專利名稱：一種差模式空芯線圈電流傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電流傳感器，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：
目前，高壓電力系統(tǒng)用于測量電流的設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 隨著電壓等級的增高，其體積和重量越大、絕緣結構越復雜、可靠性也越低。電磁式電流傳 感器的輸出和功率都比較大，不能直接與二次設備連接，不能和計算機聯(lián)網，不能實現(xiàn)智能 化控制，不能適應數(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)字化二次設備連接。 空芯線圈電流傳感器中空心線圈的輸出電壓(e )是被測電流(i)對時間(t)的
微分，e--M^，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空心
欲
線圈的輸出信號進行積分，才能還原被測電流。目前，空芯線圈電流傳感器一般采用硬件積 分技術對空閑線圈的輸出信號進行積分；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)結構，在某些現(xiàn)場條件下無法安裝，這些都限制了空芯線圈電流傳 感器在電力系統(tǒng)中的應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種新型的差模式空芯線圈電 流傳感器。利用發(fā)明的差模式用以消除外界電磁干擾，對測量信號進行過濾、放大和積分， 從而保證測量信號的穩(wěn)定性和測量精度。 為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術方案如下 —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構包括兩 個空芯線圈，其以差模方式連接，且對稱安裝于被測高壓電力電纜的兩側以感應電流值，兩 個空芯線圈輸出的電流值先通過雙絞線將電流信號輸出至數(shù)據采集單元；再由數(shù)據采集單 元將數(shù)據輸出至PC機。 所述的數(shù)據采集單元包括調理電路、A/D模數(shù)轉換器，調理電路用于對空芯線圈的
輸出電流放大、濾波及信號處理；A/D模數(shù)轉換器連接所述的調理電路并將其輸出的模擬
信號轉換為數(shù)字信號；所述的PC機用于接收A/D模數(shù)轉換器輸出的數(shù)字信號。 所述的空芯線圈包括主體和纏于主體上的線纜，兩個空芯線圈上的線纜一端相連通，另一端分別接至所述的調理電路。 更進一步的優(yōu)化設計，所述的主體為長方體結構，該長方體四周邊緣設有線槽，線 槽內纏有所述的線纜，主體內還設有通孔，該通孔的軸線垂直于所述線槽形成的平面。
作為更進一步的優(yōu)化設計方案，所述的主體上還設有小孔，該小孔內安裝接線柱。
數(shù)據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機進行數(shù)據傳輸。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的差模式空芯線圈電流傳感器具有如下技術 優(yōu)點 1.本發(fā)明中采用兩個空芯線圈，其以差模方式連接，且對稱安裝于電力電纜的兩 側以感應電流值，在這種固定方式下，電纜產生的磁場在兩個空芯線圈中產生相反的磁場， 而外部干擾磁場在兩個空芯線圈中方向相同，采用差模方式連接這兩個空芯線圈，可以消 除外部磁場的干擾。 2.本發(fā)明采用了數(shù)據采集單元，其中的調理電路對空芯線圈的輸出信號進行放 大、濾波及信號處理；然后再采用A/D模數(shù)轉換器將信號調理電路輸出的模擬信號轉換為 數(shù)字信號；最后將數(shù)字信號傳輸至PC機從而提高了測量的穩(wěn)定性，并大大提高測量數(shù)據的 精度。


圖1是本發(fā)明差模式空芯線圈電流傳感器中的線路連接示意圖。 圖2是本發(fā)明差模式空芯線圈電流傳感器中的數(shù)據采集單元中部件的連接示意圖。 圖3是本發(fā)明差模式空芯線圈電流傳感器中空芯線圈的結構示意圖。
1-被測高壓電力電纜2-空芯線圈 3-調理積分單元4-PC機 5-雙絞線 6-調理電路7-A/D模數(shù)轉換器8-數(shù)字積分電路9-輸出接口 IO-PCI總線 11-RS232 串口 12-Ethe潔t接口
具體實施例方式
