CN206020511U - 一种基于罗氏线圈的电流传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于罗氏线圈的电流传感器，包括放大电路、积分电路和滤波电路，放大电路、积分电路和滤波电路依次连接；所述放大电路采用运放OP07CP来组成同相放大电路；所述积分电路采用带有惯性环节的有源积分器；所述滤波电路采用四阶巴特沃思有源低通滤波电路。本实用新型具有线性度好、灵敏度高、测量范围与频带宽、测量精度高、结构简单轻便、无磁饱和现象、安全可靠和便于工业化生产等优点，在电力系统中，将具有广阔的应用前景。

Description

一种基于罗氏线圈的电流传感器

技术领域

本实用新型涉及一种电流传感器，具体是一种基于罗氏线圈的电流传感器。

背景技术

1）电磁式电流传感器：由笨重的铁心和一、二次绕组构成的，采用的基本原理是基于电磁感应原理。即当一次绕组中有电流通过时，在铁心中会引起励磁磁通，二次绕组中便感应出感应电动势，在回路中产生电流。调整一、二次侧的绕组比值，得到不同等级的电流。

2）挠性、刚性罗氏线圈电流传感头：罗氏线圈：（又称Rogowski 线圈）是一个将导线（漆包线）均匀绕制在非磁性环形骨架上的空心线圈。测量时，将载流导线从线圈中心穿过，根据安培环路定律和电磁感应定律，磁场将在线圈的两端产生一个感应电动势，其值的大小正比于被测电流对时间的微分。对罗氏线圈的感应电动势进行积分运算后可得到正比于被测电流的信号。罗氏线圈性能较好，目前应用较多的主要有两种。

（a）挠性罗氏线圈：将漆包线均匀的绕在能够弯曲的挠性绝缘材料骨架上，并且测量时骨架需要弯曲成首尾紧密相吻合的环。

（b）刚性罗氏线圈：即固定式的罗氏线圈，其骨架截面形状常见的有跑道形、圆形、矩形三种，矩形截面应用较广。

现有技术缺点：

1）电磁式电流传感器因自身的结构和传感机理，存在易铁磁饱和、体积大、信号输出易失真、难以安全绝缘、数字量输出不便、频带窄、功耗大、成本高等缺点。

2）挠性、刚性罗氏线圈电流传感头：挠性和刚性罗氏线圈骨架上的绕线是由绕线机或手工来完成，基于该工艺的局限性，每次绕线难以保证完全一致，也不可能使绕线绝对均匀、线匝截面积处处相等。因此其重复性并不好，线圈参数分布的一致性难以得到保证，且存在层间电容变大和容易断线等缺点。测量精度和准确度受到影响，抗外磁场干扰能力弱、对产业化发展很不利。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于罗氏线圈的电流传感器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于罗氏线圈的电流传感器，包括罗氏线圈、放大电路、积分电路和滤波电路，其特征在于，所述放大电路、积分电路和滤波电路依次连接，所述罗氏线圈骨架高度为0.002m，匝数为200匝，内半径为0.032m，外半径为0.050m。

作为本实用新型进一步的方案：所述放大电路采用运放OP07CP来组成同相放大电路。

作为本实用新型进一步的方案：所述积分电路采用带有惯性环节的有源积分器。

作为本实用新型再进一步的方案：所述滤波电路采用四阶巴特沃思有源低通滤波电路。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型具有线性度好、灵敏度高、测量范围与频带宽、测量精度高、结构简单轻便、无磁饱和现象、安全可靠和便于工业化生产等优点，在电力系统中，将具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为基于罗氏线圈的电流传感器的结构示意图；

图2为基于罗氏线圈的电流传感器中放大电路的电路图；

图3为基于罗氏线圈的电流传感器中积分电路的电路图；

图4为基于罗氏线圈的电流传感器中滤波电路的电路图；

图5为基于罗氏线圈的电流传感器中罗氏线圈的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～5，本实用新型实施例中，一种基于罗氏线圈的电流传感器，包括罗氏线圈、放大电路、积分电路和滤波电路，所述放大电路、积分电路和滤波电路依次连接，所述罗氏线圈骨架高度为0.002m，匝数为200匝，内半径为0.032m，外半径为0.050m；所述积分电路采用带有惯性环节的有源积分器；所述滤波电路采用四阶巴特沃思有源低通滤波电路。

