專利名稱：一種差模式空芯線圈電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電流傳感器，特別是涉及一種高壓電力電纜的差模式空芯線圈電流傳感器。

背景技術(shù)：
目前，高壓電力系統(tǒng)用于測(cè)量電流的設(shè)備主要是電磁式電流傳感器，這種電流傳感器主要包括環(huán)型硅鋼片鐵芯、包在環(huán)型硅鋼片鐵芯外的絕緣層、繞在絕緣層外的二次漆包線圈和二次漆包線圈接線柱等。電磁式電流傳感器的硅鋼片鐵芯在大電流下易飽和；且隨著電壓等級(jí)的增高，其體積和重量越大、絕緣結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、可靠性也越低。電磁式電流傳感器的輸出和功率都比較大，不能直接與二次設(shè)備連接，不能和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，不能實(shí)現(xiàn)智能化控制，不能適應(yīng)數(shù)字化變電站發(fā)展的要求。
與電磁式電流傳感器不同，空芯線圈電流傳感器不包括硅鋼片鐵芯，不易產(chǎn)生飽和；且空芯線圈電流傳感器的輸出和功率都比較小，能直接與數(shù)字化二次設(shè)備連接。
空芯線圈電流傳感器中空心線圈的輸出電壓(ε)是被測(cè)電流(i)對(duì)時(shí)間(t)的微分，其中M是空芯線圈的互感系數(shù)。因此，空芯線圈電流傳感器中需要對(duì)空心線圈的輸出信號(hào)進(jìn)行積分，才能還原被測(cè)電流。目前，空芯線圈電流傳感器一般采用硬件積分技術(shù)對(duì)空閑線圈的輸出信號(hào)進(jìn)行積分；一般硬件積分電路由放大電路、電阻和電容等器件組成，由于放大電路、電阻和電容易受溫度影響，其參數(shù)隨溫度的變化而變化，導(dǎo)致硬件積分電路工作不穩(wěn)定，使空芯線圈電流傳感器的穩(wěn)定性和精度下降。另外，現(xiàn)有的空芯線圈電流傳感器一般為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，在某些現(xiàn)場(chǎng)條件下無(wú)法安裝，這些都限制了空芯線圈電流傳感器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型的差模式空芯線圈電流傳感器。利用實(shí)用新型的差模式用以消除外界電磁干擾，對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾、放大和積分，從而保證測(cè)量信號(hào)的穩(wěn)定性和測(cè)量精度。
為了達(dá)到上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案如下 一種差模式空芯線圈電流傳感器，其特征在于，該電流傳感器的主要結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)空芯線圈，其以差模方式連接，且對(duì)稱安裝于被測(cè)高壓電力電纜的兩側(cè)以感應(yīng)電流值，兩個(gè)空芯線圈輸出的電流值先通過(guò)雙絞線將電流信號(hào)輸出至數(shù)據(jù)采集單元；再由數(shù)據(jù)采集單元將數(shù)據(jù)輸出至PC機(jī)。
所述的數(shù)據(jù)采集單元包括調(diào)理電路、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，調(diào)理電路用于對(duì)空芯線圈的輸出電流放大、濾波及信號(hào)處理；A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接所述的調(diào)理電路并將其輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述的PC機(jī)用于接收A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)。
所述的空芯線圈包括主體和纏于主體上的線纜，兩個(gè)空芯線圈上的線纜一端相連通，另一端分別接至所述的調(diào)理電路。
更進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)，所述的主體為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，該長(zhǎng)方體四周邊緣設(shè)有線槽，線槽內(nèi)纏有所述的線纜，主體內(nèi)還設(shè)有通孔，該通孔的軸線垂直于所述線槽形成的平面。
作為更進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，所述的主體上還設(shè)有小孔，該小孔內(nèi)安裝接線柱。
數(shù)據(jù)采集單元輸出口包括有PCI總線、或RS232串口、或Ethernet接口，可用于與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的差模式空芯線圈電流傳感器具有如下技術(shù)優(yōu)點(diǎn) 1.本實(shí)用新型中采用兩個(gè)空芯線圈，其以差模方式連接，且對(duì)稱安裝于電力電纜的兩側(cè)以感應(yīng)電流值，在這種固定方式下，電纜產(chǎn)生的磁場(chǎng)在兩個(gè)空芯線圈中產(chǎn)生相反的磁場(chǎng)，而外部干擾磁場(chǎng)在兩個(gè)空芯線圈中方向相同，采用差模方式連接這兩個(gè)空芯線圈，可以消除外部磁場(chǎng)的干擾。
