一種非接觸式監(jiān)測(cè)雷電流的磁芯線圈的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非接觸式監(jiān)測(cè)雷電流的磁芯線圈，包括高導(dǎo)磁率磁芯、金屬屏蔽層、采樣電阻、纏繞在磁芯外的線圈；其中，線圈繞線的兩端串接采樣電阻，金屬屏蔽層設(shè)置在線圈的外圍，并通過磁芯線圈表面涂覆的封蠟與磁芯線圈連接。本發(fā)明采用高磁導(dǎo)率磁芯電感對(duì)導(dǎo)體中雷電流的輻射磁場(chǎng)進(jìn)行耦合，并通過采樣電阻取出雷電流波形和幅值。通過本發(fā)明，可以得到線路中雷電流的波形及幅值，從而可以進(jìn)一步了解雷電流的頻譜分布規(guī)律、雷電流在線路中的傳輸特點(diǎn)，為雷電流的監(jiān)測(cè)與研究提供硬件支持。
【專利說明】一種非接觸式監(jiān)測(cè)雷電流的磁芯線圈

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種非接觸式監(jiān)測(cè)雷電流的磁芯線圈，屬于雷電科學(xué)與【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 雷電流的監(jiān)測(cè)在雷電防護(hù)中具有非常重要的作用，準(zhǔn)確的雷電流參數(shù)不僅是雷電 防護(hù)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，還是研究雷電流特征、幅值大小、頻譜分布、分析雷擊事故的依據(jù)。目前， 我國(guó)雷電流參數(shù)的監(jiān)測(cè)取值主要來自于局部地區(qū)的線路上和間接地計(jì)算，具有很大的局限 性。
[0003] 在雷電流參數(shù)監(jiān)測(cè)方面，目前國(guó)內(nèi)外主要有：磁鋼棒、磁帶、雷電定位系統(tǒng)和羅氏 線圈法。磁鋼棒在我國(guó)最早得到廣泛應(yīng)用，磁鋼棒測(cè)量誤差大，不能重復(fù)記錄。磁帶較磁鋼 棒在測(cè)量精度、穩(wěn)定性和測(cè)量方便性等方面有了明顯的改善。雷電定位系統(tǒng)是目前全世界 應(yīng)用最廣泛的雷電監(jiān)測(cè)技術(shù)，具有監(jiān)測(cè)范圍大、測(cè)量自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。但是，它只是測(cè) 量直擊雷發(fā)生時(shí)的電流幅值，無法測(cè)量線路中的雷電流波形及幅值。羅氏線圈法能夠測(cè)量 雷電流幅值和波形，其測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)。但是，測(cè)量時(shí)必須將被測(cè)載流導(dǎo)體穿過 線圈的中心，安裝及操作不方便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種非接觸式監(jiān)測(cè)雷電流的磁芯線圈，利用法 拉第第一電磁感應(yīng)定律，雷電流通過載流導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，磁力線穿過磁芯線圈，在 磁芯線圈的負(fù)載上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，利用感應(yīng)電勢(shì)的波形及幅值，推導(dǎo)出雷電流波形及幅值。 本發(fā)明采用高磁導(dǎo)率磁芯電感對(duì)導(dǎo)體中雷電流的輻射磁場(chǎng)進(jìn)行耦合，并通過采樣電阻取出 雷電流波形和幅值。通過本發(fā)明，可以得到線路中雷電流的波形及幅值，從而可以進(jìn)一步了 解雷電流的頻譜分布規(guī)律、雷電流在線路中的傳輸特點(diǎn)，為雷電流的監(jiān)測(cè)與研究提供硬件 支持。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明提供一種非接觸式監(jiān)測(cè)雷電流的磁芯線圈，包括高導(dǎo)磁率磁芯、金屬屏蔽 層、采樣電阻、纏繞在高導(dǎo)磁率磁芯外的線圈；其中，線圈繞線的兩端串接采樣電阻，金屬屏 蔽層設(shè)置在線圈的外圍，并通過高導(dǎo)磁率磁芯和線圈表面涂覆的封蠟與線圈連接。
[0007] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述高導(dǎo)磁率磁芯采用高導(dǎo)磁率的軟導(dǎo)體材料。
[0008] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述線圈采用多股漆包線繞制。
