【答辩演示文稿】基于PCB方法罗氏线圈传感器开发

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PCB罗氏线圈传感器改进设计
• 3.1 罗氏线圈设计
• 通过比较各种罗氏线圈的设计 方式，结合实际应用，最终确 定了一种设计方案。 • 用电脑软件Altium Designer Winter 09设计如图3-1。
PCB（Printed Circuit Board）：
中文名称为印制电路板，采用 电子印刷术制作（保证生产的 一致性），是电子元器件的支 撑体。
基于PCB方法罗氏线圈传感器开发
姓 名 黄跃恒 专 业 应用物理学 指导教师 薛占钰
论文主要内容
•1 •2 •3 •4 •5 前言 罗氏线圈传感器基本原理 PCB罗氏线圈传感器改进设计 实验研究 结论
1 前言
• 目前，电力系统朝大电流、超高压方向发展， 而电力系统的监测由二次间接测量朝一次直 接测量发展。 • 电磁式电流传感器：误差大、成本高、有磁 饱和。 • PCB罗氏线圈传感器：误差小、成本低、 无磁饱和。
（互感系数M为定值）
图2-1 罗氏线圈原理图
2.2 积分、放大电路
加一个反相积分电路（如图2-2）对罗氏线圈输出的电压信 号进行处理是准确还原所测量的交流电流i 的必要环节。 因罗氏线圈感应出的电压很小, 为了放大该感应电压，须在积 分器前面加一放大电路（如图2-3）。
图2-2 反相积分电路
图2-3 放大电路
• i (t)= k· u0 (t) ，k为定值。
• 即可以得到交变电流i (t)与电 路输出电压u0 (t)的简单线性关 系。
图3-3
放大、积分电路图
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PCB罗氏线圈传感器改进设计
• 采用低功耗双电压比较器 LM2903P，如图3-4。 • 源电压（接引脚8）Vcc=12V， R1=R3=300Ω，R2采用1MΩ 可变电阻（调节放大倍数）， 电容C=10μF。 • 搭建成的电路如图3-5：
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罗氏线圈传感器基本原理
• 两部分： • 2.1 罗氏线圈 • 2.2 积分、放大电路
2.1 罗氏线圈
罗氏线圈，也称磁位计或罗果夫斯基（Rogowski）线圈， 是一种空心环形的线圈，是由俄国科学家罗果夫斯基提出的。
当被测交Baidu Nhomakorabea电流沿轴线通过 罗氏线圈中心时,在环形所包 围的区域内产生变化的磁场 ， e(t)=-M· di/dt
图 4-1
测量装置
4.2 研究 • c.输出电压强度
• 电压大小适中，测量时，电路的安全可以保证同 时测量的精确性也比较高。
• d.线性
U(mV)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
0 50 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 0 50 0 55 0
I(A)
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结论
• 经过以上几个环节的实验和研究证明，所开发 的半圈式PCB罗氏线圈传感器具有如下特点： • 1. 具有很高的参数一致性，适于批量生产。 • 2. 在实际应用中安装和拆卸方便、操作简单。 • 3. 输出电压强度适中，保证电路安全，满足测 量要求。 • 4. 具有较高线性度，保证了其测量准确性。
谢
谢
图3-4 LM2903P引脚连接图
图3-5 实际搭建电路图
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实验研究
4.1 实验过程
• a.比较PCB罗氏线圈大小参数并测量每块罗 氏线圈的电阻。 • b.每四块一组，用导线连接，整齐排在在一 起，做五台罗氏线圈传感器。
4.2 研究
• a.生产一致性
• 大小规格及电阻基 本一致
• b.测量的简易性
图3-1
罗氏线圈设计图
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PCB罗氏线圈传感器改进设计
• 生产的PCB罗氏线圈如图3-2。
• 连接方式：将偶数块PCB罗氏线圈串联，增大输出电压。
图3-2
PCB罗氏线圈成品
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• 3.2
PCB罗氏线圈传感器改进设计
电路搭建
• 处理罗氏线圈输出电压的放大、 积分电路如图3-3： • 电路输出电压u0 (t) 与罗氏线 圈感应电压u1(t) 的关系： • u0 (t) = -R2/(R1R3C)· ∫u1(t) dt • 与i (t)= -nM ∫u1(t) dt 联立得：