[發明專利]單環任意骨架形狀的羅氏線圈電流傳感器靈敏度的計算方法

在審

• 申請號: 202210086012.5
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114545319A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 何怡剛;劉曉宇
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01R35/02
• 分類號: G01R35/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 劉琰

1.一種單環任意骨架形狀的羅氏線圈電流傳感器靈敏度的計算方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟1、以羅氏線圈線圈內某一點為坐標原點建立三維直角坐標系，寫出羅氏線圈幾何中心線參數方程，幾何中心線同時也垂直穿過線匝截面的幾何中心；

步驟2、位于β位置的線匝截面與骨架的幾何中心線得交點為O'，線匝截面中心O'投影到xOy平面為O”，設線O'O”與x軸夾角為β，在位于β位置上的圓截面上任取一點P，l_P是線匝截面上任一點P到直導體的垂直距離，得到點P的坐標；

步驟3、當被測導線為直導線時，有限長載流直導體兩端的坐標分別是A(a,b,c)和B(d,e,f)，載流導體的電流為I，得到載流導體的單位矢量

步驟4、θ₁與θ₂分別為載流直導體兩端到點P的直線與直載流導體的夾角，由畢奧薩伐爾定律，計算載流直導體在點P處所產生的磁感應強度大小；

步驟5、計算穿過位于β位置的線匝截面的磁通；

步驟6、將步驟5中的每個線匝的磁通相加得到整個羅氏線圈的磁通量，羅氏線圈的線圈匝數為N，進而得到羅氏線圈與步驟3所述直載流導體的互感系數M；

步驟7、當被測導線為彎曲導線時，得到該彎曲導體的空間參數方程；將載流導體分為n個電流元，將所有彎曲導線上的所有電流元相加得到整個彎曲導線通過整個線圈的磁通量；

步驟8、根據羅氏線圈電流互感器的基本工作原理，結合載流導體與羅氏線圈之間的互感、被測電流計算羅氏線圈兩端的開路感應電壓，由此可得到測量位置任意和形狀任意導線時羅氏線圈靈敏度大小。

2.根據權利要求1所述的單環任意骨架形狀的羅氏線圈電流傳感器靈敏度的計算方法，其特征在于，所述步驟1中羅氏線圈骨架的中心線的參數方程為：

其中，χ(β)、ψ(β)均為自變量為角度β的函數。

3.根據權利要求2所述的單環任意骨架形狀的羅氏線圈電流傳感器靈敏度的計算方法，其特征在于，所述步驟2中點P的坐標為：

其中，點P所在線匝截面的法向量和截面圓心O'的坐標分別為和O'P和極軸的夾角為t，P點到截面圓心的距離為r，線匝的半徑為r₀。

4.根據權利要求1所述的單環任意骨架形狀的羅氏線圈電流傳感器靈敏度的計算方法，其特征在于，所述步驟3中單位矢量的計算公式為：

其中，有限長載流直導體兩端的坐標分別是A(a,b,c)和B(d,e,f)，m、n、s分別表示單位矢量的x、y、z坐標。

5.根據權利要求1所述的單環任意骨架形狀的羅氏線圈電流傳感器靈敏度的計算方法，其特征在于，所述步驟4中磁感應強度的計算方法為：

載流直導體在點P處所產生的磁感應強度大小為：

其中，l_p是點P到直載流導體的距離；

P點的磁感應強度的單位方向向量為：

P點的磁場密度在法向量上的投影為：

其中，θ₁與θ₂分別為載流直導體兩端到點P的直線與直載流導體的夾角，u₀表示真空磁導率。