实际使用时，由于装置需设计成开启式结构，因此线圈只能绕制成一个半圆。在半圆结构中，简单的添加一根半圆回线会造成去线与回线的不严格对称，R去≠R目，e去与e目并不完全相等。因此为使干扰消除，必须使得去线与回线严格对称，因此借鉴回线设计的思想，采用两根信号线双绞的差分绕线方式，使得 和 去严格相等，达到消干扰的目的。
罗氏线圈骨架材料选取
选择骨架材料时考虑其热膨胀系数，常见的用于罗氏线圈骨架的材料的热膨胀系数¨ 如表1所示。
表1 常见骨架材料(线性)热膨胀系数
橡胶和聚乙烯的热膨胀系数过高，这两种材料在本装置工作温差较大的环境中会造成过大的温度误差。陶瓷材料的热膨胀系数远低于上述两种材料。但是除热膨胀系数外，选择材料时还应考虑材料的加工难度。脆性大的特点使得加工陶瓷骨架时的难度较大、成品率较低。且在本装置实际使用，装置可能由于风吹等因素摆动，陶瓷骨架在使用中较易破碎。结合后文的设计，综合考虑后，选择可作为印制电路板基材的环氧树脂作为骨架材料。
罗氏线圈差分绕线设计
如果罗氏线圈只具有单根信号线，其等效大线匝会产生垂直方向磁场干扰。为了消除此干扰，使得垂直方向耦合磁通为零，我们借鉴回线设计的思想，采用差分绕线的方式来消干扰，携带相位相反信号的相当于回线。差分线对传输比单根传输线传输信号具有抗干扰能力强、有效抑制EMI、时序定位准确 等优点，在PCB设计中被广泛使用。
通过理论分析可以发现，使用印制板工艺可以保证罗氏线圈绕线的均匀和截面积的一致，如此便可实现外界平行线圈平面非均匀磁场对线圈干扰为零 。由于在实际使用中考虑装置安装的便利性，采集装置必须设计成开启式，因此采用双半环合成整个线圈的结构设计，在每个半圈中采取了差分绕线方式，可以得到与设置回线相同的效果，如图6、7所示。每半个线圈中均采用多排过孔的设计，采用同线双股差分绕线方式，将同一根导线对折成两股在单个半环内同向绕制，把一股线圈定义为顺绕，另一股定义为回绕。由于两股线内流经电流方向相反，相位相差180。。两根差分线紧密双绞绕制，保证去线与回线严格对称，所产生的耦合磁通大小严格相等，方向相反、抵消。因此实现了共模信号的抵销，可以很好的消除垂直方向的磁场干扰。
图1多排过孔结构示意
在半环形的印制板的外环一侧设置两排过孔，内环一侧设置3排过孔，由外向内分别即为N排、M排、c排、占排、 排。各排过孔的与圆心的距离分别为 、Rn 、Rm 、Rc、Rb、Ra 。半圆环的一端有线匝的起点过孔 X和终点过孔Y。外侧的N排和M排各有58个过孔，以相等的弧度间隔订π／58均匀分布；内侧的c排、B排、A排各有39个过孔，以相等的弧度间隔1T／39均匀分布。图7示意了本设计中铜箔线匝的连接。
图2线匝连接图
图中，正面的连接使用实线表征，背面的连接使用虚线表征，空心圆点表式顺绕路径上的过孔，实心圆点表示回绕路径上的过孔。顺绕和回绕即为一组差分线对。回绕路径上流过的是顺绕路径上的互补信号。以左边的半圆环为例，从上之下，给各排过孔依次标号为脚、Mp、Cg、 g、 g，其中P的范围为1到58，q的范围为1到39。则顺绕的路径可表示为x—A1．M1一C1一M2一B2-M3一A3一M4-C3?， 顺绕的路径上， 排过孔依次与A排、日排、C排循环连接，直到正面板上M58与C39相连，顺绕路径结束。C39在背面板上与N58相连，线圈由N58开始回绕。注意此处回绕是指线匝前进的方向从由上到下变为由下到上，而线匝绕骨架的方向与顺绕时相同。回绕的路径为N58一B39一N57．C39一N56一A38?，回绕的路径上，Ⅳ排过孔一次与c排、B排、A排过孔循环连接，直到B1连接至y后回绕结束。板的正面Ⅳ排与A、B、C排连接时，先沿一段小圆弧从M排外侧跨过；板的反面M排与A、B、C排连接时，也沿一段小圆弧从N排外侧跨过，正反面的圆弧半径相等，总跨度相等。需要说明的是整个线圈由两个相同的半环组成，而不是两个镜像的半环，左半环水平翻转后即为右半环，左半环的正面布线与右半环的反面布线相同。测量时将左半环的X过孔与右半环的 X’过孔连接，Y和Y’为输出端。如图8所示。
图3 差分绕线模拟效果图
图3中所示为差分绕线模拟效果图。可以看出，每半边顺绕与回绕是由同一根导线绞合而成，两股信号线来回绞紧因此R回 和R去严格相等，而信号相位完全相反，垂直方向的干扰磁场在顺绕的等效大线匝与回绕的等效大线匝中产生大小相同方向相反的感应电动势，二者相互抵消，从而消除了垂直方向干扰磁场的影响。可以证明，当双半环闭合成整线圈时，把两个半环上的回绕出线短接(如图中X-X ’)，顺绕出线组合成输出端(如图中Y-Y’)，可以得到与整个线圈相同的采集效果。
罗氏线圈相关参数
图4为本文采用的双半环组合成一个整线圈的实物图，其几何参数如表2所示。
图4本文设计的罗氏线圈实物图
表2 印制板罗氏线圈几何参数
互感(M)的单位为亨(H)，表征着罗氏线圈测量时的灵敏度，当载流导体从矩形截面的线圈中心垂直穿过时，互感可由下式得到：
多排过孔的设计使得线圈的总互感M不能简单使用式(5)来计算。靠内环的三排过孔和靠外环两排过孔循环相连，可认为该连接方法共形成了6种规格的小线匝，如表3所示。
表3 小线匝的规格
左半环的Y过孔与右半环的Y’过孔连接，这一匝计入到类型5内，即NB形成的线匝。线圈的总互感为各类型线匝的互感之和，即：
式中： 表示第i种线匝的互感，Ⅳ 为第i种线匝的匝数，Roi和RIi分别指第i种线匝的外半径和内半径。多排过孔的结构实现了线圈的回绕，也更有效地利用了印制板上的空间，两个半环形成的整个线圈总重仅为20g，很好地满足了设计中对本功能单元重量的要求。
总结
PCB罗氏线圈，越来越多的应用于现代电力检测设备中，用于电流检测装置。本文设计了一种差分绕线的PCB罗氏线圈，采用双半环设计，即克服了传统罗氏线圈误差大，参数分布性大，体积大等缺点，相比其他PCB罗氏线圈可以应用于开启式结构的装置，可拆卸性强，方便安装于线路上进行在线监测，降低安装维修成本，节省人力物力，符合配网线路对检测装置的要求。为了避免空间垂直方向磁场干扰，在每个半环采用差分绕线方式使得去线回线严格对称，用以消除共模误差，因此具有良好的准确度。这种设计方案对于在线监测测量装置的准确性、经济性的提高具有积极意义。