下面結合附圖和具體的實施例來對本發(fā)明的差模式空芯線圈電流傳感器做進一 步的詳細闡述，但不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。 圖l是本發(fā)明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， 本發(fā)明的差模式空芯線圈電流傳感器的主要結構包括兩個空芯線圈2，其以差模方式連 接，且對稱安裝于電力電纜的兩側以感應電流值，兩個空芯線圈輸出的電流值2先通過雙 絞線5將電流信號輸出至數(shù)據采集單元3 ;再由數(shù)據采集單元3將數(shù)據輸出至PC機4。
圖2是本發(fā)明差模式空芯線圈電流傳感器中的數(shù)據采集單元中部件的連接示意 圖。由圖可知，數(shù)據采集單元3包括調理電路6、A/D模數(shù)轉換器7，電流傳感器采用差模方 式可以消除外界電磁干擾，所述的調理電路6用于對空芯線圈的輸出電流放大、濾波及信 號處理；A/D模數(shù)轉換器7連接所述的調理電路6并將其輸出的模擬信號轉換為數(shù)字信號。 PC機4接收A/D模數(shù)轉換器7輸出的數(shù)字信號，并作進一步數(shù)據處理，獲得電力電纜的電流 值；從而提高了測量的穩(wěn)定性，并大大提高測量數(shù)據的精度。 本發(fā)明的空芯線圈結構如圖3所示，圖3是本發(fā)明差模式空芯線圈電流傳感器中空芯線圈的結構示意圖。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理電路6。
所述的主體21為長方體結構，該長方體四周邊緣設有線槽，線槽內纏有所述的線 纜22，主體21內還設有通孔，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 的線槽內形成一個環(huán)形線圈，該環(huán)形線圈中部則為通孔。具體設計中采用的是四個大孔。
更進一步優(yōu)化設計，在所述的主體21上還設有多個小孔，該小孔內安裝接線柱。 根據具體的需要， 一般每個面設計有三個小孔，安裝有三個接線柱。具體實踐中，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。
實施例1 本實施例中提供了一種差模式空芯線圈電流傳感器，其主要結構包括兩個空芯 線圈2，它們以差模方式連接，且對稱安裝于電力電纜被測高壓電力電纜1的兩側以感應電 流值，兩個空芯線圈2輸出的電流值先通過雙絞線5將電流信號輸出至數(shù)據采集單元3;再 由數(shù)據采集單元3將數(shù)據輸出至PC機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)據采集單元3主要實現(xiàn)向模擬信號轉換為數(shù)字信號，其接線圖如圖2所示，它包括 調理電路6、 A/D模數(shù)轉換器7和數(shù)字積分電路8，所述的調理電路6用于對空芯線圈的輸 出電流放大、濾波及信號處理；A/D模數(shù)轉換器7連接所述的調理電路6并將其輸出的模擬 信號轉換為數(shù)字信號；數(shù)字積分電路8連接所述的A/D模數(shù)轉換器7并將其信號進行數(shù)字 積分，PC機4可以通過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進行數(shù)據通信，接收來自數(shù)字積分電路8并作進一步處理，還原被測高壓電力電纜 1的電流值。
實施例2 本實施例提供另一種差模式空芯線圈電流傳感器，其主要結構包括兩個空芯線 圈2，它們以差模方式連接，且對稱安裝于被測高壓電力電纜1的兩側以感應電流值，兩個 空芯線圈2輸出的電流值先通過雙絞線5將電流信號輸出至數(shù)據采集單元3 ;再由數(shù)據采 集單元3將數(shù)據輸出至PC機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) 據采集單元3包括調理電路6、 A/D模數(shù)轉換器7，電流傳感器采用差模方式可以消除外界 電磁干擾，所述的調理電路6用于對空芯線圈的輸出電流放大、濾波及信號處理；A/D模數(shù) 轉換器7連接所述的調理電路6并將其輸出的模擬信號轉換為數(shù)字信號；PC機4接收A/D 模數(shù)轉換器7輸出的數(shù)字信號，并作進一步數(shù)據處理，獲得電力電纜的電流值；從而提高了 測量的穩(wěn)定性，并大大提高測量數(shù)據的精度。 在本實施例中PC機起到軟件積分，數(shù)據處理等作用，其數(shù)據處理流程如下
