一种基于罗氏线圈的电流测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于罗氏线圈的电流测量方法及装置，属于电流测量领域，电流测量方法包括：将罗氏线圈的其中一条绕线作为主绕线，剩余绕线作为副绕线；罗氏线圈是同向绕制绕线而成，其绕线数量使罗氏线圈满足外积分电路的条件；将主绕线的输出端与第一运算放大器相连；且将副绕线之间进行加法运算后，与第二运算放大器相连，获取第二运算放大器的输出电压；将第一运算放大器的输出电压与第二运算放大器的输出电压进行差分处理后，计算输出电流；其中，主绕线输出电压与副绕线加法运算后的输出电压以异相的形式分别输入至第一运算放大器和第二运算放大器。本发明专利技术强化罗氏线圈稳定性的同时降低了运算放大器失调电压的影响，实现了电流的准确测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于罗氏线圈的电流测量方法及装置
本专利技术属于电流测量领域，更具体地，涉及一种基于罗氏线圈的电流测量方法及装置。
技术介绍
由于脉冲电流存在波形陡度大且持续时间短的特征，对测量精度要求较高，同时脉冲电流发生器越来越小型化发展，使得罗氏线圈广泛应用于脉冲电流测量领域。对于传统自积分式罗氏线圈，由于需要罗氏线圈的自感值远大于采样电阻值和线圈电阻值之和，因此往往采用含有铁芯的罗氏线圈满足自积分的积分条件，而铁芯自身的饱和特性以及手工绕制线圈带来的稳定性问题，使得人们开始关注外积分式罗氏线圈。相应地，外积分式罗氏线圈需要满足外积分的积分条件，其中外积分条件受骨架内外径、线径等约束，而对于特定线缆的电流测量往往对骨架的外径有所限制，而只能通过改变线圈的匝数以调整罗氏线圈电感值，这种调整方式通常存在线圈不一定处于密绕状态，导致罗氏线圈测量电流的效果不稳定。同时外积分意味着需要先对罗氏线圈输出电压进行重采样，并经外部运算放大器进行积分运算，而运算放大器存在输入失调电压，传统有源积分回路中将存在失调电压引起的信号偏移，无法准确反映被测电流真实波形。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于罗氏线圈的电流测量方法及装置，旨在解决现有的通过罗氏线圈测量电流时，由于骨架不可调和运算放大器失调的原因，导致罗氏线圈测量电流的准确度不高的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于罗氏线圈的电流测量方法，包括以下步骤：将罗氏线圈的其中一条绕线作为主绕线，剩余绕线作为副绕线；所述罗氏线圈是同向绕制绕线而成，其绕线数量使罗氏线圈满足外积分电路的条件；将主绕线的输出端与第一运算放大器相连，获取第一运算放大器的输出电压；且将副绕线之间进行加法运算后，与第二运算放大器相连，获取第二运算放大器的输出电压；将第一运算放大器的输出电压与第二运算放大器的输出电压进行差分处理后，计算输出电流；其中，主绕线输出电压与副绕线加法运算后的输出电压以异相的形式分别输入至第一运算放大器和第二运算放大器。优选地，罗氏线圈的绕线数量的获取方法为：基于被测信号频率以及外接采样电阻，在满足罗氏线圈为外积分电路的条件下，获取每条绕线匝数；利用绕线匝数以及骨架直径，获取绕线数量。优选地，罗氏线圈为外积分电路的条件为：ωL<<R0；其中，ω＝2*π*f，f为被测信号；L为罗氏线圈上单绕线电感；R0为外接采样电阻。优选地，绕线数量为2*π*d/Ns向下取整的最大值；d为被测导线与罗氏线圈中心间的距离(骨架直径)；s为单绕线直径；N为每条绕线匝数。基于上述提供的罗氏线圈的电流测量方法，本专利技术提供了相应的电流测量装置，包括：第一运算放大器、第二运算放大器、罗氏线圈构建单元、差分电路和计算单元；差分电路的输入端与第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的输出端相连；使用时第一运算放大器与罗氏线圈主绕线的输出端相连，获取第一运算放大器的输出电压；使用时罗氏线圈的副绕线之间进行加法运算后，与第二运算放大器相连，获取第二运算放大器的输出电压；差分电路用于将第一运算放大器的输出电压与第二运算放大器的输出电压进行差分处理；计算单元用于在满足罗氏线圈为外积分电路的条件下，计算罗氏线圈的绕线数量；并根据差分结果，计算输出电流；罗氏线圈构建单元用于基于获取的绕线数量，同向绕制绕线获取罗氏线圈，并选取其中一条绕线作为主绕线，剩余绕线作为副绕线；其中，主绕线输出电压与副绕线加法运算后的输出电压以异相的形式分别输入至第一运算放大器和第二运算放大器。优选地，罗氏线圈的绕线数量的计算方法为：基于被测信号频率以及外接采样电阻，在满足罗氏线圈为外积分电路的条件下，获取每条绕线匝数；利用绕线匝数以及骨架直径，获取绕线数量。优选地，罗氏线圈为外积分电路的条件为：ωL<<R0；其中，ω＝2*π*f，f为被测信号；L为罗氏线圈上单绕线电感；R0为外接采样电阻。优选地，绕线数量为2*π*d/Ns向下取整的最大值；其中，d为被测导线与罗氏线圈中心间的距离(骨架直径)；s为单绕线直径；N为每条绕线匝数。本专利技术公开的基于罗氏线圈的电流测量方法可存储至计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，计算机程序被处理器执行时可执行电流测量方法的步骤。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术在满足罗氏线圈为外积分电路的条件下，获取罗氏线圈的绕线数量，基于绕线数量，同向绕制绕线获取罗氏线圈，解决了传统的骨架不可调的问题，强化了罗氏线圈的稳定性。同时将主绕线的输出端与第一运算放大器相连，且将所述副绕线之间进行加法运算后，与第二运算放大器相连，获取第二运算放大器的输出电压；将第一运算放大器的输出电压与第二运算放大器的输出电压进行差分处理后，计算输出电流；完成了罗氏线圈对应的积分电路，且该积分电路降低了运算放大器失调电压的影响，提高了最终电流测量值的准确性，便于还原一次侧的电流波形。附图说明图1是本专利技术提供的基于罗氏线圈的电流测量方法示意图；图2是本专利技术实施例提供的多绕线罗氏线圈示意图；图3是本专利技术实施例提供的主绕线对应的积分电路；图4是本专利技术实施例提供的副绕线对应的加法电路和积分电路；图5是本专利技术实施例提供的主绕线和副绕线经积分电路后输出的差分电路。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术提供了一种基于罗氏线圈的电流测量方法，包括以下步骤：在罗氏线圈满足外积分电路的条件下，获取罗氏线圈的绕线数量；基于绕线数量，同向绕制绕线获取罗氏线圈，并将罗氏线圈的其中一条绕线作为主绕线，剩余绕线作为副绕线；将主绕线的输出端与第一运算放大器相连，获取第一运算放大器的输出电压；且将副绕线之间进行加法运算后，与第二运算放大器相连，获取第二运算放大器的输出电压；将第一运算放大器的输出电压与第二运算放大器的输出电压进行差分处理后，计算输出电流；其中，主绕线输出电压与副绕线加法运算后的输出电压以异相的形式分别输入至第一运算放大器和第二运算放大器；罗氏线圈为基于获取的绕线数量，同向绕制绕线获取的。本专利技术中副绕线输出的加法运算所实现的功能为输出与主绕线输出相同的信号；本专利技术中第一运算放大器和第二运算放大器为同型号；主绕线与其他绕线经积分后的差分处理所实现功能为第一运算放大器的输出电压与第二运算放大器的输出电压差值的一半；优选地，罗氏线圈的绕线数量的获取方法为：基于被测信号频率以及外接采样电阻，在满足罗氏线圈为外积分电路的条件下，获取每条绕线匝数；...

