征在于所述雷電流傳感器主要由基板(3)、積分電路(2)、屏蔽層(4)構(gòu)成;所述基板(3)的材料為厚度為2 4mm的FR-4或CEM-3或Hydrocarbon板材,所述基板(3)的形狀為邊緣有一凸臺的圓環(huán)形,所述基板(3)的圓環(huán)的外徑為20(T300mm、內(nèi)徑為10(Tl80mm,所述基板(3)的邊緣凸臺的長度為l(T25mm、寬度為5 20mm,在所述基板(3)的圓環(huán)的內(nèi)外圓周上距邊緣T6mm處,分別均勻并對稱地設(shè)置250 350個(gè)通孔,即過孔(3-3),所述過孔(3-3)的孔徑與PCB型Rogowski線圈的印制導(dǎo)線的寬度相匹配,所述的印制導(dǎo)線為寬度為I. OmnTl. 6_、厚度為5(Tl00的扁形銅線,通過所述的過孔(3_3)均勻繞制在所述基板(3)的圓環(huán)的兩面,形成雙面印制電路板的羅戈夫斯基線圈,即雙面PCB型Rogowski線圈,在距離所述基板(3)的外圓周邊緣f 5mm處均勻設(shè)置:Γ5個(gè)孔徑為f 4mm的通孔,即安裝孔(5),在每個(gè)安裝孔(5)中裝設(shè)一根長度為5 15mm、外徑為2 4mm的銅柱,串聯(lián)連接的雙面PCB型Rogowski線圈采用2 6個(gè)雙面PCB型Rogowski線圈構(gòu)成;所述的積分電路⑵由取樣電阻Ra、積分電阻R、積分電容C組成,所述的取樣電阻Ra并聯(lián)在所述雙面PCB型Rogowski線圈的兩端,即與線圈的雜散電容Ctl并聯(lián),所述的取樣電阻Ra為O. 2^2的金屬膜電阻或無感電阻,所述的積分電阻R為KTlOOkQ的金屬膜電阻或無感電阻,所述的積分電容C為電氣性能穩(wěn)定的獨(dú)石電容,所述積分電容C的電容值與所述積分電阻R的電阻值之乘積值為O. 5X 10_,5X 10_3,所述積分電阻R與積分電容C串聯(lián)而形成RC積分電路,與所述的取樣電阻Ra并聯(lián),從所述積分電容C的兩端輸出電壓信號U(l,所述積分電路(2)輸出的電壓信號Utl通過裝設(shè)于所述基板(3)邊緣凸臺處的信號輸出接口(I),即同軸電纜BNC母頭輸出;所述的屏蔽層(4)由生料帶和銅箔膠帶及絕緣膠帶纏繞而成,即在所述基板(3)的表面先用生料帶均勻而緊密地纏繞,形成一層厚度為O. 5^1. 5mm的絕緣層,即屏蔽層的第一層,然后在所述屏蔽層的第一層的外面用銅箔膠帶均勻而緊密地纏繞一層厚度為O. 5^2mm的金屬層,即屏蔽層的第二層,最后用絕緣膠帶在所述屏蔽層的第二層的外面均勻而緊密地纏繞,形成一層厚度為f 3mm的絕緣外殼,即屏蔽層的第三層。全文摘要
一種基于印制電路板的羅戈夫斯基線圈的雷電流傳感器,涉及基于PCB的Rogowski線圈的雷電流傳感器的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明雷電流傳感器主要由基板、積分電路、屏蔽層等構(gòu)成。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單,制作方便,成本低;測量頻帶寬,響應(yīng)速度快,抗干擾能力強(qiáng),測量精度高;能在戶外惡劣環(huán)境下可靠工作和穩(wěn)定運(yùn)行;便于推廣應(yīng)用等特點(diǎn)。本發(fā)明雷電流傳感器可廣泛應(yīng)用于測量架空輸電線路的雷電流,為防雷設(shè)備的選擇、雷電流電磁輻射的研究等提供可靠的原始數(shù)據(jù)。
文檔編號G01R19/00GK102944716SQ20121045303
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者李成祥, 吳俊鋒, 姚陳果, 米彥, 王有元, 司馬文霞, 楊慶, 袁濤 申請人:重慶大學(xué)