[0009] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述采樣電阻為無感電阻。
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述金屬屏蔽層上設(shè)置有用于屏蔽層接地的端子。 [0011] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0012] 1)本發(fā)明具有安裝方便、與帶電導(dǎo)體非接觸、安全可靠的特點(diǎn)，且安裝位置不受環(huán) 境因素影響，可安裝在與距離導(dǎo)體IOcm處并于導(dǎo)體垂直，測(cè)量精度高；
[0013] 2)本發(fā)明具有較好的線性、測(cè)量范圍大，為IkA?IOOkA;應(yīng)用廣泛，可以監(jiān)測(cè)不同 傳輸導(dǎo)線上的雷電流；
[0014] 3)本發(fā)明的磁芯采用軟導(dǎo)磁材料，可進(jìn)行連續(xù)性測(cè)量，不影響測(cè)量精度；
[0015] 4)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可調(diào)整磁芯線圈的匝數(shù)以及磁芯線圈的輸出電壓靈敏度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
[0017] 圖2是本發(fā)明監(jiān)測(cè)導(dǎo)體上雷電流的等效電路原理圖。
[0018]其中：1-磁芯；2-線圈；3-金屬屏蔽層；4-端子；5-采樣電阻；6-封蠟；7-雷電流 通過的導(dǎo)體。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0020] 本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式"一"、"一個(gè)"、"所述"和"該"也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用 的措辭"包括"是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或 添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們 稱元件被"連接"或"耦接"到另一元件時(shí)，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以 存在中間元件。此外，這里使用的"連接"或"耦接"可以包括無線連接或耦接。這里使用 的措辭"和/或"包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任一單元和全部組合。
[0021] 本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語（包括 技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語）具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。 還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文 中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0022] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
[0023]本發(fā)明設(shè)計(jì)一種非接觸式監(jiān)測(cè)雷電流的磁芯線圈，如圖1所示，包括高導(dǎo)磁率磁 芯1、纏繞在磁芯外的線圈2、金屬屏蔽層3、采樣電阻5 ;線圈2繞線的兩端串接采樣電阻5， 金屬屏蔽層3設(shè)置在磁芯線圈的外圍，通過磁芯1和線圈2表面涂覆的封蠟6與線圈連接。 金屬屏蔽層3屏蔽磁芯周圍干擾磁場(chǎng)，使測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。封蠟6有兩個(gè)作用，一是用于 將金屬屏蔽層3固定在磁芯1上，二是保證金屬屏蔽層3與磁芯1之間的絕緣性。
[0024]本發(fā)明中，磁芯1采用高導(dǎo)磁率的軟導(dǎo)體材料，其磁損耗小、穩(wěn)定性好，能夠快速 適應(yīng)外界磁場(chǎng)變化。采樣電阻5采用無感電阻，其感抗小，使用中不易產(chǎn)生振蕩，還可以起 到緩沖作用，能夠較準(zhǔn)確地反映出信號(hào)波形。
