(57)【要約】      （修正有）【課題】導体と試験電極又はプローブとの間にガルバニック接続を必要とすることなく、絶縁導体のＡＣ電圧を測定するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】センササブシステムと、内部接地ガード１３２と、基準遮蔽体１３４と、を含む。コモンモード基準電圧源１３０は、内部接地ガード１３２と基準遮蔽体１３４との間に電気的に結合されて、基準電流を導電センサ１２６に通過させるＡＣ基準電圧を生成する。制御回路は、絶縁導体１２２内のＡＣ基準電圧及びＡＣ電圧によりセンササブシステムを通って流れる電流を示す信号を受信し、受信信号に少なくとも部分的に基づいて、絶縁導体１２２のＡＣ電圧を決定する。センササブシステムは、精度及びダイナミックレンジを向上させながら導体位置を補償するために使用される、少なくとも２つの独立したセンサを含む。【選択図】図２
2020008565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁導体内の交流（ＡＣ）を測定するための装置であって、前記装置が、
ハウジングと、
前記ハウジングに物理的に結合されたセンササブシステムであって、前記センササブシステムが、前記導体にガルバニック接触することなく、前記絶縁導体に近接して選択的に位置決め可能であり、前記センササブシステムが、前記絶縁導体と容量結合し、前記センササブシステムが、第１のセンサ部分と、第１のセンサ部分から独立した第２のセンサ部分と、を備える、センササブシステムと、
前記センササブシステムを少なくとも部分的に取り囲み、前記センササブシステムからガルバニック絶縁される、導電内部接地ガードであって、前記内部接地ガードが、迷走電流から前記センササブシステムを遮蔽するようにサイズ決定及び寸法決定される、導電内部接地ガードと、
前記ハウジングの少なくとも一部分を取り囲み、前記内部接地ガードからガルバニック絶縁される、導電基準遮蔽体であって、前記導電基準遮蔽体が、前記内部接地ガードと外部接地との間の電流を低減させるようにサイズ決定及び寸法決定される、導電基準遮蔽体と、
動作中に、参照周波数を有する交流（ＡＣ）基準電圧を生成する、コモンモード基準電圧源であって、コモンモード基準電圧源が、内部接地ガードと導電基準遮蔽体との間で電気的に結合される、コモンモード基準電圧源と、
前記センササブシステムの前記第１のセンサ部分及び前記第２のセンサ部分に選択的に交互に結合可能な、入力電圧信号調整回路であって、前記入力電圧信号調整回路が、動作中に、試験中の前記絶縁導体の前記入力電圧により前記センササブシステムを通して伝導される電流を示すセンサ電流信号を生成する、入力電圧信号調整回路と、
前記センササブシステムの前記第１のセンサ部分及び前記第２のセンサ部分に選択的に交互に結合可能な、基準信号調整回路であって、前記基準信号調整回路が、動作中に、試験中の前記絶縁導体で検出される前記ＡＣ基準電圧により前記センササブシステムを通して伝導される電流を示すセンサ電流信号を生成する、基準信号調整回路と、
前記入力電圧信号調整回路及び前記基準信号調整回路に通信的に結合された制御回路であって、動作中に、前記制御回路が、
前記入力電圧信号調整回路及び前記基準信号調整回路の各々からセンサ電流信号を受信し、
前記受信したセンサ電流信号、前記ＡＣ基準電圧、及び前記基準周波数に少なくとも部分的に基づいて、前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧を決定する、制御回路と、を備える、装置。
【請求項２】
前記第１のセンサ部分が、共に電気的に結合された第１の複数の離間された導電センサを備え、前記第２のセンサ部分が、共に電気的に結合された第２の複数の離間された導電センサを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のセンサ部分の前記第１の複数の導電センサが、前記第２のセンサ部分の前記第２の複数の導電センサとインターリーブされる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記入力電圧信号調整回路は、第１のスイッチを介して、前記第１のセンサ部分及び前記第２のセンサ部分に選択的に交互に結合可能であり、前記基準信号調整回路は、第２のスイッチを介して、前記第１のセンサ部分及び前記第２のセンサ部分に選択的に交互に結合可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記制御回路が、動作中に、前記第１及び第２のスイッチの状態を同期的に制御して、交互に、
