[發明專利]一種基于羅氏線圈的電流測量方法及裝置

有效

• 申請號: 202011509811.6
• 申請日: 2020-12-19
• 公開（公告）號: CN112730944B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 劉毅;潘曦宇;周婧;林福昌;丁黎;龍兆芝;李文婷;謝施君
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;國網湖北省電力有限公司營銷服務中心（計量中心）;中國電力科學研究院有限公司;國網四川省電力公司電力科學研究院
• 主分類號: G01R15/18
• 分類號: G01R15/18;G01R19/00
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 李君;方放

本發明提供了一種基于羅氏線圈的電流測量方法及裝置，屬于電流測量領域，電流測量方法包括：將羅氏線圈的其中一條繞線作為主繞線，剩余繞線作為副繞線；羅氏線圈是同向繞制繞線而成，其繞線數量使羅氏線圈滿足外積分電路的條件；將主繞線的輸出端與第一運算放大器相連；且將副繞線之間進行加法運算后，與第二運算放大器相連，獲取第二運算放大器的輸出電壓；將第一運算放大器的輸出電壓與第二運算放大器的輸出電壓進行差分處理后，計算輸出電流；其中，主繞線輸出電壓與副繞線加法運算后的輸出電壓以異相的形式分別輸入至第一運算放大器和第二運算放大器。本發明強化羅氏線圈穩定性的同時降低了運算放大器失調電壓的影響，實現了電流的準確測量。

技術領域

本發明屬于電流測量領域，更具體地，涉及一種基于羅氏線圈的電流測量方法及裝置。

背景技術

由于脈沖電流存在波形陡度大且持續時間短的特征，對測量精度要求較高，同時脈沖電流發生器越來越小型化發展，使得羅氏線圈廣泛應用于脈沖電流測量領域。

對于傳統自積分式羅氏線圈，由于需要羅氏線圈的自感值遠大于采樣電阻值和線圈電阻值之和，因此往往采用含有鐵芯的羅氏線圈滿足自積分的積分條件，而鐵芯自身的飽和特性以及手工繞制線圈帶來的穩定性問題，使得人們開始關注外積分式羅氏線圈。

相應地，外積分式羅氏線圈需要滿足外積分的積分條件，其中外積分條件受骨架內外徑、線徑等約束，而對于特定線纜的電流測量往往對骨架的外徑有所限制，而只能通過改變線圈的匝數以調整羅氏線圈電感值，這種調整方式通常存在線圈不一定處于密繞狀態，導致羅氏線圈測量電流的效果不穩定。

同時外積分意味著需要先對羅氏線圈輸出電壓進行重采樣，并經外部運算放大器進行積分運算，而運算放大器存在輸入失調電壓，傳統有源積分回路中將存在失調電壓引起的信號偏移，無法準確反映被測電流真實波形。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于羅氏線圈的電流測量方法及裝置，旨在解決現有的通過羅氏線圈測量電流時，由于骨架不可調和運算放大器失調的原因，導致羅氏線圈測量電流的準確度不高的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于羅氏線圈的電流測量方法，包括以下步驟：

將羅氏線圈的其中一條繞線作為主繞線，剩余繞線作為副繞線；所述羅氏線圈是同向繞制繞線而成，其繞線數量使羅氏線圈滿足外積分電路的條件；

將主繞線的輸出端與第一運算放大器相連，獲取第一運算放大器的輸出電壓；

且將副繞線之間進行加法運算后，與第二運算放大器相連，獲取第二運算放大器的輸出電壓；

將第一運算放大器的輸出電壓與第二運算放大器的輸出電壓進行差分處理后，計算輸出電流；

其中，主繞線輸出電壓與副繞線加法運算后的輸出電壓以異相的形式分別輸入至第一運算放大器和第二運算放大器。

優選地，羅氏線圈的繞線數量的獲取方法為：

基于被測信號頻率以及外接采樣電阻，在滿足羅氏線圈為外積分電路的條件下，獲取每條繞線匝數；

利用繞線匝數以及骨架直徑，獲取繞線數量。

優選地，羅氏線圈為外積分電路的條件為：ωLR₀；其中，ω＝2*π*f，f為被測信號；L為羅氏線圈上單繞線電感；R₀為外接采樣電阻。

優選地，繞線數量為2*π*d/Ns向下取整的最大值；d為被測導線與羅氏線圈中心間的距離(骨架直徑)；s為單繞線直徑；N為每條繞線匝數。

基于上述提供的羅氏線圈的電流測量方法，本發明提供了相應的電流測量裝置，包括：第一運算放大器、第二運算放大器、羅氏線圈構建單元、差分電路和計算單元；