低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻及其制造方法，包括：回流装置以及设置于回流装置内的首端匹配电阻，回流装置包括圆柱筒状的金属支撑，金属支撑的外表面设置有极薄的绝缘层，绝缘层外表面设置有喷金层；回流装置外表面设置有金属屏蔽壳，回流装置与金属屏蔽壳同心设置，回流装置与金属屏蔽壳之间设置有空气绝缘层，金属屏蔽壳的一端安装有电缆头，金属屏蔽壳的另一端与罗氏线圈本身的屏蔽壳相连；首端匹配电阻设置于金属支撑内，且首端匹配电阻一端通过焊锡与金属支撑前端连接，另一端与电缆头内芯连接，由于回流装置外表面设置有金属屏蔽壳，回流装置与金属屏蔽壳同心设置，因此，通过金属屏蔽壳，可以减小外界电磁场对输出信号的影响，提高输出信号的准确度。
【专利说明】低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高功率脉冲测量领域，涉及用于测量陡脉冲前沿(ns级)、高幅值(百kA)脉冲电流的低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻及其制造方法。
【背景技术】
[0002]随着脉冲功率技术的高速发展、储能技术的逐步提高，陡脉冲前沿、高幅值的电脉冲得到了越来越广泛的应用。测量电流脉冲最常用的方式是分流器(Shunt)和罗氏线圈(Rogowski Coil)。
[0003]分流器的原理是当脉冲大电流流过一个无感电阻时会产生电压降，利用测量这个电阻的电压波形就可以得到电阻的电流波形。但实际的电阻很难做到无感，只能尽可能减小电感，如果分流器的电感不够小，那么流过陡电流脉冲的时候电感上的压降会很大，电压波形产生畸变，影响测量结果。此外，如果被测电流幅值很高，分流器的散热能力(因为电阻发热)和机械强度(因为电磁力的影响)都需要考量。
[0004]罗氏线圈的原理是利用法拉第电磁感应定律和全电流定律的原理，将一条导线(通常带有绝缘层)均匀缠绕在一个以被测电流路径为中心的环形骨架上，利用被测电流变化时线圈缠绕的导线两端感应的电动势完成对电流的检测，由于感生电动势和被测电流的微分成正比，所以需要加入积分环节。利用积分原理不同，罗氏线圈分为自积分罗氏线圈和外积分罗氏线圈。自积分罗氏线圈是将导线两端直接连接一个小电阻进行测量，这种方法简单且比较适合高频信号的测量，所以在快脉冲测量领域应用较为广泛。
[0005]对于陡脉冲前沿(ns级)、高幅值(百kA)脉冲电流测量来说，其频率响应有着很多影响因素，如线圈骨架、绕法、材料和积分电阻等。然而当被测信号频率足够高时，线圈分布电容和积分电阻本身的寄生电感、电容的影响会逐渐增加。如果不能采取合适的方法抑制分布参数的影响，输出波形就会产生较大的畸变。对于测量ns级电流信号的线圈来说，通常采用较为稀疏的绕组以减小绕组间的分布电容，同时采用低感或无感的积分电阻。如果被测电流较小，可以采用阻值比较大的低感电阻来减小寄生电感带来的影响，比如多个电阻并联。如果被测电流较大，则需要从电阻结构入手减小寄生电感，这种积分电阻通常采用回流方式减小自身电感，比如同轴状积分电阻。
【发明内容】
[0006]针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻及其制造方法，使得该电阻有着极小的寄生电感和电容，从而能够使罗氏线圈拥有更高的上限截止频率和最小的波形畸变。
[0007]为达到以上目的，本发明的技术方案为:
[0008]—种低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻，包括:回流装置以及设置于回流装置内的首端匹配电阻，其中，回流装置包括圆柱筒状的金属支撑，金属支撑的外表面设置有绝缘层，绝缘层的外表面设置有喷金层；
[0009]回流装置外表面设置有金属屏蔽壳，回流装置与金属屏蔽壳同心设置，且回流装置与金属屏蔽壳之间设置有空气绝缘层，金属屏蔽壳的一端安装有电缆头，金属屏蔽壳的另一端敞开；
[0010]首端匹配电阻设置于金属支撑内，且首端匹配电阻一端通过焊锡与金属支撑前端连接，另一端与电缆头连接。
[0011 ] 所述喷金层以及焊锡上连接有引出线。
[0012]所述电缆头伸入金属屏蔽壳，并与喷金层接触。
[0013]所述绝缘层为金属氧化层或绝缘漆层。
[0014]所述喷金层采用喷金工艺制成外导体结构。
[0015]一种低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻制造方法，包括以下步骤:
[0016]I)、根据预设要求，制作圆柱筒状金属体为金属支撑；
[0017]2)、在金属支撑的外侧设置绝缘层，并且在金属支撑的连接处预留喷金层的位置；
[0018]3)、在绝缘层上使用离子溅射仪或喷金仪镀上一层喷金层作为外导体后，形成回流装置；