前記第１のセンサ部分を前記基準信号調整回路に電気的に結合し、及び前記第２のセンサ部分を前記入力電圧信号調整回路に電気的に結合し、並びに
前記第２のセンサ部分を前記基準信号調整回路に電気的に結合し、及び前記第１のセンサ部分を前記入力電圧信号調整回路に電気的に結合する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記制御回路が、動作中に、５０パーセントのデューティサイクルで、前記第１及び第２のスイッチの状態を同期的に制御する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記制御回路が、動作中に、
前記第１のセンサ部分及び前記第２のセンサ部分のうちどちらが最大センサ電流信号を生成するかを判定し、
前記第１のセンサ部分及び前記第２のセンサ部分のうちどちらが前記最大センサ電流信号を生成するかの前記判定に少なくとも部分的に基づいて、前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧を決定する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記制御回路が、動作中に、
前記第１のセンサ部分及び前記第２のセンサ部分のうちどちらが最大センサ電流信号を生成するかを判定し、
最小センサ電流信号を生成する前記第１及び第２のセンサ部分のうちの前記一方から得られた前記センサ電流信号を無視し、
前記最大センサ電流信号を生成する前記第１及び第２のセンサ部分のうちの前記一方から得られた前記センサ電流信号に少なくとも部分的に基づいて、前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧を決定する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記制御回路が、動作中に、
前記入力電圧信号調整回路及び前記基準信号調整回路から受信した、前記受信したセンサ電流信号の加重組み合わせを決定し、
前記受信したセンサ電流信号の前記加重組み合わせに少なくとも部分的に基づいて、前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧を決定する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記受信したセンサ電流信号の前記加重組み合わせが、線形加重組み合わせ又は指数加重組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記入力電圧信号調整回路及び前記基準信号調整回路の各々が、増幅器、フィルタ、又はアナログ−デジタル変換器のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記入力電圧信号調整回路が、入力電圧信号を調整又は処理するように最適化され、前記基準信号調整回路が、ＡＣ基準電圧信号を調整又は処理するように最適化される、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記センササブシステム及び前記導電内部接地ガードが、それぞれ、非平面形状である、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記制御回路が、前記コモンモード基準電圧源が無効になったときに第１の測定値を取得し、前記コモンモード基準電圧源が有効になったときに第２の測定値を取得し、前記第１及び第２の測定値、前記ＡＣ基準電圧、並びに前記基準周波数に少なくとも部分的に基づいて、前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧を決定する、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
