1. 引言
脉冲功率技术是一门新兴学科，随着相关学科的发展，它广泛的应用于国防、科学试验、农业及医学领域中。进入21世纪以来，脉冲功率技术与高电压新技术逐渐成为当前学科覆盖率和高技术集成度很高的新兴学科，是电工科学领域中最具活力的分支学科之一。随着科学技术的迅速发展，尤其是国防和环境保护等领域的需要，脉冲功率技术越来越得到重视。根据被测脉冲电流信号幅值、频率的不同，测量脉冲电流的常用方法有两种，即分流器法和非侵入式脉冲电流测量法。分流器法一般适合用于测量小于100KA的脉冲电流，因为分流器必须接入放电回路中，会影响整个系统的状态，这在许多情况下是不允许的。另外一种方法是非侵入式脉冲电流测量法方法。使用这种测量方式，被测电路的状态不受检测电路的影响，检测电路也不受被测电路的影响，被测电路与检测电路之间是电隔离的。目前，非侵入式脉冲电流测量主要采用Rogowski线圈、光学电流传感器等。
2. 基本方法
近十多年来，人们一直在探索脉冲大电流测量新技术，如电光、磁光法等，并得到了一些实际应用。这些方法的优点是对被测对象的介入性小、抗电磁干扰能力较强，但同时系统的复杂性增加，并且测量的可靠性取决于光学、电子学系统的实际性能，一般用于比较特殊的条件下，这些技术仍在不断发展之中。
2.1. 分流器法
利用欧姆定律，把一个己知的纯电阻放在被测电流的放电回路中，只要测得电阻上的电压，就可以测得放电回路中的电流，这就是分流器法，也叫无感电阻法。分流器法的首要条件是电阻元件的阻抗保持常数，要求满足 L。工作在脉冲大电流下的同轴分流器，要考虑集肤效应的影响。特别对于快速变化的脉冲大电流，分流器存在集肤效应，使得分流器电位输出端的电压发生时移。减小集肤效应的影响，最简单的办法是减小分流器电阻圆筒的厚度。但是由于分流器本身存在电磁力和热应力以及受到热容量的限制，管壁不能太薄。如果分流器的平板厚度远大于趋肤效应引起的电流渗透度，则分流器的电阻值与脉冲电流的波形有关，即与频率有关。这样，随着脉冲电流上升时间变快，误差将增大。最后将产生大的机械力和热损耗。有些地方还由于几何位置、接地等问题不便于使用分流器。所以，采用分流器测量脉冲电流受到一定的限制。由于分流器不能电隔离，在接地线断开情况下会在与其相连接的输出信号线上产生高电压，从而危机人员和设备。
2.2. 霍尔电流传感器
霍尔效应测量大电流的原理是：电荷的定向移动形成电流，而电流周围存在磁场。电流产生磁场的规律，可以由毕奥一萨法尔定律和磁场叠加原理求出，因此可以将霍尔元件放在电流产生的磁场中来讨论霍尔元件上的电压差问题。利用霍尔元件测试时，理论上对大电流的测量几乎没有上限，但因金属材料相应的霍尔电压差较小，加之实际测量时还要受到其它因素的干扰，因而大电流的测量准确度关键取决于霍尔电压的精确测量。再者，霍尔元件直接输出的电压信号较小，并且有一定的温度漂移，所以需要有放大及温度补偿电路和一个稳定的外部电流源。实际测量中，温度变化对半导体材料影响较大，必然影响到电容值的稳定性。在电磁发射的条件下，各元器件也会在恶劣的环境下工作，因此，采用霍尔效应对脉冲大电流的测试误差不可避免，甚至较大。
2.3. 光学电流传感器
光学电流传感器是根据法拉第效应的原理制成的传感测量器件。它是利用平面偏振光通过磁光材料时，由于电流产生的外磁场对偏振面发生作用，会产生旋转角度，而通过偏振光的旋转角度就可求出导体中的电流。但是由于目前精确测量偏振光振动面的偏转角尚有困难，所以常采用将偏振光振动面偏转角的信息变换成光的强度后再进行测量。与传统的电磁式电流互感器相比，光学电流传感器的输出信号为低电平，易于与数字仪表及微机接口;测量范围大，频率响应范围宽，可从直流到几万赫兹。结构简单、体积小、重量轻、抗电磁干扰能力强。其缺点是系统较复杂，成本较高，某些工程问题尚在研究之中。
2.4. 罗氏线圈测量法
罗氏线圈(Rogowski线圈)是W.Rogowski和W.Steinhaus于1912年发明的电流测量线圈，又称微分电流传感器。输出信号是电流对时间的微分，通过一个积分器，就可以真实还原输入电流。Rogowski简称罗氏线圈，实际是一种特殊结构的空心线圈，不含铁心，不存在磁饱和问题，也不存在动力和热力的稳定问题，而且几乎不受被测电流大小的限制。它因被测电流所产生的磁场变化而感应出相应的电势，本身并不与被测电流回路存在直接电的联系。由于罗氏线圈频带较宽、自身的上升时间可以做得非常小，因此适于测量快速变化的大电流。按罗氏线圈工作线路的积分方式可分成自积分式线圈和外积分式线圈两种，目前微秒和亚微秒级的电流测量常用外积分式罗果夫斯基线圈，由于用外积分式罗果夫斯基线圈必须经过一个RC积分回路，测量的频率响应受到限制，所以在纳秒级电流信号测量中很难应用。
3. 脉冲电流计时电位溶运用
3.1. 基本假设
假设：①电极表面的汞膜厚度各处均匀一致，溶出前膜中汞齐的浓度各处也均匀一致；②电极表面有一稳定的扩散边界层，它的厚度决定于溶液的条件(转速、粘度等)，认为对所有的分析物，边界层的厚度是不变的；③所加电流是严格的方波脉冲，则最终加在电解池上的电流是方波脉冲电流与CPSA原有溶出电流的加和。设阳极电流为 ，一周期内它流过的时间为 ；阴极电流为 ，它流过的时间为 ，控制 , ；④富集与溶出阶段经历一个休止期，静止溶出，以确保在电极表面存在分析物的高浓度区域，溶出在静止的条件下进行。
3.2. 理论推导
基于上述假定的扩散方程及初始和边界条件分别为：
扩散方程： ， （1）
初始条件： , , （2）
边界条件： , , （3）
, , （4）
其中： 是还原态金属的浓度； 是还原态金属在汞膜中的扩散系数； 是富集后汞膜中汞齐的浓度。理想状态下：
（5）
但是，实际上体系中不可避免地有背景电流、充电电流、物质扩散等因素的影响，使电流不能完全作用在每一个金属原子或离子的反应上，这就产生了效率问题。设 的溶出效率为 （ ）， 的沉积效率为 （ ）。由于溶出的离子向溶液本体扩散，所以， 。实际状态的：
（6）
初始条件表明，金属的初始浓度是富集后汞齐的浓度，为一定值；第一个边界条件表明金属的扩散限制在汞膜当中；第二个边界条件表明在电极表面（ ）处，金属的氧化速率受 和 的控制。电流与物质的扩散是反向的。
经Laplace变换，解得：
（7）
其中： （8）
时， （9）
当 时， ，得 （10）
4. 结束语
脉冲电流测量是一系统工作，基于Rogowski线圈传感器的脉冲电流测量方案需要不断推进。作者已经在宽脉冲电流、窄脉冲电流测量方面做了不少工作，但是由于时间短暂和作者学识浅薄，Rogowski线圈自积分还没有经过实验检验，雷电流远端测量系统还没有进入实施阶段。
参考文献：
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