本实用新型的工作原理是：PCB型（印刷电路板）罗氏线圈测量电流时，将输出一个与被测电流成微分关系的电压信号。由于PCB型罗氏线圈互感值较小，所以该信号比较微弱，容易遭到外界干扰，影响测量结果，必须通过后续信号处理电路的处理，才能得到准确的输出信号。后续信号处理电路依次由三大部分组成，分别是放大电路、积分电路、滤波电路。

PCB型罗氏线圈测量电流时，将输出一个与被测电流成微分关系的电压信号。由于PCB型罗氏线圈互感值较小，所以该信号比较微弱，容易遭到外界干扰，影响测量结果，必须通过后续信号处理电路的处理，才能得到准确的输出信号。后续信号处理电路依次由三大部分组成，分别是放大电路、积分电路、滤波电路。各个电路之间连接时，要经过不断的匹配和调试，直到满足要求。传感器信号检测电路示意图如图1所示。

放大电路的作用主要是放大PCB型罗氏线圈输出的微弱电压信号，减弱外界干扰，提高信噪比。设计时，采用运放OP07CP来组成同相放大电路，充分利用该元器件的超低漂移性能，使输出信号准确，放大倍数稳定，保证前后级电路之间阻抗匹配。设计的放大电路如图2所示。

由罗氏线圈测量原理可知，线圈输出的感应电压为一微分表达式，其与通电导线中瞬时电流对时间的导数成正比。为保证感应电压和被测电流相位上的一致性，必须设计一积分电路，积分电路一般不采用信号衰减比较严重的无源积分器。根据要求，设计了加入惯性环节的有源积分器，如图3所示，其实质就是在积分电容两端并联反馈电阻来稳定电路工作，减少积分漂移，提高测量精度。

由PCB型罗氏线圈感应出来的信号一般经信号调理后会通过A/D转换送到微机控制系统中去，控制系统进而对信号进行显示与操作。而经传感器感应出来的信号仍然是含有基波及各次谐波分量的高频信号，因而，在信号输入微机控制系统之前，必须使用滤波电路来消除这些高频成分，增加传感器的信噪比。根据要求，设计一个四阶巴特沃思有源低通滤波电路，如图4所示。该电路具有输入阻抗高、输出阻抗低、带负载能力强、电路性能稳定、增益容易调节等优点。在输出信号频率在大于10KHz时，衰减明显，可满足测量要求。

设计一种基于印刷电路板（简称PCB）骨架的罗氏线圈，即PCB 型罗氏线圈，PCB型骨架材料温度系数小，尺寸稳定，便于绕线。通过建模与仿真分析，对罗氏线圈的结构和电磁参数进行优化设计。根据要求，选取合适参数，优化后的单块PCB型罗氏线圈参数如下：骨架高度h为0.002m，匝数N为200匝，内半径b为0.032m，外半径a为0.050m。采用计算机辅助设计软件（Protel DXP）进行布线，布好线后交由专业生产厂家采用数控机床全自动化生产，如图5所示。线圈可加工的很精确，不再需要繁琐的绕制线圈。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种基于罗氏线圈的电流传感器，包括罗氏线圈、放大电路、积分电路和滤波电路，其特征在于，所述放大电路、积分电路和滤波电路依次连接，所述罗氏线圈骨架高度为0.002m，匝数为200匝，内半径为0.032m，外半径为0.050m。

2.根据权利要求1所述的基于罗氏线圈的电流传感器，其特征在于，所述放大电路采用运放OP07CP来组成同相放大电路。

3.根据权利要求1所述的基于罗氏线圈的电流传感器，其特征在于，所述积分电路采用带有惯性环节的有源积分器。

4.根据权利要求1所述的基于罗氏线圈的电流传感器，其特征在于，所述滤波电路采用四阶巴特沃思有源低通滤波电路。