絶縁導体の交流（ＡＣ）電圧を測定するために装置を動作させる方法であって、前記装置が、ハウジングと、前記ハウジングに物理的に結合されたセンササブシステムであって、前記センササブシステムが、前記導体にガルバニック接触することなく、前記絶縁導体に近接して選択的に位置決め可能であり、前記センササブシステムが、前記絶縁導体と容量結合し、前記センササブシステムが、第１のセンサ部分と、第１のセンサ部分から独立した第２のセンサ部分と、を備える、センササブシステムと、前記センササブシステムを少なくとも部分的に取り囲み、前記センササブシステムからガルバニック絶縁される、導電内部接地ガードであって、前記内部接地ガードが、迷走電流から前記センササブシステムを遮蔽するようにサイズ決定及び寸法決定される、導電内部接地ガードと、前記ハウジングの少なくとも一部分を取り囲み、前記内部接地ガードからガルバニック絶縁される、導電基準遮蔽体であって、前記導電基準遮蔽体が、前記内部接地ガードと外部接地との間の電流を低減させるようにサイズ決定及び寸法決定される、導電基準遮蔽体と、を備え、前記方法が、
コモンモード基準電圧源に、基準周波数を有する交流（ＡＣ）基準電圧を生成させることであって、前記コモンモード基準電圧源が、前記内部接地ガードと前記導電基準遮蔽体との間に電気的に結合される、生成させることと、
前記センササブシステムの前記第１のセンサ部分及び前記第２のセンサ部分に交互に電気的に結合可能な入力電圧信号調整回路を介して、試験中の前記絶縁導体で検出される前記入力電圧により前記センササブシステムを通して伝導される電流を示すセンサ電流信号を生成することと、
前記センササブシステムの前記第１のセンサ部分及び前記第２のセンサ部分に交互に電気的に結合可能な基準電流信号調整回路を介して、試験中の前記絶縁導体で検出される前記ＡＣ基準電圧により前記センササブシステムを通して伝導される電流を示すセンサ電流信号を生成することと、
前記制御回路によって、前記入力電圧信号調整回路及び前記基準信号調整回路の各々から前記センサ電流信号を受信することと、
前記制御回路によって、前記受信したセンサ電流信号、前記ＡＣ基準電圧、及び前記基準周波数に少なくとも部分的に基づいて、前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧を決定することと、を含む、方法。
【請求項１６】
絶縁導体内の交流（ＡＣ）を測定するための装置であって、前記装置が、
第１の複数の導電センサを備える第１のセンサ部分と、
前記第１のセンサ部分から独立した第２のセンサ部分であって、前記第２のセンサ部分が、第２の複数の導電センサを含む、第２のセンサ部分と、
動作中に、試験中の前記絶縁導体の前記入力電圧により前記第１のセンサ部分及び前記第２のセンサ部分のうちの少なくとも１つを通して伝導される電流を示すセンサ電流信号を生成する、入力電圧信号調整回路と、
動作中に、前記装置によって生成され、試験中の前記絶縁導体で検出されるＡＣ基準電圧により前記センササブシステムを通して伝導される電流を示すセンサ電流信号を生成する、基準信号調整回路と、
前記第１のセンサ部分及び前記第２のセンサ部分の各々を前記入力電圧信号調整回路に代替的に結合するように動作する、第１の制御可能なスイッチと、
前記第１のセンサ部分及び前記第２のセンサ部分の各々を前記基準信号調整回路に代替的に結合するように動作する、第２の制御可能なスイッチと、を備える、装置。
【請求項１７】
前記入力電圧信号調整回路と、前記基準信号調整回路と、前記第１の制御可能なスイッチと、前記第２の制御可能なスイッチに通信的に結合された制御回路と、を更に備え、動作中に、前記制御回路が、
前記第１の制御可能なスイッチを制御して、交互に、前記第１のセンサ部分を前記入力電圧信号調整回路に結合し、及び前記第２のセンサ部分を前記入力電圧信号調整回路に結合し、
前記第２の制御可能なスイッチを制御して、交互に、前記第１のセンサ部分を前記基準信号調整回路に結合し、及び前記第２のセンサ部分を前記基準信号調整回路に結合し、
前記入力電圧信号調整回路及び前記基準信号調整回路の各々からセンサ電流信号を受信し、
