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1、(10)申请公布号 CN 104155501 A (43)申请公布日 2014.11.19 CN 104155501 A (21)申请号 201410428205.X (22)申请日 2014.08.27 G01R 19/00(2006.01) (71)申请人 重庆大学 地址 400044 重庆市沙坪坝区沙坪坝正街 174 号 (72)发明人 何为 周强 (74)专利代理机构 北京同恒源知识产权代理有 限公司 11275 代理人 赵荣之 (54) 发明名称 开口式半环形抗干扰电流传感器 (57) 摘要 本发明公开了一种开口式半环形抗干扰电流 传感器， 属于电气工程技术领域。 该传感器包括两 块。
2、环形 PCB 板， 所述环形 PCB 板由布置有导线线 圈的两个半环形 PCB 板拼接而成， 其特征在于 ： 在 环形 PCB 板的内层环、 中间层环和外层环上均设 置有相应的内过孔、 中间过孔和外过孔， 外过孔 对应的内过孔外过孔之间正反面布线形成大线 匝， 外过孔相邻的中间过孔下一外过孔之间 正反面布线形成小线匝 ； 小线匝布线后导线跨到 再下一外过孔重复大线匝布线。本发明采用开口 式设计、 对称性布线、 两板串联式连接以及采用大 线匝与小线匝同时布线的设计， 具有结构简单、 体 积小、 制作成本低， 能够保证传感器布线均匀、 对 称， 从而保证磁通全部穿过线圈等优点。 (51)Int.C。
3、l. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104155501 A CN 104155501 A 1/1 页 2 1.一种开口式半环形抗干扰电流传感器， 包括两块环形PCB板， 所述环形PCB板由布置 有导线线圈的两个半环形 PCB 板拼接而成， 其特征在于 ： 在环形 PCB 板的内层环、 中间层环 和外层环上均设置有相应的内过孔、 中间过孔和外过孔， 外过孔对应的内过孔外过孔 之间正反面布线形成大线匝， 外过孔相邻的中间过孔下一外过孔之间正反面布线形成 小。
4、线匝 ； 小线匝布线后导线跨到再下一外过孔重复大线匝布线 ； 大线匝与小线匝交替布置 在两个半环形PCB板上， 且两个半环形PCB板的布线线路完全相同 ； 两个半环形PCB板之间 的布线线路通过在拼接处的两外过孔之间以插针绕线的方式连接起来。 2.根据权利要求1所述的开口式半环形抗干扰电流传感器， 其特征在于 ： 围绕环形PCB 板的中心每隔 角度均匀设置外过孔， 每隔 2 角度均匀设置内过孔， 所述中间过孔间隔 设置在两内过孔之间 ； 且外过孔与内过孔和中间过孔交替对应， 相互对应的两过孔与环形 PCB 板中心位于同一直线上。 3. 根据权利要求 2 所述的开口式半环形抗干扰电流传感器， 其。
5、特征在于 ： 所述 为 5， 单片半环形 PCB 板上的外过孔有 36 个， 内过孔有 18 个， 中间过孔有 17 个。 4.根据权利要求1所述的开口式半环形抗干扰电流传感器， 其特征在于 ： 所述环形PCB 板上的设置有至少三个连接键槽， 且所述连接键槽处于同一圆环上。 5. 根据权利要求 1 所述的开口式半环形抗干扰电流传感器， 其特征在于 ： 所述两半环 形 PCB 板在拼接处形成凹凸交错的两条开口沿线。 6. 根据权利要求 1 所述的开口式半环形抗干扰电流传感器， 其特征在于 ： 所述两半环 形 PCB 板依靠绝缘压板固定， 所述绝缘压板压覆在开口沿线上， 使绝缘压板的一端位于上 半。
6、环形 PCB 板， 另一端位于下半环形 PCB 板 ； 所述绝缘压板再通过固定锁将其两端固定。 7. 根据权利要求 1 所述的开口式半环形抗干扰电流传感器， 其特征在于 ： 所述上半环 形 PCB 板或者下半环形 PCB 板上还设置有两个接线孔。 权 利 要 求 书 CN 104155501 A 2 1/4 页 3 开口式半环形抗干扰电流传感器 技术领域 0001 本发明涉及电气工程技术领域， 特别涉及一种开口式半环形抗干扰电流传感器。 背景技术 0002 电力系统中， 电流互感器是作为电能计量和获取继电保护信号的重要电力设备， 因此， 电磁式电流互感器广泛应用于电力系统中。近些年来， 随着国。