【技术保护点】
1.一种基于罗氏线圈的电流测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将罗氏线圈的其中一条绕线作为主绕线，剩余绕线作为副绕线；所述罗氏线圈是同向绕制绕线而成，其绕线数量使罗氏线圈满足外积分电路的条件；/n将所述主绕线的输出端与第一运算放大器相连；且将所述副绕线之间进行加法运算后，与第二运算放大器相连；/n将第一运算放大器的输出电压与第二运算放大器的输出电压进行差分处理后，计算输出电流；/n其中，主绕线输出电压与副绕线加法运算后的输出电压以异相的形式分别输入至第一运算放大器和第二运算放大器。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于罗氏线圈的电流测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
将罗氏线圈的其中一条绕线作为主绕线，剩余绕线作为副绕线；所述罗氏线圈是同向绕制绕线而成，其绕线数量使罗氏线圈满足外积分电路的条件；
将所述主绕线的输出端与第一运算放大器相连；且将所述副绕线之间进行加法运算后，与第二运算放大器相连；
将第一运算放大器的输出电压与第二运算放大器的输出电压进行差分处理后，计算输出电流；
其中，主绕线输出电压与副绕线加法运算后的输出电压以异相的形式分别输入至第一运算放大器和第二运算放大器。


2.根据权利要求1所述的电流测量方法，其特征在于，罗氏线圈绕线数量的获取方法为：
基于被测信号频率以及外接采样电阻，在满足罗氏线圈为外积分电路的条件下，获取每条绕线匝数；
利用绕线匝数以及骨架直径，获取绕线数量。


3.根据权利要求1或2所述的电流测量方法，其特征在于，所述罗氏线圈为外积分电路的条件为：
ωL<<R0
其中，ω＝2*π*f，f为被测信号；L为罗氏线圈上单绕线电感；R0为外接采样电阻。


4.根据权利要求3所述的电流测量方法，其特征在于，所述绕线数量为2*π*d/Ns向下取整的最大值；其中，d为被测导线与罗氏线圈中心间的距离；s为单绕线直径；N为每条绕线匝数。


5.一种基于权利要求1所述的电流测量方法的电流测量装置，其特征在于，包括第一运算放大器、第二运算放大器、差分电路、罗氏线圈构建单元和计算单元；
所述差分电路的输入端与所述第一运算放大器的输出端和所述第二运算放大器的输出端相连；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅，潘曦宇，周婧，林福昌，丁黎，龙兆芝，李文婷，谢施君，
申请(专利权)人：华中科技大学，国网湖北省电力有限公司营销服务中心计量中心，中国电力科学研究院有限公司，国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：湖北;42