前記受信したセンサ電流信号に少なくとも部分的に基づいて、前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧を決定する、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記制御回路が、動作中に、５０パーセントのデューティサイクルで、前記第１及び第２の制御可能なスイッチの状態を同期的に制御する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１のセンサ部分が、共に電気的に結合された第１の複数の離間された導電センサを備え、前記第２のセンサ部分が、共に電気的に結合された第２の複数の離間された導電センサを備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１のセンサ部分の前記第１の複数の導電センサが、前記第２のセンサ部分の前記第２の複数の導電センサとインターリーブされる、請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、電圧測定装置に関し、より具体的には、電圧測定装置のためのセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧計は、電気回路内の電圧を測定するのに使用される器具である。１つを超える電気的特性を測定する器具は、マルチメータ又はデジタルマルチメータ（ＤＭＭ）と呼ばれ、サービス用途、トラブルシューティング用途、及びメンテナンス用途に一般に必要とされるいくつかのパラメータを測定するように動作する。そのようなパラメータとしては、典型的には交流（ＡＣ）電圧及び電流、直流（ＤＣ）電圧及び電流、並びに抵抗又は継続性が挙げられる。電力特性、周波数、容量、及び温度など、他のパラメータも特定の用途の要件を満たすために測定することができる。
【０００３】
ＡＣ電圧を測定する従来の電圧計又はマルチメータを使用するときは、少なくとも２つの測定電極又はプローブを導体とガルバニック接触させることが必要であり、多くの場合、絶縁電線の絶縁部分を切り離すこと、又はあらかじめ測定用端子を提供することが必要である。ガルバニック接触のために露出させた電線又は端子を必要とする他に、剥離した電線又は端子に電圧計プローブを当てる工程は、ショック又は感電死のリスクにより比較的危険である場合がある。「非接触」電圧測定装置は、回路とのガルバニック接触を必要とすることなく、交流（ＡＣ）電圧の存在を検出するために使用されることがある。電圧が検出されると、ユーザは、光、ブザー、又は振動モータなどの提示によって警告される。しかしながら、そのような非接触電圧検出器は、ＡＣ電圧の有無だけを提示し、ＡＣ電圧の実際の大きさ（例えば、ＲＭＳ値）を提示しない。
[発明が解決しようとする課題]
【０００４】
したがって、試験されている回路とガルバニック接触する必要なしに便利かつ正確な電圧測定を提供するＡＣ電圧測定システムの必要が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許８３３０４４９号
【特許文献２】米国特許５４７３２４４号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
絶縁導体内の交流（ＡＣ）を測定するための装置は、以下のように要約することができ、装置は、ハウジングと、ハウジングに物理的に結合されたセンササブシステムであって、センササブシステムが、導体にガルバニック接触することなく、絶縁導体に近接して選択的に位置決め可能であり、センササブシステムが、絶縁導体と容量結合し、センササブシステムが、第１のセンサ部分と、第１のセンサ部分から独立した第２のセンサ部分と、を含む、センササブシステムと、センササブシステムを少なくとも部分的に取り囲み、センササブシステムからガルバニック絶縁される、導電内部接地ガードであって、内部接地ガードが、迷走電流からセンササブシステムを遮蔽するようにサイズ決定及び寸法決定される、導電内部接地ガードと、ハウジングの少なくとも一部分を取り囲み、内部接地ガードからガルバニック絶縁される、導電基準遮蔽体であって、導電基準遮蔽体が、内部接地ガードと外部接地との間の電流を低減させるようにサイズ決定及び寸法決定される、導電基準遮蔽体と、動作中に、参照周波数を有する交流（ＡＣ）基準電圧を生成する、コモンモード基準電圧源であって、コモンモード基準電圧源が、内部接地ガードと導電基準遮蔽体との間で電気的に結合される、コモンモード基準電圧源と、センササブシステムの第１のセンサ部分及び第２のセンサ部分に選択的に交互に結合可能な、入力電圧信号調整回路であって、入力電圧信号調整回路が、動作中に、試験中の絶縁導体の入力電圧によりセンササブシステムを通して伝導される電流を示すセンサ電流信号を生成する、入力電圧信号調整回路と、センササブシステムの第１のセンサ部分及び第２のセンサ部分に選択的に交互に結合可能な、基準信号調整回路であって、基準信号調整回路が、動作中に、試験中の絶縁導体で検出されるＡＣ基準電圧によりセンササブシステムを通して伝導される電流を示すセンサ電流信号を生成する、基準信号調整回路と、入力電圧信号調整回路及び基準信号調整回路に通信的に結合された制御回路であって、動作中に、制御回路が、入力電圧信号調整回路及び基準信号調整回路の各々からセンサ電流信号を受信し、受信したセンサ電流信号、ＡＣ基準電圧、及び基準周波数に少なくとも部分的に基づいて、絶縁導体内のＡＣ電圧を決定する、制御回路と、を含む。