2.本實(shí)用新型采用了數(shù)據(jù)采集單元，其中的調(diào)理電路對(duì)空芯線圈的輸出信號(hào)進(jìn)行放大、濾波及信號(hào)處理；然后再采用A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器將信號(hào)調(diào)理電路輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；最后將數(shù)字信號(hào)傳輸至PC機(jī)從而提高了測(cè)量的穩(wěn)定性，并大大提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精度。

圖1是本實(shí)用新型差模式空芯線圈電流傳感器中的線路連接示意圖。
圖2是本實(shí)用新型差模式空芯線圈電流傳感器中的數(shù)據(jù)采集單元中部件的連接示意圖。
圖3是本實(shí)用新型差模式空芯線圈電流傳感器中空芯線圈的結(jié)構(gòu)示意圖。
1-被測(cè)高壓電力電纜 2-空芯線圈 3-調(diào)理積分單元4-PC機(jī) 5-雙絞線 6-調(diào)理電路 7-A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器8-數(shù)字積分電路 9-輸出接口 10-PCI總線 11-RS232串口 12-Ethernet接口 具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例來(lái)對(duì)本實(shí)用新型的差模式空芯線圈電流傳感器做進(jìn)一步的詳細(xì)闡述，但不能以此來(lái)限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
圖1是本實(shí)用新型提供的差模式空芯線圈電流傳感器的線路連接示意圖。由圖可知，本實(shí)用新型的差模式空芯線圈電流傳感器的主要結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)空芯線圈2，其以差模方式連接，且對(duì)稱安裝于電力電纜的兩側(cè)以感應(yīng)電流值，兩個(gè)空芯線圈輸出的電流值2先通過(guò)雙絞線5將電流信號(hào)輸出至數(shù)據(jù)采集單元3；再由數(shù)據(jù)采集單元3將數(shù)據(jù)輸出至PC機(jī)4。
圖2是本實(shí)用新型差模式空芯線圈電流傳感器中的數(shù)據(jù)采集單元中部件的連接示意圖。由圖可知，數(shù)據(jù)采集單元3包括調(diào)理電路6、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器7，電流傳感器采用差模方式可以消除外界電磁干擾，所述的調(diào)理電路6用于對(duì)空芯線圈的輸出電流放大、濾波及信號(hào)處理；A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器7連接所述的調(diào)理電路6并將其輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。PC機(jī)4接收A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器7輸出的數(shù)字信號(hào)，并作進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理，獲得電力電纜的電流值；從而提高了測(cè)量的穩(wěn)定性，并大大提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精度。
本實(shí)用新型的空芯線圈結(jié)構(gòu)如圖3所示，圖3是本實(shí)用新型差模式空芯線圈電流傳感器中空芯線圈的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可知，空芯線圈2包括主體21和纏于主體21上的線纜22，兩個(gè)空芯線圈2上的線纜一端相連通，另一端分別接至所述的調(diào)理電路6。
所述的主體21為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，該長(zhǎng)方體四周邊緣設(shè)有線槽，線槽內(nèi)纏有所述的線纜22，主體21內(nèi)還設(shè)有通孔，該通孔的軸線垂直于所述線槽形成的平面。線纜纏繞在所述的線槽內(nèi)形成一個(gè)環(huán)形線圈，該環(huán)形線圈中部則為通孔。具體設(shè)計(jì)中采用的是四個(gè)大孔。
更進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，在所述的主體21上還設(shè)有多個(gè)小孔，該小孔內(nèi)安裝接線柱。根據(jù)具體的需要，一般每個(gè)面設(shè)計(jì)有三個(gè)小孔，安裝有三個(gè)接線柱。具體實(shí)踐中，空芯線圈2的主體骨架采用工程塑料(ABS)加工制成；在骨架上均勻的纏繞上200～300匝漆包線，其直徑為0.2～0.3毫米。