7、家经济建设的迅速发 展， 电力系统的容量不断增大、 电网的运行电压等级不断提高， 传统的电磁式电流互感器存 在以下问题 ： 0003 1) 互感器的传感器部分绝缘结构越来越复杂 ； 0004 2) 动态测量范围小、 频带窄 ； 0005 3) 大部分电流互感器依靠绝缘油作为主绝缘 ； 0006 4) 电磁式电流传感器具有铁芯， 存在磁饱和的问题 ； 0007 5) 传感器体积大、 造价高且不易安装。 0008 罗氏线圈是一种空心环形的线圈， 可以之间套在被测导体上测量电流， 测量方式 简单易操作， 但是传统的罗氏线圈在测量电流的精度较低， 且体积较大， 特别是在高电压、 大电流输电线路中测量电。
8、流时操作起来非常不方便。 0009 针对上述现有技术中存在的问题， 需要设计出一种应用于高电压、 大电流输电线 路电力系统中。 发明内容 0010 有鉴于此， 本发明的目的在于克服上述不足， 提供一种开口式半环形抗干扰电流 传感器， 该传感器基于罗氏线圈测量电流的原理研制， 采用开口式设计， 简化了传感器的结 构并提高了安装的灵活性。 0011 本发明的目的是通过以下技术方案实现的 ： 0012 一种开口式半环形抗干扰电流传感器， 包括两块环形PCB板， 所述环形PCB板由布 置有导线线圈的两个半环形PCB板拼接而成， 在环形PCB板的内层环、 中间层环和外层环上 均设置有相应的内过孔、 中间。
9、过孔和外过孔， 外过孔对应的内过孔外过孔之间正反面 布线形成大线匝， 外过孔相邻的中间过孔下一外过孔之间正反面布线形成小线匝 ； 小 线匝布线后导线跨到再下一外过孔重复大线匝布线 ； 大线匝与小线匝交替布置在两个半环 形PCB板上， 且两个半环形PCB板的布线线路完全相同 ； 两个半环形PCB板之间的布线线路 通过在拼接处的两外过孔之间以插针绕线的方式连接起来。 0013 进一步的， 围绕环形 PCB 板的中心每隔 角度均匀设置外过孔， 每隔 2 角度均 匀设置内过孔， 所述中间过孔间隔设置在两内过孔之间 ； 且外过孔与内过孔和中间过孔交 替对应， 相互对应的两过孔与环形 PCB 板中心位于同。
10、一直线上。 0014 进一步的， 所述为5， 单片半环形PCB板上的外过孔有36个， 内过孔有18个， 中间过孔有 17 个。 说 明 书 CN 104155501 A 3 2/4 页 4 0015 进一步的， 所述环形 PCB 板上的设置有至少三个连接键槽， 且所述连接键槽处于 同一圆环上。 0016 进一步的， 所述两半环形 PCB 板在拼接处形成凹凸交错的两条开口沿线。 0017 进一步的， 所述两半环形 PCB 板依靠绝缘压板固定， 所述绝缘压板压覆在开口沿 线上， 使绝缘压板的一端位于上半环形 PCB 板， 另一端位于下半环形 PCB 板 ； 所述绝缘压板 再通过固定锁将其两端固定。。
11、 0018 进一步的， 所述上半环形 PCB 板或者下半环形 PCB 板上还设置有两个接线孔。 0019 本发明的优点在于 ： 本发明采用开口式设计、 对称性布线、 两板串联式连接以及采 用大线匝与小线匝同时布线的设计， 具有结构简单、 体积小、 制作成本低 ； 开口式的设计便 于传感器的安装使用 ； 相同两块 PCB 板的串联使用， 能够有效抑制杂散磁场的干扰 ； 采用 PCB 制作工艺， 并采用小线匝的设计， 能够保证传感器布线均匀、 对称， 从而保证磁通全部穿 过线圈等优点。 0020 本发明的其它优点、 目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述， 并 且在某种程度上， 基于对下。
12、文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的， 或者可 以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书， 权利要 求书， 以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 附图说明 0021 为了使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述， 其中 ： 0022 图 1 为本发明环形 PCB 板的整体结构及布线示意图 ； 0023 图 2 为本发明两半环形 PCB 板分别的结构及布线示意图 ； 0024 图 3 为本发明测量电流的检测系统实施方式图 ； 0025 图 4 为图 3 的检测系统的硬件电路结构示意图 ； 0026 其中 ：。