【０００７】
第１のセンサ部分は、共に電気的に結合された第１の複数の離間された導電センサを含むことができ、第２のセンサ部分は、共に電気的に結合された第２の複数の離間された導電センサを含むことができる。第１のセンサ部分の第１の複数の導電センサは、第２のセンサ部分の第２の複数の導電センサとインターリーブすることができる。入力電圧信号調整回路は、第１のスイッチを介して、第１のセンサ部分及び第２のセンサ部分に選択的に交互に結合可能とすることができ、基準信号調整回路は、第２のスイッチを介して、第１のセンサ部分及び第２のセンサ部分に選択的に交互に結合可能とすることができる。制御回路は、動作中に、第１及び第２のスイッチの状態を同期的に制御して、交互に、第１のセンサ部分を基準信号調整回路に電気的に結合し、及び第２のセンサ部分を入力電圧信号調整回路に電気的に結合し、並びに第２のセンサ部分を基準信号調整回路に電気的に結合し、及び第１のセンサ部分を入力電圧信号調整回路に電気的に結合することができる。制御回路は、動作中に、５０パーセントのデューティサイクルで、第１及び第２のスイッチの状態を同期的に制御することができる。制御回路は、動作中に、第１のセンサ部分及び第２のセンサ部分のうちどちらが最大センサ電流信号を生成するかを判定することができ、また、第１のセンサ部分及び第２のセンサ部分のうちどちらが最大センサ電流信号を生成するかの判定に少なくとも部分的に基づいて、絶縁導体内のＡＣ電圧を決定することができる。制御回路は、動作中に、第１のセンサ部分及び第２のセンサ部分のうちどちらが最大センサ電流信号を生成するのかを決定することができ、最小センサ電流信号を生成する第１及び第２のセンサ部分のうちの一方から得られたセンサ電流信号を無視することができ、また、最大センサ電流信号を生成する第１及び第２のセンサ部分のうちの一方から得られたセンサ電流信号に少なくとも部分的に基づいて、絶縁導体内のＡＣ電圧を決定することができる。制御回路は、動作中に、入力電圧信号調整回路及び基準信号調整回路から受信した、受信したセンサ電流信号の加重組み合わせを決定することができ、また、受信したセンサ電流信号の加重組み合わせに少なくとも部分的に基づいて、絶縁導体内のＡＣ電圧を決定することができる。受信したセンサ電流信号の加重組み合わせは、線形加重組み合わせ又は指数加重組み合わせのうちの少なくとも１つを含むことができる。入力電圧信号調整回路及び基準信号調整回路の各々は、増幅器、フィルタ、又はアナログ−デジタル変換器のうちの少なくとも１つを含むことができる。入力電圧信号調整回路は、入力電圧信号を調整又は処理するように最適化することができ、基準信号調整回路は、ＡＣ基準電圧信号を調整又は処理するように最適化することができる。センササブシステム及び導電内部接地ガードは、それぞれ、非平面形状とすることができる。制御回路は、コモンモード基準電圧源が無効になったときに第１の測定値を取得することができ、コモンモード基準電圧源が有効になったときに第２の測定値を取得することができ、また、第１及び第２の測定値、ＡＣ基準電圧、並びに基準周波数に少なくとも部分的に基づいて、絶縁導体内のＡＣ電圧を決定することができる。
【０００８】
