[发明专利]高频电流局部放电信号采集传感器

说明书

技术领域

本发明属于传感器领域。 

背景技术

罗氏线圈是一个 均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈。输出信号是电流对时间的微分。通过一个对输出的电压信号进行积分的电路，就可以真实还原输入电流。该线圈具有电流可实时测量、响应速度快、不会饱和、几乎没有相位误差的特点，故其可应用于继电保护，可控硅整流，变频调速，电阻焊等信号严重畸变以及电炉、短路测试、雷电信号采集等大电流的场合。然而局放信号是微小的电流信号，普通的罗氏线圈根本无法感应到这微小的电流。 

发明内容

本发明的目的通过对罗氏线圈的改进，以达到能够接收微小信号的高频电流局部放电信号采集传感器。 

本发明的载流导线穿过罗氏线圈，在线圈上感应出电压电流，电压电流经过电阻将电流转换为电压；线圈围着磁芯缠绕，再引出经积分电阻接地；另一端接调理电路的模拟量输入端；其电路连接是：M是线圈的互感，Ls是线圈的自感，Rs是线圈的等效电阻，Cs是线圈的等效杂散电容，R是线圈的积分电阻；一次侧电流经过电流互感器变换到二次侧，二次侧通过电感Ls、电阻Rs、积分电阻R串联起来，线圈的等效杂散电容Cs并联在积分电阻R两端。 

根据等效电路，可以列出电路方程为： 

　　　　　　　　　　　　（３.１）

　　　　　　　（３.２）

　　　　　　　　　　　　（３.３）

上述式中有关参数的含义如式（３.１）所示，由式（３.２）、式（３.３）有：

　　　　（３.４）

对式（３.１）、（３.４）作拉普拉斯变换并化简，得到：　　　　（３.５）

在零初始条件下，系统的传递函数Ｇ(s)为：

　　　　　（３.６）

在正弦稳态信号的作用下，有：

　　　　　（３.７）

根据公式（３.７），可以得到：

　　　　（３.８）

因此，电流耦合器的幅频特性为：

　　　　（３.９）

电流耦合器等效电路类似于高频小信号并联谐振回路，采用高频小信号并联谐

振回路理论分析可得电流耦合器的频带为：

下限频率：

　　　　　　（３.１０）

上限频率：

　　　　　　（３.１１）

工作频带：

　　　　　（３.１２）

当fh>>fl时，有：

　　　　　　（３.１３）

由式 (３.１３)可知，应使Ls尽可能大，Rs和R尽可能小。

本发明增大线圈的自感L，减小线圈尺寸和匝数，并减小杂散电容C，从而改善线圈性能。金属软磁材料的饱和磁感应强度，居里温度和基本磁导率较高，矫顽力较低。但其体电阻率较低，高频涡流损耗大，一般适宜低频段应用。而铁氧体软磁材料的磁性能一般比金属软磁材料低，但其体电阻率要比金属软磁材料高几个数量级，高频损耗小，适于高频段使用，且其价格低廉。铁氧体软磁材料具有高磁导率、低损耗、高饱和磁感应强度及高截止频率、高稳定性等特点，被广泛用于制作高频电感线圈磁芯，以提高线圈的自感，缩小其体积。 

附图说明

图1是本发明结构示意图； 

图2是本发明电路原理图；

图3是本发明HFCT传感器频谱。

具体实施方式

本发明的载流导线3穿过罗氏线圈，在线圈1上感应出电压电流，电压电流经过电阻将电流转换为电压；线圈1围着磁芯4缠绕，再引出经积分电阻2接地；另一端接调理电路的模拟量输入端；其电路连接是：M是线圈的互感，Ls是线圈的自感，Rs是线圈的等效电阻，Cs是线圈的等效杂散电容，R是线圈的积分电阻；一次侧电流经过电流互感器变换到二次侧，二次侧通过电感Ls、电阻Rs、积分电阻R串联起来，线圈的等效杂散电容Cs并联在积分电阻R两端。 

 根据等效电路，可以列出电路方程为： 

　　　　　　　　　　　　（３.１）

　　　　　　　（３.２）

　　　　　　　　　　　　（３.３）

上述式中有关参数的含义如式（３.１）所示，由式（３.２）、式（３.３）有：

　　　　（３.４）

对式（３.１）、（３.４）作拉普拉斯变换并化简，得到：　　　　（３.５）

在零初始条件下，系统的传递函数Ｇ(s)为：

　　　　　（３.６）

在正弦稳态信号的作用下，有：