13、 1- 连接键槽 ； 2- 正面导线 ； 3- 绝缘压板 ； 4- 固定锁 ； 5- 开口沿线 ； 6- 外过 孔 ； 7- 反面导线 ； 8- 中间过孔 ； 9- 接线孔 ； 10- 内过孔。 具体实施方式 0027 以下是本发明优选实施例的详细描述， 应当理解， 优选实施例仅为了说明本发明， 而不是为了限制本发明的保护范围。 0028 本发明的电流传感器是基于罗氏线圈原理， 将导线按均匀布置于环形 PCB 板上， 被测导体穿过两片同轴布置的环形 PCB 板的轴心， 当导体中通有电流时， 会在导体周围产 生磁通， 磁通通过环形 PCB 板上布置的导线线圈时， 会感应出电动势， 将此信号采集并。
14、进行 处理， 达到电流检测的目的。而本发明的技术方案主要是环形 PCB 板的设计。 0029 如图 1 所示为本发明环形 PCB 板的整体结构及布线示意图， 所述环形 PCB 板由布 置有导线线圈的两个半环形PCB板拼接而成， 在环形PCB板的内层环、 中间层环和外层环上 均设置有相应的内过孔 10、 中间过孔 8 和外过孔 6， 外过孔对应的内过孔外过孔之间 正反面布线形成大线匝， 外过孔相邻的中间过孔下一外过孔之间正反面布线形成小线 匝 ； 小线匝布线后导线跨到再下一外过孔重复大线匝布线 ； 大线匝与小线匝交替布置在两 说 明 书 CN 104155501 A 4 3/4 页 5 个半环形。
15、PCB板上， 且两个半环形PCB板的布线线路完全相同 ； 两个半环形PCB板之间的布 线线路通过在拼接处的两外过孔之间以插针绕线的方式连接起来。 0030 围绕环形 PCB 板的中心每隔 角度均匀设置外过孔， 每隔 2 角度均匀设置内过 孔， 所述中间过孔间隔设置在两内过孔之间 ； 且外过孔与内过孔和中间过孔交替对应， 相互 对应的两过孔与环形 PCB 板中心位于同一直线上。 0031 所述 为 5， 单片半环形 PCB 板上的外过孔有 36 个， 内过孔有 18 个， 中间过孔 有 17 个。 0032 所述环形 PCB 板上的设置有至少三个连接键槽 1， 且所述连接键槽处于同一圆环 上。 。
16、0033 所述两半环形 PCB 板在拼接处形成凹凸交错的两条开口沿线。 0034 所述两半环形 PCB 板依靠绝缘压板 3 固定， 所述绝缘压板压覆在开口沿线 5 上， 使 绝缘压板的一端位于上半环形PCB板， 另一端位于下半环形PCB板 ； 所述绝缘压板再通过固 定锁 4 将其两端固定。 0035 所述上半环形 PCB 板或者下半环形 PCB 板上还设置有两个接线孔 9。 0036 参照图 1， 该环形 PCB 板由上半环形 PCB 板 A 和下半环形 PCB 板 B 拼接组合而成， 且两半环形 PCB 板在拼接处形成了凹凸交错的两条开口沿线 5。每块半环形 PCB 板的两边 沿都呈现出凹凸。
17、交错的方波状， 且上半环形 PCB 板的两边沿能够刚好与下班环形 PCB 板的 两边沿契合匹配， 使得两块半环形 PCB 板能够完整的拼接在一起， 拼接好后就会在其拼接 处形成两条凹凸交错的开口沿线。的这种凹凸交错的拼接设计可以使两块半环形 PCB 板更 加稳定、 位置精确地拼接组合在一起， 而且使得后续的固定步骤操作也更加方便。 0037 两半环形 PCB 板依靠绝缘压板固定， 所述绝缘压板压覆在开口沿线上， 使绝缘压 板的一端位于上半环形PCB板， 另一端位于下半环形PCB板 ； 所述绝缘压板再通过固定锁将 其两端固定。在两块半环形 PCB 板拼接好后， 在将绝缘压板压覆在开口沿线上， 再。
18、用固定锁 将绝缘压板的两端固定在环形 PCB 板上， 实现两块半环形 PCB 板的拼接及固定的操作。 0038 环形 PCB 板的布孔方式为 ： 在内层环、 外层环和中间层环上设置相应的内过孔、 外 过孔和中间过孔， 且围绕环形 PCB 板的中心， 每隔 角度设置外过孔， 每隔 2 角度设置内 过孔， 中间过孔间隔的设置在两内过孔之间。因此， 中间过孔要比内过孔少一个。以 为 5为例， 每块半环形 PCB 板上的外过孔可以设置 36 个， 内过孔可以设置 18 个， 中间过孔可 以设置 17 个。且外过孔与内过孔和中间过孔交替对应， 也就是说， 某个外过孔对于了一个 内过孔， 下一个的外过孔则。