絶縁導体内の交流（ＡＣ）電圧を測定するために装置を動作させる方法は、以下のように要約することができ、装置は、ハウジングと、ハウジングに物理的に結合されたセンササブシステムであって、センササブシステムが、導体にガルバニック接触することなく、絶縁導体に近接して選択的に位置決め可能であり、センササブシステムが、絶縁導体と容量結合し、センササブシステムが、第１のセンサ部分と、第１のセンサ部分から独立した第２のセンサ部分と、を含む、センササブシステムと、センササブシステムを少なくとも部分的に取り囲み、センササブシステムからガルバニック絶縁される、導電内部接地ガードであって、内部接地ガードが、迷走電流からセンササブシステムを遮蔽するようにサイズ決定及び寸法決定される、導電内部接地ガードと、ハウジングの少なくとも一部分を取り囲み、内部接地ガードからガルバニック絶縁される、導電基準遮蔽体であって、導電基準遮蔽体が、内部接地ガードと外部接地との間の電流を低減させるようにサイズ決定及び寸法決定される、導電基準遮蔽体と、を含み、方法は、コモンモード基準電圧源に、基準周波数を有する交流（ＡＣ）基準電圧を生成させることであって、コモンモード基準電圧源が、内部接地ガードと導電基準遮蔽体との間に電気的に結合される、生成させることと、センササブシステムの第１のセンサ部分及び第２のセンサ部分に交互に電気的に結合可能な入力電圧信号調整回路を介して、試験中の絶縁導体で検出される入力電圧によりセンササブシステムを通して伝導される電流を示すセンサ電流信号を生成することと、センササブシステムの第１のセンサ部分及び第２のセンサ部分に交互に電気的に結合可能な基準電流信号調整回路を介して、試験中の絶縁導体で検出されるＡＣ基準電圧によりセンササブシステムを通して伝導される電流を示すセンサ電流信号を生成することと、制御回路によって、入力電圧信号調整回路及び基準信号調整回路の各々からセンサ電流信号を受信することと、制御回路によって、受信したセンサ電流信号、ＡＣ基準電圧、及び基準周波数に少なくとも部分的に基づいて、絶縁導体内のＡＣ電圧を決定することと、を更に含む。
【０００９】
絶縁導体内の交流（ＡＣ）を測定するための装置は、以下のように要約することができ、装置は、第１の複数の導電センサを含む第１のセンサ部分と、第１のセンサ部分から独立した第２のセンサ部分であって、第２のセンサ部分が、第２の複数の導電センサを含む、第２のセンサ部分と、動作中に、試験中の絶縁導体の入力電圧により第１のセンサ部分及び第２のセンサ部分のうちの少なくとも１つを通して伝導される電流を示すセンサ電流信号を生成する、入力電圧信号調整回路と、動作中に、装置によって生成され、試験中の絶縁導体で検出されるＡＣ基準電圧によりセンササブシステムを通して伝導される電流を示すセンサ電流信号を生成する、基準信号調整回路と、第１のセンサ部分及び第２のセンサ部分の各々を入力電圧信号調整回路に代替的に結合するように動作する、第１の制御可能なスイッチと、第１のセンサ部分及び第２のセンサ部分の各々を基準信号調整回路に代替的に結合するように動作する、第２の制御可能なスイッチと、を含む。
【００１０】
本装置は、入力電圧信号調整回路と、基準信号調整回路と、第１の制御可能なスイッチと、第２の制御可能なスイッチに通信的に結合された制御回路と、を更に含むことができ、動作中に、制御回路は、第１の制御可能なスイッチを制御して、交互に、第１のセンサ部分を入力電圧信号調整回路に結合し、第２のセンサ部分を入力電圧信号調整回路に結合し、第２の制御可能なスイッチを制御して、交互に、第１のセンサ部分を基準信号調整回路に結合し、第２のセンサ部分を基準信号調整回路に結合し、入力電圧信号調整回路及び基準信号調整回路の各々からセンサ電流信号を受信し、受信したセンサ電流信号に少なくとも部分的に基づいて、絶縁導体内のＡＣ電圧を決定する。制御回路は、動作中に、５０パーセントのデューティサイクルで、第１及び第２の制御可能なスイッチの状態を同期的に制御することができる。第１のセンサ部分は、共に電気的に結合された第１の複数の離間された導電センサを含むことができ、第２のセンサ部分は、共に電気的に結合された第２の複数の離間された導電センサを含むことができる。第１のセンサ部分の第１の複数の導電センサは、第２のセンサ部分の第２の複数の導電センサとインターリーブすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
図面では、同一の参照番号により類似の要素又は作用が識別される。図面における要素の寸法及び相対位置は、必ずしも縮尺どおりに描かれていない。例えば、種々の要素及び角度の形状は必ずしも縮尺どおりに描かれているわけではなく、これらの要素の一部は、図面の明瞭性を向上させるために任意に拡大されかつ位置付けられていてもよい。なお、図示されるような要素の特定の形状は、必ずしも特定の要素の実際の形状に関する任意の情報を伝えることが意図されているわけではなく、単に図面において認識しやすいように選択されていてもよい。
【００１２】
