罗氏线圈波形测量中选择Q值的重要作用

1. 参数Q

Q值是表征转移电荷量能力的参数，在罗氏线圈中也可解释为线圈达到磁饱和前能够装载的电荷量能力。Q值的单位是库仑（C）也可是安秒积（A•s），在计算中我们通常使用安秒积（A•s）这个单位，更直观便于运算。

    2. Q值计算方法

从定义上看，Q就是电流安培乘以秒，从电流示波图上看是电流波形包裹的面积，我们以10/350μs波形为例。

    此波形的包裹面积可以近似看作三角形面积，底*高*0.5，标准10/350μs波形应该在1ms处归零，所以近似地上图的Q=49.7*10E3*1.0*10E-3*0.5=47.9*0.5=24.9（A•s）。

所以在有些标准里10/350μs的Q=0.5Ipeak。推广到所有波形，只要找到该波形的近似三角形的底（归零点）和高（峰值）除以二，就可以算出Q。

 3.罗氏线圈的Q值选用。

每只罗氏线圈会给出一个Q值，

①例如：优测型号LS-M-1000，Q=6.5（A•s），那么该线圈可以测试：

10/350μs的13kA，

200ms方波归零时间200ms测到65A，

5/320μs归零时间0.9ms，约15kA，

10/1000μs归零时间3ms，约4kA，以此计算类推。

②例如：优测型号LS-H-1000，Q=60（A•s），那么该线圈可以测试：

10/350μs的120kA，

200ms方波归零时间200ms测到600A，

5/320μs归零时间0.9ms，约130kA，

10/1000μs归零时间3ms，约40kA，以此计算类推。

  4.超出罗氏线圈Q值的波形表现。

如果被测波形超出了罗氏线圈自身转移电荷量Q的能力，将会出现磁芯饱和的现象。如下图

图：波形超过线圈自身的Q值能力出现拐点归零

该波形在680μs左右出现拐点并快速归零，证明此时线圈达到磁饱和。如果线圈磁饱和，会出现磁芯磁化现象，那么随后即使在Q值能力内的测试也会有可能持续出现次饱和的现象，如下图，这是在磁饱后，降低峰值，原本在能力内的波形也持续地饱和。

图：降低峰值到Q能力内，波形依然显示饱和。

所以，我们给出一个解决方案：只要进行一次小幅值反向冲击电流，即可将磁化的磁芯消磁，测量恢复正常。

  5.对于未知波形的测量判断是否畸变

在雷电学领域，现在更多的是对自然界雷电接闪并引流进行测量，许多情况下选择罗氏线圈并没有对其转移电荷量能力进行要求，只是一味地看测量峰值是不是满足，这是最极端的错误。

首先，对雷电流的采样峰值是非常简单的技术了，使用分流器、偏振器、磁互感等都可以准确测量，但是研究自然雷电，更重要的是对波形的研究，也就是对雷电电荷能量的研究。笔者看到过一些研究采集到的自然界雷电流波形，作为罗氏线圈的研究者看来，这些波形都是畸变之后的，也就是说之前选用罗氏线圈出现了错误。常见的皮尔逊罗氏线圈，采购时需要自己对着参数表格选型号，很多大孔径的线圈，看着峰值200-400kA，实则转移电荷量能力只有几库仑，造成这个问题的原因有两个，一是大孔径在技术上很难实现很高的转移电荷量能力，二是，皮尔逊的型号太多，更适合专波专用，如果要盲测（未知波形）就推荐一条线路串入2-3只不同能力的线圈。

那么如何判断波形是不是真实的雷电波，是不是有畸变呢？按以下两步：

第一步放大波形，进行Q值计算，如果得出采集到的电流波Q值约等于所用线圈的转移电荷量能力Q那么我们可以判断该波形存疑，进行第二步排查。

这里说一下在没有计算机软件的情况下，异形波Q的计算方法。

图  波形的面积分割

我们可以按中学几何分割的方法进行异形平面面积分割计算，如图，我们可以将其分割成A、B、C三部分分别计算后相加。如何不规则的波形都可以分割成许多规则的几何形状进行面积计算，也就是简单的积分。

第二步看是否在波尾有拐点并快速归零，如上一节展示的波形。因为在电流波尾阶段，是一个放电过程，放电通道阻抗没有大的变化时，是不可能突变的。

如果以上两步都达到了肯定的答案，那么该波形判定为畸变，不可采纳，需要更换罗氏线圈。