[0025]采用本發(fā)明監(jiān)測(cè)導(dǎo)體上雷電流的原理為：將非接觸式監(jiān)測(cè)雷電流的磁芯線圈安放 至待測(cè)導(dǎo)體附近，并保證磁芯線圈與待測(cè)導(dǎo)體垂直。當(dāng)雷電流流過導(dǎo)體時(shí)，周圍就會(huì)形成變 化的磁場(chǎng)，通過磁芯線圈耦合就會(huì)形成感應(yīng)電流，通過采樣電阻5即得到感應(yīng)電壓，該電壓 的大小和波形反映感應(yīng)電流的大小和波形，于是可反推得雷電流的波形和大小。
[0026] 圖2是本發(fā)明監(jiān)測(cè)導(dǎo)體上雷電流的等效電路原理圖，其中，i(t)為雷電流；M為載 流導(dǎo)體與磁芯線圈的距離；e(t)為雷電流流過導(dǎo)體7時(shí)，周圍形成的變化磁場(chǎng)在磁芯線圈 上形成的感應(yīng)電勢(shì)；L為磁芯線圈的電感；r為磁芯線圈的內(nèi)阻；C為磁芯線圈的雜散電容； R為取樣電阻5。其工作過程是：當(dāng)導(dǎo)體7上有雷電流流過時(shí)，周圍形成變化磁場(chǎng)，在磁芯線 圈上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)e(t)，在取樣電阻R上產(chǎn)生電壓u(t)，該電壓的大小和波形反映i(t)的 大小和波形。
[0027] 本發(fā)明磁芯線圈的安裝位置與載流導(dǎo)體7相互垂直，載流導(dǎo)體7周圍的磁感應(yīng)強(qiáng) 度為Utl為介質(zhì)磁導(dǎo)率；取樣電阻R產(chǎn)生的電壓為4(0=^^，N為磁芯線2nr2nrL 圈的匝數(shù)，S為磁芯線圈的截面積。本發(fā)明磁芯線圈的安裝位置，通?？扇= 10cm。
[0028] 本實(shí)施例中，磁芯1采用高導(dǎo)磁率的棒狀軟導(dǎo)體材料，其磁導(dǎo)率= 1000、直徑 為lcm、長(zhǎng)為10cm。線圈2采用多股漆包線繞制，其線徑為0. 02mm、匝數(shù)為50?100、線圈2 的電感為85μΗ?340μΗ、線圈2的內(nèi)阻為2Ω?9Ω，該磁芯線圈的輸出靈敏度為0.4V/ kA?3V/kA。米樣電阻5米用無感電阻，其電阻值為1Ω。在磁芯1外面加一層金屬屏蔽 層3,用于屏蔽磁芯1周圍的干擾磁場(chǎng)。金屬屏蔽層3上還設(shè)有用于接地的端子4,安裝監(jiān) 測(cè)雷電流時(shí)通過端子4來使金屬屏蔽層3接地。
[0029] 本發(fā)明一種非接觸式監(jiān)測(cè)雷電流的磁芯線圈的工作過程為：當(dāng)導(dǎo)體7上有雷電流 流過時(shí)，導(dǎo)體7周圍形成變化磁場(chǎng)。安裝在導(dǎo)體7附近的磁芯線圈上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，通 過米樣電阻5形成電流，在取樣電阻5上產(chǎn)生電壓。取樣電阻5上產(chǎn)生的電壓的大小和波 形，即反映通過導(dǎo)體的雷電流的大小和波形，從而推出雷電流的大小與波形。進(jìn)一步，可以 通過示波器采集采樣電阻5上的電流波形。
[0030] 以上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種非接觸式監(jiān)測(cè)雷電流的磁芯線圈，其特征在于，包括高導(dǎo)磁率磁芯、金屬屏蔽 層、采樣電阻、纏繞在高導(dǎo)磁率磁芯外的線圈；其中，線圈繞線的兩端串接采樣電阻，金屬屏 蔽層設(shè)置在線圈的外圍，并通過高導(dǎo)磁率磁芯和線圈表面涂覆的封蠟與線圈連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式監(jiān)測(cè)雷電流的磁芯線圈，其特征在于，所述高 導(dǎo)磁率磁芯采用高導(dǎo)磁率的軟導(dǎo)體材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式監(jiān)測(cè)雷電流的磁芯線圈，其特征在于，所述線 圈采用多股漆包線繞制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式監(jiān)測(cè)雷電流的磁芯線圈，其特征在于，所述采 樣電阻為無感電阻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式監(jiān)測(cè)雷電流的磁芯線圈，其特征在于，所述金 屬屏蔽層上設(shè)置有用于屏蔽層接地的端子。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK104392832SQ201410681449
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】李祥超, 陳則煌, 朱若虛, 李鵬飛 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)