[发明专利]基于PCB型罗氏线圈的短时缓变大电流测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及电流测量装置，具体地指一种基于PCB型罗氏线圈的短时缓变大电流测量装置，用于测量复杂电磁环境下短时非周期缓变大电流。

背景技术

目前的直线感应电机采用分段工作的短时周期供电方式，如：作为磁悬浮列车、电磁发射等高功率密度系统推进机的直线感应电机，其工作电流具有幅值大(可达数十kA)、频率低(DC～80Hz)，持续时间短(一般为几秒至十几秒钟)且电流为非周期信号的特点。由于电流幅值过大，采用霍尔线圈等带铁芯的电流传感器测量时存在饱和失真缺陷；虽然工作持续时间短但并非瞬态电流，而是短时缓变非周期信号，传统脉冲电流传感器也难以准确测量。

虽然罗氏线圈电流传感器具有线性度好、无饱和、测量动态范围宽、插入损耗小及结构简单等优点，可用于直线电机分段短时工作非周期缓变大电流测量。但是使用传统罗氏线圈测量直线感应电机的工作电流具有以下缺点：一是无法做到绕线均匀，普通PCB型罗氏线圈的抗干扰性能差，在多种强流电缆交错分布、电磁环境复杂的高功率密度系统中，线圈耦合的干扰信号严重影响测量准确度；二是罗氏线圈是基于法拉第电磁感应原理获取被测电流的变化率，然后经积分电路还原电流，由于一般的柔性罗氏线圈电流传感器无法感应直流信号，且多采用含较多滤波电路的带惯性环节滤波器，对直流或低频信号没有积分还原作用，因此无法用于缓变信号的测量。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种用于测量复杂电磁环境下短时非周期缓变大电流。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种基于PCB型罗氏线圈的短时缓变大电流测量装置，包括：

PCB型罗氏线圈，用于感应与待测电流母线中电流成正比的电压；

采样电阻，用于采集所感应电压转换出的电流信号并传送至信号接收设备；

信号接收设备，连接于所述采样电阻的两端，用于检测采样电阻上的电压信号。

上述技术方案中，所用PCB型罗氏线圈为双面对称布线且设置回线的PCB型罗氏线圈。

进一步地，所述PCB型罗氏线圈和采样电阻之间还依次设有：

无惯性环节积分电路，用于积分还原PCB型罗氏线圈感应出的电压信号；

和VI转换电路，用于将积分电路输出的电压信号转换成电流信号，以减小信号传输过程中外界耦合电压的干扰。

进一步地，所述VI转换电路通过带屏蔽层的双绞线与所述采样电阻连接。

上述技术方案中，所述无惯性环节积分电路包括：积分电阻、运算放大器和积分电容，所述运算放大器积的电压输入端连接有调零电路，所述积分电容并联有放电电阻和控制该放电电阻导通的开关。

其中，所述PCB型罗氏线圈与积分电路的反相输入端之间连接有低通滤波器。

进一步地，所述低通滤波器与积分电路的反相输入端之间还连接有机械调零电路。

更进一步地，所述调零电路包括电位器，以及连接在所述电位器可调端和积分电路的反相输入端的分压电阻。

上述技术方案中的积分电路和VI转换电路集成于所述PCB板上。

本发明工作过程如下：待测电流母线穿过PCB型罗氏线圈，PCB型罗氏线圈感应出与电流变化率成正比的电压信号，经无惯性环节积分电路积分后得到与被测电流成正比的电压信号，电压信号经VI转换电路转换成电流信号，该电流信号通过带屏蔽层的双绞线被传送至终端采样电阻，信号接收设备(如示波器、频谱分析仪等)检测采样电阻上的电压信号，最后通过相应的比例系数转换得出待测电流波形或频谱。

本发明提供的短时非周期缓变大电流测量装置，可实现直流或低频大电流检测，其测量带宽可达DC～200kHz，消除了常规电流传感器在该类电流测量方面的不足。本发明采用对称布线且设置回线的PCB型罗氏线圈作为传感头，可有效消除大电流系统中复杂电磁干扰，同时装置采用全模拟信号传输，有效减小测量误差。本测量装置将传感头线圈与后处理电路集成于一块PCB板，体积小，结构轻，成本低，同时结构简单，工业实现方便。

附图说明

图1为本发明基于PCB型罗氏线圈的短时缓变大电流测量装置的电路框图。

图2为图1为图1所示基于PCB型罗氏线圈的短时缓变大电流测量装置的无惯性环节积分电路的电路原理图。

图3为图1所示基于PCB型罗氏线圈的短时缓变大电流测量装置的电路原理图。

图4为使用本发明基于PCB型罗氏线圈的短时缓变大电流测量装置和LT 10000-S型霍尔电流传感器测试准直流电流的波形对比图。