通過高壓電力電纜的電流I在線圈中產生磁場B，空芯線圈能夠感應這個磁場B， 并在兩個線圈兩端產生電動勢+ e和-e ;空芯線圈同時也能感應外界其它磁場B'，并產 生兩個近似相等的電動勢e ';通過差模連線方式連接兩個空芯線圈，消除外界干擾產生
的電動式e'，得到與電纜中電流的微分成正比的電動勢^ = "^其中a是與空芯線圈的 結構及其安放位置相關的參數(shù)。 上述的數(shù)據采集單元3可以集成到一片數(shù)據采集卡中，該數(shù)據采集卡具有150kHz的采樣頻率，將采集模擬信號e，輸出數(shù)字信號Sd，并將數(shù)值信號^d傳輸?shù)接嬎銠C中。在
計算機中，做如下的計算得到電動勢的有效值^ <formula>formula see original document page 6</formula>而電纜中電流I的等效值與V成
正比，因此，I 二bV，其中b是比例系數(shù)。 毫無疑問，以上只是本發(fā)明差模式空芯線圈電流傳感器一種結構形式的實施例， 還可以有其他結構替代和數(shù)據變換?？偠灾景l(fā)明的保護范圍還包括其他對于本領域 技術人員來說顯而易見的變換和替代。
權利要求
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構包括兩個空芯線圈(2)，其以差模方式連接，且對稱安裝于被測高壓電力電纜(1)的兩側以感應電流值，兩個空芯線圈輸出的電流先通過雙絞線(5)將電流信號輸出至數(shù)據采集單元(3)；再由數(shù)據采集單元(3)將數(shù)據輸出至PC機(4)。
2. 根據權利要求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 采集單元(3)包括調理電路(6)和A/D模數(shù)轉換器(7)，所述的調理電路(6)用于對空芯線 圈的輸出電流放大、濾波及信號處理；A/D模數(shù)轉換器(7)連接所述的調理電路(6)并將其 輸出的模擬信號轉換為數(shù)字信號，所述的PC機(4)用于接收A/D模數(shù)轉換器(7)輸出的信 號，并對信號進行積分處理，將信號還原為電纜的電流信號。
3. 根據權利要求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 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)將接收來自A/D模數(shù)轉換器 (7)的信號并將其信號進行數(shù)字積分處理，所述的PC機(4)接收數(shù)字積分電路(8)輸出的 信號，獲得電纜的電流值。
4. 根據權利要求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理電路(6)。
5. 根據權利要求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)為長方體結構，該長方體四周邊緣設有線槽，線槽內纏有所述的線纜(22)，主體(21) 內還設有通孔，該通孔的軸線垂直于所述線槽形成的平面。
6. 根據權利要求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)上還設有小孔，該小孔內安裝接線柱。
7. 根據權利要求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)據采集單 元(3)輸出口包括有用于與PC機(4)進行數(shù)據傳輸?shù)腜CI總線(10)、或RS232串口 (11)、 或Ethernet (12)接口。
全文摘要
本發(fā)明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構包括兩個空芯線圈，所述的空芯線圈間差模方式連接，且對稱地安裝于電力電纜的兩側以感應電流值；電流傳感器將感應到的電流值先傳輸?shù)綌?shù)據采集單元，然后由數(shù)據采集單元將數(shù)據傳輸至PC機；本發(fā)明中兩個分別安裝于待測電纜的兩側的空芯線圈組成差模電路，可以消除外部磁場的干擾，大大提高測量數(shù)據的精度。
文檔編號H01F38/20GK101710152SQ200910225369
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月18日 優(yōu)先權日2009年11月18日
發(fā)明者周明, 周雄明, 徐俊, 楊峰, 殷剛, 蘇文群, 陸文娟 申請人: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