CN103884899B - 一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈 - Google Patents

一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈，包括骨架、回线和线圈；其中，骨架为环形绝缘体，骨架的外圈周向上开设有回线槽以及若干均匀布置的径向通孔，回线设置在回线槽内，线圈穿过骨架上的若干径向通孔，呈8字形缠绕在骨架上。本发明通过线圈在特殊骨架上按“8字形”绕制的方法，将一匝线圈分为上、下两部分，通过上、下部分感应电动势相互抵消，减小了输出端电压的幅值，扩大了罗氏线圈的测量范围，不影响快前沿电流的测量，解决了大电流快脉冲测量时取样电阻R容量不足的问题，使得阻值稍大、造价更低的无感电阻可以应用，提高了用于测量大电流快脉冲的罗氏线圈的经济性。

Description

一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈
【技术领域】
本发明属于脉冲功率测量技术领域，具体涉及一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈。
【背景技术】
罗氏线圈是脉冲功率技术中用于测量瞬态大电流的常用方法，它基于电磁感应原理来测量电流大小和波形。罗氏线圈可分为自积分式和外积分式两种。由于外积分式罗氏线圈必须经过一个RC积分回路，其测量的频率响应受到限制，在纳秒前沿电流信号测量中很难应用。自积分式罗氏线圈的响应频率快，是测量纳秒前沿脉冲大电流的理想手段。
传统的罗氏线圈实际上是绕在非磁性骨架上的空心螺线管。自积分式罗氏线圈在其输出端并联一个取样电阻R，与线圈自身电感L构成积分器，测量时应满足自积分条件ωL>>R。为了测量纳秒前沿的脉冲电流，线圈匝数N一般选取很小的数值以获得较快的响应，并同时减小线圈杂散电容对测量的影响。然而，为了测量大电流，要求线圈匝数N不能太小，以避免在罗氏线圈中产生过大的电流，过大的电流要求取样电阻R阻值尽可能小、容量尽可能大。较小的电阻R会使积分时间常数L/R变大，限制了快前沿的测量效果。高阻值、大容量会使得取样电阻制造困难，成本较高。因此，传统的自积分式罗氏线圈存在着同时测量快前沿和大电流时对线圈匝数N的选取标准矛盾的问题，使得实际应用中参数选取十分复杂，对取样电阻R提出了很高的要求。
【发明内容】
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供了一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈，其能够实现在不增大线圈匝数N、不影响线圈自感L的情况下减小线圈中流过的电流，从而降低对取样电阻R的要求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈，骨架、回线和线圈；其中，骨架为环形绝缘体，骨架的外圈周向上开设有回线槽以及若干均匀布置的径向通孔，回线设置在回线槽内，线圈穿过骨架上的若干径向通孔，且呈8字形缠绕在骨架上。
本发明进一步改进在于，骨架采用聚乙烯制成。
本发明进一步改进在于，骨架的横截面为矩形。
本发明进一步改进在于，回线槽的横截面为矩形。
本发明进一步改进在于，径向通孔的中心位于骨架外圈中心线的上方或下方。
本发明进一步改进在于，径向通孔的横截面为圆孔，其数量为6个。
本发明进一步改进在于，回线的一端与线圈的一端相连接，回线和线圈的另一端分别与取样电阻的两端相连接。
本发明进一步改进在于，取样电阻由无感电阻构成。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：
本发明通过线圈在特殊骨架上按“8字形”绕制，将一匝线圈分为上、下两部分，线圈上、下部分感应电动势抵消，减小了整个罗氏线圈的感应电动势，而罗氏线圈本身自感不变，从而使得罗氏线圈输出的电流信号减小。通过本发明提出的方法可扩大罗氏线圈的测量范围，同时不影响对快前沿脉冲的测量，解决了取样电阻R容量不足的问题，降低了对取样电阻R的技术要求，提高了用于测量大电流快脉冲的罗氏线圈的经济性。
【附图说明】
图1是本发明用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈的骨架结构示意图；
图2是本发明用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈的线圈绕制方法示意图；
图3是本发明用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈的骨架和线圈截面示意图。
其中：1为骨架；2为回线槽；3为径向通孔；4为回线；5为线圈。
【具体实施方式】
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1至图3，本发明一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈，包括骨架1、回线槽2、径向通孔3、回线4和线圈5。
其中，骨架1为环形绝缘体，其由硬性绝缘材料制成，如聚乙烯，骨架1横截面为矩形，骨架1的外圈周向上开设有回线槽2以及若干均匀布置的径向通孔3，径向通孔3的中心位于骨架1外圈中心线的上方或下方，其偏离距离可由理论计算得出，径向通孔3的横截面为圆孔，其数量为6个。参见图2，具体来说，本发明的回线槽2可以开设在骨架1上半部分或下半部分，偏离中心以便为径向通孔3预留空间。回线槽2的截面积大小应该使得回线4能顺利通过。径向通孔3的数目可以根据线圈匝数需要设定。径向通孔3的直径大小应该使得线圈5能顺利通过。
回线4设置在回线槽2内，其横截面为矩形，线圈5穿过骨架1上的若干径向通孔3，且呈8字形缠绕在骨架1上。参见图3，具体来说，本发明的线圈5呈“8字形”绕制。线圈5沿骨架1的一侧经由径向通孔3绕至骨架1的另一侧，并沿骨架1引至下一径向通孔3，整体线圈布置呈“8字形”，使得单匝线圈分为了上、下两部分。回线4经由位于线圈5上部分或下部分的回线槽2绕骨架1一周。
回线4的一端与线圈5的一端相连接，回线4和线圈5的另一端分别与由无感电阻构成的取样电阻R的两端相连接，作为输出端。与传统罗氏线圈类似，整个线圈可以装入金属屏蔽盒中。
综上所述，本发明一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈，由于其独特的“8字形”的绕线结构，使得脉冲电流在线圈5的上、下部分感应出的电动势方向相反，并且因为径向通孔3偏离骨架中心线，使得线圈5的上、下部分在绕制时面积相近而不相等，上、下部分感应电动势方向相反，所以每匝线圈感应出的电动势Δε很小，整个线圈5输出的电压信号也就可以变得很小。
本发明一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈，由于线圈5输出的电压信号很小，可以应用到幅值极大的电流的测量中，扩大了罗氏线圈的测量范围。同时，不会造成取样电阻R容量不足的问题。
本发明一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈，由于仅仅改变了线圈5的结构，并未改变线圈5的匝数N，因此对线圈自感L的影响很小。
本发明一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈，降低了对取样电阻R的阻值要求，可以采用阻值稍大、造价更低的无感电阻。