【図１Ａ】図１Ａは、１つの図示した実施形態による、基準信号型電圧センサを含む非接触電圧測定装置をオペレータが使用して、絶縁電線内に存在するＡＣ電圧を、電線とのガルバニック接触を必要とすることなく測定することができる環境の絵図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、１つの図示した実施形態による、絶縁電線と非接触電圧測定装置の導電センサとの間に形成された結合容量、絶縁導体流成分、及び、非接触電圧測定装置とオペレータとの間の人体容量を示す、図１Ａの非接触電圧測定装置の上面図である。
【図２】図２は、１つの図示した実施形態による、非接触電圧測定装置の様々な内部構成要素の概略図である。
【図３】図３は、１つの図示した実施形態による、非接触電圧測定装置の様々な信号処理構成要素を示すブロック図である。
【図４】図４は、１つの図示した実施形態による、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実装する非接触電圧測定装置の概略図である。
【図５】図５は、１つの図示した実施形態による、第１の複数のセンサ素子を有する第１のセンサアレイ部分と、第２の複数のセンサ素子を有する第２のセンサアレイ部分と、を含む、センササブシステムの概略図であり、第１の複数のセンサ素子が、第２の複数のセンサ素子とインターリーブされる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示の１つ以上の実施形態は、導体と試験電極又はプローブとの間でガルバニック接続する必要なしに、絶縁又はブランク非絶縁導体（例えば、絶縁電線）の交流（ＡＣ）電圧を測定するためのシステム及び方法を目的としている。一般に、非ガルバニック接触（又は「非接触」）電圧測定システムが提供され、システムは、接地に対する絶縁導体内のＡＣ電圧信号を、容量センサを使用して測定する。ガルバニック接続を必要としないそのようなシステムを本明細書では「非接触」という。本明細書で使用するとき、「電気的に結合された」は、特記のない限り、直接及び間接の両方の電気的結合を含む。図５を参照して下で更に論じられるように、少なくともいくつかの実施形態では、２つの独立したセンサを使用して、試験中の導体の位置の補償を伴う、改善された測定を提供し、信号経路は、フィルタ、同期整流、又は他の変調方法などの信号分離方法を使用することによって、センサ入力において基準信号及び入力信号に直接分割される。下で更に論じられるように、この分割は、例えば基準及び入力信号の感度／範囲を独立して最適化して、性能／制度を向上させ、かつノイズを低減させるために使用することができる。
【００１４】
以下の説明では、種々の開示の実施形態の完全な理解が得られるように、特定の具体的な詳細について記載する。しかしながら、当業者は、これらの具体的な詳細のうちの１つ以上を伴わずに、又は他の方法、構成要素、材料などを伴って実施形態を実践することができることを理解するであろう。その他の場合では、コンピュータシステム、サーバコンピュータ、及び／又は通信ネットワークに関係する周知の構造は、実施形態の説明を必要以上に不明瞭にすることを避けるためにも、詳細には示されていないか又は記載されていない。
【００１５】
文脈上その他の意味に解すべき場合を除き、以下の明細書及び特許請求の範囲を通して、用語「備える（comprising）」とは用語「含む（including）」と同義であり、包括的であり、つまり限定的ではない（即ち、更なる記載されていない要素又は方法の行為を除外しない）。
【００１６】
本明細書の全体を通して「１つの実施形態（one implementation）」又は「一実施形態（an implementation）」を参照することは、実施形態に関して記述された特定の特徴、構造、又は特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体を通して種々の場所における「１つの実施形態において（in one implementation）」又は「一実施形態において（in an implementation）」という句の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態に言及するものではない。なお、特定の特徴、構造、又は特性は、１つ以上の実施形態では任意の好適な方法で組み合わせられてもよい。
