利用优化电流探针进行电感耦合非侵入式宽带阻抗测量

《Electronics》：Inductively Coupled Non-Invasive Broadband Impedance Measurement Using Optimized Current Probes

　　

摘要

电气连接器、开关设备回路及相关接触结构的频率依赖性阻抗可以指示电气接触界面处的劣化情况。传统的接触测量方法需要使用矢量网络分析仪，并且通常需要将被测对象从运行系统中移除。为了简化现场测量并避免直接电气接触，本研究采用了一种成熟的双探头感应耦合/ABCD去嵌入框架，结合专门设计的宽带电流探头和校准装置。首先评估了商用注入和接收探头，以确定与探头共振、磁路气隙、电缆夹紧以及探头之间的耦合相关的实际限制。然后通过对铁氧体材料、绕组匝数和磁芯几何形状进行参数化的CST（计算机仿真技术）研究，选择了一种3W800 NiZn铁氧体磁芯，其具有6圈绕组，尺寸为内径5毫米、外径10毫米、高度5毫米。该原型在1至400 MHz范围内表现出相对平坦的S₁₂/S₂₁响应特性，其中S₂₁从1 MHz时的约?13.5 dB变化到400 MHz时的?17.5 dB，且没有明显的共振现象。定量阻抗精度仅在1–100 MHz范围内得到验证：使用108 nH电感和82 pF电容器与阻抗分析仪进行对比测试，平均相对幅度误差分别为4.00%和4.5%。此外，还在10 kV开关设备电路上进行了1–30 MHz范围的现场测量，以证明在实际接触条件下的非侵入式宽带阻抗测量可行性。因此，本文所述的1–400 MHz范围指的是探头传输特性的表征，而非整个频段上的实验验证阻抗精度。