Claims (8)

1.一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈，其特征在于，包括骨架(1)、回线(4)和线圈(5)；其中，骨架(1)为环形绝缘体，骨架(1)的外圈周向上开设有回线槽(2)以及若干均匀布置的径向通孔(3)，回线(4)设置在回线槽(2)内，线圈(5)穿过骨架(1)上的若干径向通孔(3)，且呈8字形缠绕在骨架(1)上，其中，线圈(5)沿骨架(1)的一侧经由径向通孔(3)绕至骨架(1)的另一侧，并沿骨架(1)引至下一径向通孔(3)，整体线圈布置呈8字形，使得单匝线圈分为上、下两部分。
2.根据权利要求1所述的一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈，其特征在于，骨架(1)采用聚乙烯制成。
3.根据权利要求1所述的一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈，其特征在于，骨架(1)的横截面为矩形。
4.根据权利要求1所述的一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈，其特征在于，回线槽(2)的横截面为矩形。
5.根据权利要求1所述的一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈，其特征在于，径向通孔(3)的中心位于骨架(1)外圈中心线的上方或下方。
6.根据权利要求1所述的一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈，其特征在于，径向通孔(3)的横截面为圆形，其数量为6个。
7.根据权利要求1所述的一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈，其特征在于，回线(4)的一端与线圈(5)的一端相连接，回线(4)和线圈(5)的另一端分别与取样电阻的两端相连接。
8.根据权利要求7所述的一种用于大电流快脉冲测量的罗氏线圈，其特征在于，取样电阻由无感电阻构成。
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