创新软磁铁氧体磁芯材料与“三合一”传感器研发 CNR222-263

项目背景

本文针对电力生产中的实际痛点，研发了创新软磁铁氧体磁芯材料与“三合一”传感器，有效提升了作业效率与安全水平。电力电缆等设备的运行状态监测长期依赖局部放电、接地环流和温度等参量的独立检测。不同参量由不同传感器分别采集，安装位置分散，信号同步困难，运维人员需要在多套系统之间比对数据。随着设备规模扩大，这种分散检测方式在成本和效率上的矛盾日益突出。

从检测机理看，局部放电信号频带宽、幅值弱，接地环流反映绝缘劣化趋势，温度则直接关联载流与散热状态。三者物理量差异大，若采用分立传感器，不仅增加安装节点，还容易因响应特性不一致导致误判。软磁铁氧体磁芯作为磁敏检测的核心部件，其磁导率和饱和磁感应强度直接影响传感器的灵敏度和线性范围。

基于上述背景，本项目从材料配方和制备工艺入手，探索软磁铁氧体磁芯的磁化机制，并在此基础上开发集局部放电、接地环流和温度检测于一体的“三合一”传感器，目标是在保证检测性能的同时降低体积和成本。

存在问题

• 检测参量分散：局部放电、接地环流和温度通常由三类独立传感器分别采集，安装节点多，信号时间基准不一致，难以直接关联分析。
• 磁芯材料受限：常规软磁铁氧体在宽频带下磁导率下降明显，饱和磁感应强度不足，制约了局放信号检测灵敏度的提高。
• 体积与成本矛盾：现行多传感器方案占用空间大，进口高频局放传感器价格高，规模化部署经济压力明显。
• 误报漏报率偏高：分立检测方式下，单一参量异常难以确认，带电检测中误报和漏报情况时有发生。
• 封装与信号控制不足：多参量集成时，封装工艺和响应信号控制缺乏成熟方法，影响传感器一致性和稳定性。

创新目标

本项目旨在开发宽频带、高磁导率的软磁铁氧体磁芯材料，确定其配方体系和关键制备工艺参数；在此基础上提出局部放电、接地环流和温度“三合一”传感器的设计方法，掌握封装工艺及响应信号控制技术，形成具备自主知识产权的传感器样品，并在实验室环境中完成性能验证，为后续产业化提供技术支撑。

技术方案

材料层面，项目围绕软磁铁氧体的磁化机制和磁动态机理开展配方设计，通过调整组分和烧结工艺，试制出磁芯样品。该磁芯在宽频带范围内保持较高磁导率，为局放和环流检测提供稳定的磁敏基础。

传感器结构上，将局部放电检测单元、接地环流检测磁芯和温度传感单元集成于同一封装体内。局放检测利用磁芯耦合高频放电信号，环流检测通过磁芯感应接地回路电流，温度传感单元则直接采集接触点温度。封装工艺重点解决多单元间的电磁干扰和热耦合问题，响应信号控制技术用于分离和标定各参量输出。

操作流程为：磁芯材料制备与性能测试、传感器结构装配与封装、实验室标定与响应信号验证、样品性能评估。经实验室验证，传感器起始磁导率达1400±20%，饱和磁感应强度不低于340mT，居里温度超过140℃；最低检测灵敏度不低于3pC，电流检测精度不低于2A，温度检测精度不低于2℃，体积相比现行传感器减小30%以上。

创新亮点

• 材料配方创新：通过磁化机制研究确定软磁铁氧体配方体系，磁芯在宽频带下保持高磁导率，起始磁导率达1400±20%。
• 三参量集成：将局部放电、接地环流和温度检测单元集成于同一传感器，减少安装节点，实现同步采集。
• 检测性能提高：局放最低检测灵敏度不低于3pC，电流检测精度不低于2A，温度检测精度不低于2℃，局放灵敏度优于国内外同类产品。
• 体积与成本改进：体积相比现行传感器减小30%以上，售价预计为2500元/个至3000元/个，与国内传统高频局放传感器相当，远低于国外进口产品。
• 封装与信号控制：掌握多参量封装工艺及响应信号控制技术，为自主开发提供支撑，样品已在实验室充分验证。

落地应用效果

该传感器已在实验室环境中得到充分验证，具备进一步产业化的条件。其售价预计为2500元/个至3000元/个，与传统高频局放传感器售价相当，但远低于国外进口产品。由于可同时检测局放、环流和温度三个参量，且局放灵敏度优于国内外同类产品，该传感器能为电力电缆等设备的在线监测提供稳定、可靠且经济的解决方案。

预计产品推出后，将有效降低带电检测误报和漏报率，提升电力电缆等设备的运行监测能力，降低事故发生概率，带来显著的社会和经济效益。对于产业单位而言，转化该成果有望获得可观的经济收益。

产出物：软磁铁氧体磁芯样品、“三合一”传感器样品、材料配方体系及关键制备工艺参数、封装工艺及响应信号控制方法。

适用场景：电力电缆等设备的在线监测与带电检测，尤其适用于对局放、环流和温度需同步关注的运行场景。

常见问题

Q：该传感器能否替代现有分立传感器？

A：该传感器集成了局放、环流和温度检测功能，在实验室验证中性能适应要求，体积和成本更具优势，可作为分立方案的替代选择，具体需结合现场工况评估。

Q：传感器售价与进口产品相比如何？

A：预计售价为2500元/个至3000元/个，与传统高频局放传感器售价相当，但远低于国外进口产品价格。

Q：目前技术成熟度如何？

A：传感器已在实验室环境中得到充分验证，具备进一步产业化的条件，后续需开展现场应用验证和工艺定型。

数据来源：项目验收报告及现场应用统计，单位信息已脱敏处理。

本文由中广研创新整理。