19、对应一个中间过孔， 再下一个外过孔又对应内过孔， 如此交替对 应。所述的对应方式是指， 外过孔、 内过孔和环形 PCB 板的中心位于同一条直线上 ； 或者外 过孔、 中间过孔和环形 PCB 板的中心位于同一条直线上。由于每块半环形 PCB 板上的内过 孔加上中间过孔的数量比外过孔的数量要少一个， 因此， 在半环形 PCB 板的某个拼接边沿 处的一个外过孔没有相应的中间过孔与其对应。 0039 环形 PCB 板的布线方式为 ： 要实现环形 PCB 板的布线首先要对每块半环形 PCB 板 布线。图 2 为两半环形 PCB 板分别的结构及布线示意图， 参照图 2 所示， 两个接线孔设置在 下半环形P。
20、CB板上， 导线从下半环形PCB板反面通过一个接线孔a到达正面(在没有接线孔 的地方则是直接从外过孔到达正面 )， 然后通过最近的一个内过孔 d 又到反面， 在 a 到 d 之 间是正面导线 2 ； 然后再通过与该内过孔 d 对应的外过孔 e 到达正面， d 到 e 之间是反面导 说 明 书 CN 104155501 A 5 4/4 页 6 线 ； 如此操作就形成了大线匝 ； 之后再通过与该外过孔 e 相邻的中间过孔 b 到达反面， 再通 过与该中间过孔 b 对应的外过孔 c 到达正面， 如此操作就形成了小线匝。小线匝布线后导 线跨到再下一个外过孔处， 使得导线可以再次从该外过孔为起点重复进行。
21、大线匝布线。大 线匝的布线方式保证布线的对称性， 从而保证传感器测量的准确性 ； 小线匝的布线方式虽 然无法保证布线的对称性， 但是此种设计能够保证充分利用 PCB 板的空间， 从而减少穿过 线圈磁通的分散性， 进一步提高传感器测量的准确度。 0040 两半环形 PCB 板的布线线路完全相同， 由于采用的是开口式设计， 必然导致板上 布线在开口处断开， 因此在两个半环形 PCB 板之间的布线线路通过在拼接处的两外过孔之 间以插针绕线的方式连接起来。参照图 1， 因此在标号为 e、 f 的外过孔处设置插针， 通过绕 线的方式保证导线连接， 在另一个拼接处同样如此操作。如此布线使导线从接线孔 a 。
22、穿入， 最后从另一个接线孔穿出， 完成一块环形 PCB 板的布线。 0041 本发明的电流传感器要由两片环形 PCB 板串联组成。图 3 为本发明测量电流的整 体系统实施方式图， 参照图 3 所示， 整个系统包含传感器部分和硬件电路部分， 传感器部分 由两块 PCB 板完全相同， 通过导线将两块板子连接起来， 同时要保证两块环形 PCB 板同轴， 本发明的连接键槽就是起到同轴固定的作用， 同时又能保证两块环形 PCB 板上导线围成面 积重合， 从而起到消除垂直于传感器平面外部干扰磁场的作用。连接键槽可以设置三个或 者三个以上。 在连接键槽为三个时， 两两之间的夹角为120。 此种设计能够很好的。
23、解决垂 直于 PCB 表面外磁场的干扰， 从而提高传感器抗干扰的能力， 从而保证了传感器的测量精 度， 同时两块相同 PCB 板的串联能够提高传感器的输出信号， 便于后续采集电路的设计。 0042 图 4 为图 3 中检测系统的硬件电路结构示意图， 参照图 4， 该系统的硬件电路部分 包含了信号处理电路和处理器电路。 信号处理电路包括放大电路、 滤波电路、 积分电路以及 A/D 转换电路 ； 处理器电路包括由单片机及其外围电路， 包括液晶显示屏、 按键、 电源等。 0043 最后说明的是， 以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 尽管通 过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述， 但本领域技术人员应当理解， 可以在 形式上和细节上对其作出各种各样的改变， 而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。 说 明 书 CN 104155501 A 6 1/3 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 104155501 A 7 2/3 页 8 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 104155501 A 8 3/3 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 104155501 A 9 。