[0019]4)、在回流装置上安装首端匹配电阻、金属屏蔽壳、积分电阻以及电缆头，得到低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻。
[0020]所述步骤2)中绝缘层通过化学氧化法或电镀法制成氧化膜。
[0021]所述步骤2)中绝缘层通过涂刷绝缘漆形成。
[0022]所述喷金层为采用金、银或铜金属材料。
[0023]所述首端匹配电阻的阻值范围与信号输出电缆阻抗相同。
[0024]与现有技术比较，本发明的有益效果为:
[0025]本发明提供了一种低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻，通过在金属支撑上依次设置绝缘层和喷金层，形成回流装置，并在罗氏线圈引出线将信号加载到积分电阻上，由于喷金层很薄，所以该同轴电阻的电感很小，使得积分电阻的阻值更加均匀稳定；另外，由于回流装置外表面设置有金属屏蔽壳，回流装置与金属屏蔽壳同心设置，因此，通过金属屏蔽壳，可以减小外界电磁场对输出信号的影响，提高输出信号的准确度。
[0026]本发明还提供了一种低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻制造方法:
[0027]1、本发明采用电镀法或别的方法产生氧化层作为内外导体之间的绝缘层，可以使得积分电阻的阻值更加均匀稳定，同时电感极小；
[0028]2、本发明中，使用喷金的方法制作积分电阻的外导体，可以使得阻值更加均匀，也可以在和内导体的连接处没有接触电阻的影响；
[0029]3、本发明通过使用屏蔽壳，可以减小外界电磁场对输出信号的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本发明低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻结构示意图；
[0031]图2为本发明低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻测量系统的整体结构图。
[0032]图中，I为引出线，2为焊锡，3为首端匹配电阻，4为金属支撑，5为绝缘层，6为喷金层，7为电缆头，8为金属屏蔽壳，1-1为罗氏线圈，2-1为低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻，3-1为同轴电缆，4-1为示波器。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明做详细描述。
[0034]如图1所示，本发明提供了一种低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻，包括:回流装置以及设置于回流装置内的首端匹配电阻3，其中，回流装置包括圆柱筒状的金属支撑4，金属支撑4的外表面设置有绝缘层5，绝缘层5的外表面设置有喷金层6 ;喷金层6采用喷金工艺制成外导体结构。
[0035]回流装置外表面设置有金属屏蔽壳8，回流装置与金属屏蔽壳8同心设置，且回流装置与金属屏蔽壳8之间设置有空气绝缘层，金属屏蔽壳8的一端安装有电缆头7，金属屏蔽壳8的另一端敞开；且电缆头7伸入金属屏蔽壳8，并与喷金层6接触。
[0036]首端匹配电阻3设置于金属支撑4内，且首端匹配电阻3 —端通过焊锡2与金属支撑4前端连接，另一端与电缆头7连接，喷金层6以及焊锡上连接有引出线I。
[0037]本法发明中，绝缘层5为金属氧化层，具体可以使用化学氧化的方法，或是电镀。当然也可以刷上一层绝缘漆或是覆盖一层绝缘薄膜。注意连接处需要留下空当，以便喷金层的连接。
[0038]本发明还提供了一种低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻制造方法，包括以下步骤:
[0039]I)、根据预设要求，制作圆柱筒状金属体为金属支撑4 ;
[0040]2)、在金属支撑4的外侧设置绝缘层5，并且在金属支撑4的连接处预留喷金层6的位置，所述绝缘层5通过化学氧化法或电镀法制成氧化膜，或者通过涂刷绝缘漆形成绝缘漆层。
[0041]3)、在绝缘层5上使用离子溅射仪或喷金仪镀上一层喷金层6作为外导体后，形成回流装置；所述喷金层6采用金、银或铜金属材料。
[0042]4)、在回流装置上安装首端匹配电阻3、金属屏蔽壳8、积分电阻以及电缆头7，得到低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻，所述首端匹配电阻3的阻值范围与信号输出电缆阻抗相同。
[0043]本发明的工作过程及原理为:
[0044]脉冲大电流或电子束流通过图2所示的罗氏线圈时，会在线圈中感应出电动势，通过积分电阻流过二次电流，同时积分电阻上也会有电压降。该电压降可以通过积分电阻上的电缆头传递到示波器中。由于该积分电阻电感极小，所以在高频情况下仍然能够视作纯电阻，通过该电阻的电流波形和一次电流波形几乎一致，畸变极小。同时喷金层和金属支撑构成的回路电阻较小，约从0.01欧姆到I欧姆之间，可以轻松测量几十千安甚至百千安的电流。
[0045]本发明中的低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻测试系统为:
[0046]如图2所示，包括罗氏线圈1-1、低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻2-1、同轴电缆3-1，以及示波器4-1，其中，低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻2-1的引出线与罗氏线圈1-1连接，积分电阻2-1另一端通过同轴电缆3-1与示波器4-1连接，罗氏线圈引出线将信号加载到积分电阻上，他们的连接通过焊锡或是别的导电方式连接。其中内导体和喷金层构成回流装置，由于喷金层很薄，所以这个同轴电阻的电感很小。
【权利要求】
1.一种低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻，其特征在于，包括:回流装置以及设置于回流装置内的首端匹配电阻(3),其中，回流装置包括圆柱筒状的金属支撑(4),金属支撑(4)的外表面设置有绝缘层(5),绝缘层(5)的外表面设置有喷金层(6)； 回流装置外表面设置有金属屏蔽壳(8)，回流装置与金属屏蔽壳(8)同心设置，且回流装置与金属屏蔽壳(8)之间设置有空气绝缘层，金属屏蔽壳(8)的一端安装有电缆头(7),金属屏蔽壳(8)的另一端敞开； 首端匹配电阻(3)设置于金属支撑(4)内，且首端匹配电阻(3) —端通过焊锡(2)与金属支撑(4)前端连接，另一端与电缆头(7)连接。
2.根据权利要求1所述的低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻，其特征在于，所述喷金层(6)以及焊锡上连接有引出线(11
3.根据权利要求1所述的低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻，其特征在于，所述电缆头(7)伸入金属屏蔽壳(8),并与喷金层(6)接触。
4.根据权利要求1所述的低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻，其特征在于，所述绝缘层(5)为金属氧化层或绝缘漆层。
5.根据权利要求1所述的低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻，其特征在于，所述喷金层(6)采用喷金工艺制成外导体结构。
6.一种基于权利要求1所述的低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻制造方法，其特征在于，包括以下步骤: 1〉、根据预设要求，制作圆柱筒状金属体为金属支撑(4)； 2)、在金属支撑(4)的外侧设置绝缘层(5),并且在金属支撑(4)的连接处预留喷金层(6)的位置； 3)、在绝缘层(5)上使用离子溅射仪或喷金仪镀上一层喷金层(6)作为外导体后，形成回流装置； 4)、在回流装置上安装首端匹配电阻(3^金属屏蔽壳(8)、积分电阻以及电缆头(7),得到低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻。
7.根据权利要求6所述的低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻制造方法，其特征在于，所述步骤2)中绝缘层(5)通过化学氧化法或电镀法制成氧化膜。
8.根据权利要求6所述的低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻制造方法，其特征在于，所述步骤2)中绝缘层(5)通过涂刷绝缘漆形成。
9.根据权利要求6所述的低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻制造方法，其特征在于，所述喷金层(6)采用金、银或铜金属材料。
10.根据权利要求6所述的低阻值无感自积分罗氏线圈积分电阻制造方法，其特征在于，所述首端匹配电阻(3)的阻值范围与信号输出电缆阻抗相同。
【文档编号】G01R19/00GK104502664SQ201410649653
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】丁卫东, 韩若愚, 景龑, 吴佳玮, 刘巧珏, 周海滨 申请人:西安交通大学