實(shí)施例1 本實(shí)施例中提供了一種差模式空芯線圈電流傳感器，其主要結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)空芯線圈2，它們以差模方式連接，且對(duì)稱安裝于電力電纜被測(cè)高壓電力電纜1的兩側(cè)以感應(yīng)電流值，兩個(gè)空芯線圈2輸出的電流值先通過(guò)雙絞線5將電流信號(hào)輸出至數(shù)據(jù)采集單元3；再由數(shù)據(jù)采集單元3將數(shù)據(jù)輸出至PC機(jī)4。其中，電流傳感器采用差模方式是消除外界電磁干擾；數(shù)據(jù)采集單元3主要實(shí)現(xiàn)向模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，其接線圖如圖2所示，它包括調(diào)理電路6、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器7和數(shù)字積分電路8，所述的調(diào)理電路6用于對(duì)空芯線圈的輸出電流放大、濾波及信號(hào)處理；A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器7連接所述的調(diào)理電路6并將其輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；數(shù)字積分電路8連接所述的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器7并將其信號(hào)進(jìn)行數(shù)字積分，PC機(jī)4可以通過(guò)PCI總線10、或RS232串口11、或Ethernet12接口與所述的數(shù)字積分電路8進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，接收來(lái)自數(shù)字積分電路8并作進(jìn)一步處理，還原被測(cè)高壓電力電纜1的電流值。
實(shí)施例2 本實(shí)施例提供另一種差模式空芯線圈電流傳感器，其主要結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)空芯線圈2，它們以差模方式連接，且對(duì)稱安裝于被測(cè)高壓電力電纜1的兩側(cè)以感應(yīng)電流值，兩個(gè)空芯線圈2輸出的電流值先通過(guò)雙絞線5將電流信號(hào)輸出至數(shù)據(jù)采集單元3；再由數(shù)據(jù)采集單元3將數(shù)據(jù)輸出至PC機(jī)4。其中，電流傳感器采用差模方式是消除外界電磁干擾；數(shù)據(jù)采集單元3包括調(diào)理電路6、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器7，電流傳感器采用差模方式可以消除外界電磁干擾，所述的調(diào)理電路6用于對(duì)空芯線圈的輸出電流放大、濾波及信號(hào)處理；A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器7連接所述的調(diào)理電路6并將其輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；PC機(jī)4接收A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器7輸出的數(shù)字信號(hào)，并作進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理，獲得電力電纜的電流值；從而提高了測(cè)量的穩(wěn)定性，并大大提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精度。
在本實(shí)施例中PC機(jī)起到軟件積分，數(shù)據(jù)處理等作用，其數(shù)據(jù)處理流程如下 通過(guò)高壓電力電纜的電流I在線圈中產(chǎn)生磁場(chǎng)B，空芯線圈能夠感應(yīng)這個(gè)磁場(chǎng)B，并在兩個(gè)線圈兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)+ε和-ε；空芯線圈同時(shí)也能感應(yīng)外界其它磁場(chǎng)B′，并產(chǎn)生兩個(gè)近似相等的電動(dòng)勢(shì)ε′；通過(guò)差模連線方式連接兩個(gè)空芯線圈，消除外界干擾產(chǎn)生的電動(dòng)式ε′，得到與電纜中電流的微分成正比的電動(dòng)勢(shì)其中a是與空芯線圈的結(jié)構(gòu)及其安放位置相關(guān)的參數(shù)。
上述的數(shù)據(jù)采集單元3可以集成到一片數(shù)據(jù)采集卡中，該數(shù)據(jù)采集卡具有150kHz的采樣頻率，將采集模擬信號(hào)ε，輸出數(shù)字信號(hào)εd，并將數(shù)值信號(hào)εd傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。在計(jì)算機(jī)中，做如下的計(jì)算得到電動(dòng)勢(shì)的有效值而電纜中電流I的等效值與V成正比，因此，I＝bV，其中b是比例系數(shù)。
毫無(wú)疑問(wèn)，以上只是本實(shí)用新型差模式空芯線圈電流傳感器一種結(jié)構(gòu)形式的實(shí)施例，還可以有其他結(jié)構(gòu)替代和數(shù)據(jù)變換?？偠灾?，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍還包括其他對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的變換和替代。
權(quán)利要求1.一種差模式空芯線圈電流傳感器，其特征在于，該電流傳感器的主要結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)空芯線圈(2)，其以差模方式連接，且對(duì)稱安裝于被測(cè)高壓電力電纜(1)的兩側(cè)以感應(yīng)電流值，兩個(gè)空芯線圈輸出的電流先通過(guò)雙絞線(5)將電流信號(hào)輸出至數(shù)據(jù)采集單元(3)；再由數(shù)據(jù)采集單元(3)將數(shù)據(jù)輸出至PC機(jī)(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種差模式空芯線圈電流傳感器，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集單元(3)包括調(diào)理電路(6)和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器(7)，所述的調(diào)理電路(6)用于對(duì)空芯線圈的輸出電流放大、濾波及信號(hào)處理；A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器(7)連接所述的調(diào)理電路(6)并將其輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所述的PC機(jī)(4)用于接收A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器(7)輸出的信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行積分處理，將信號(hào)還原為電纜的電流信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種差模式空芯線圈電流傳感器，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集單元(3)還包括數(shù)字積分電路(8)，所述數(shù)字積分電路(8)將接收來(lái)自A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器(7)的信號(hào)并將其信號(hào)進(jìn)行數(shù)字積分處理，所述的PC機(jī)(4)接收數(shù)字積分電路(8)輸出的信號(hào)，獲得電纜的電流值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種差模式空芯線圈電流傳感器，其特征在于，所述的空芯線圈(2)包括主體(21)和纏于主體(21)上的線纜(22)，兩個(gè)空芯線圈(2)上的線纜一端相連通，另一端分別接至所述的調(diào)理電路(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種差模式空芯線圈電流傳感器，其特征在于，所述的主體(21)為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，該長(zhǎng)方體四周邊緣設(shè)有線槽，線槽內(nèi)纏有所述的線纜(22)，主體(21)內(nèi)還設(shè)有通孔，該通孔的軸線垂直于所述線槽形成的平面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種差模式空芯線圈電流傳感器，其特征在于，所述的主體(21)上還設(shè)有小孔，該小孔內(nèi)安裝接線柱。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種差模式空芯線圈電流傳感器，其特征在于，數(shù)據(jù)采集單元(3)輸出口包括有用于與PC機(jī)(4)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腜CI總線(10)、或RS232串口(11)、或Ethernet(12)接口。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種差模式空芯線圈電流傳感器，所述的電流傳感器的主要結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)空芯線圈，所述的空芯線圈間差模方式連接，且對(duì)稱地安裝于電力電纜的兩側(cè)以感應(yīng)電流值；電流傳感器將感應(yīng)到的電流值先傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集單元，然后由數(shù)據(jù)采集單元將數(shù)據(jù)傳輸至PC機(jī)；本實(shí)用新型中兩個(gè)分別安裝于待測(cè)電纜的兩側(cè)的空芯線圈組成差模電路，可以消除外部磁場(chǎng)的干擾，大大提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精度。
文檔編號(hào)G01R19/25GK201540328SQ200920269050
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者周明, 蘇文群, 徐俊, 周雄明, 陸文娟, 殷剛, 楊峰 申請(qǐng)人:上海市電力公司, 上海波匯通信科技有限公司, 上海市電力公司市南電纜管理處