【００１７】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用する際に、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、その内容について別段の明確な指示がない限り、複数の指示対象を含む。用語「又は」は、文脈上、別段の明確な指示がない限り、その意味において「及び／又は」を含んで一般的に用いられる、という点にも留意すべきである。
【００１８】
本明細書で提供される見出し及び要約書は、便宜のためだけであり、実施形態の範囲又は意味を説明するものではない。
【００１９】
以下で論じる内容では、絶縁（例えば、絶縁電線）又はブランク非絶縁導体（例えば、バスバー）の交流（ＡＣ）電圧を、導体と試験電極又はプローブとのガルバニック接続を必要とすることなく測定するためのシステム及び方法の例を提供する。本セクションで開示される実施形態は、本明細書では「基準信号型電圧センサ」又はシステムという場合がある。一般に、非ガルバニック接触（又は「非接触」）電圧測定装置が提供され、システムは、接地に対する絶縁導体内のＡＣ電圧信号を、容量センサを使用して測定する。ガルバニック接続を必要としないそのようなシステムを本明細書では「非接触」という。本明細書で使用するとき、「電気的に結合された」は、特記のない限り、直接及び間接の両方の電気的結合を含む。
【００２０】
図１Ａは、基準信号型電圧センサ又はシステムを含む非接触電圧測定装置１０２を、オペレータ１０４が使用して、絶縁電線１０６内に存在するＡＣ電圧を、非接触電圧測定装置と電線１０６とのガルバニック接触を必要とすることなく測定することができる、環境１００の絵図である。図１Ｂは、動作中の非接触電圧測定装置の種々の電気的特性を示す、図１Ａの非接触電圧測定装置１０２の平面図である。非接触電圧測定装置１０２は、握持部分又は端部１１０と、握持部分の反対側の、本明細書では前端部とも称されるプローブ部分又は端部１１２と、を含む、ハウジング又は本体１０８を含む。ハウジング１０８はまた、非接触電圧測定装置１０２とのユーザインタラクションを容易にするユーザインターフェース１１４を含むこともできる。ユーザインターフェース１１４は、任意の数の入力部（例えば、ボタン、ダイヤル、スイッチ、タッチセンサ）、及び任意の数の出力部（例えば、ディスプレイ、ＬＥＤ、スピーカ、ブザー）を含むことができる。非接触電圧測定装置１０２はまた、１つ以上の有線及び／又は無線通信インターフェース（例えば、ＵＳＢ、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））を含むこともできる。
【００２１】
少なくともいくつかの実施形態では、図１Ｂに最良に示されるように、プローブ部分１１２は、第１の拡張部分１１８及び第２の拡張部分１２０によって画定された凹部分１１６を含むことができる。凹部分１１６は、絶縁電線１０６（図１Ａを参照）を受容する。絶縁電線１０６は、導体１２２と、導体１２２を取り囲む絶縁体１２４と、を含む。凹部分１１６は、センサ又は電極１２６を含むことができ、センサ又は電極は、絶縁電線が非接触電圧測定装置１０２の凹部分１１６内に位置付けられたときに、絶縁電線１０６の絶縁体１２４に近接して載置される。明瞭性のために図示されていないが、センサ１２６は、センサと他の物体との物理的及び電気的接触を防止するために、ハウジング１０８内部に配置することができる。
【００２２】
図１Ａに示されるように、使用中に、オペレータ１０４は、ハウジング１０８の握持部分１１０を把持し、プローブ部分１１２を絶縁電線１０６に近接して配置することができ、非接触電圧測定装置１０２は、電線内に存在するＡＣ電圧をアース接地（又は別の基準ノード）に対して正確に測定することができるようになっている。プローブ端部１１２は、凹部分１１６を有するように示されるが、その他の実施形態では、プローブ部分１１２を異なる方法で構成することができる。例えば、少なくともいくつかの実施形態において、プローブ部分１１２は、移動可能なクランプ、フック、センサを含む選択的に平坦な若しくは円弧の面、又は非接触電圧測定装置１０２のセンサを絶縁電線１０６に近接して位置付けることを可能にする他の型のインターフェースを含むことができる。種々のプローブ部分及びセンサの例は、図５を参照して下で論じられる。
【００２３】
オペレータの身体がアース／接地の基準として作用するのは、一部の実施形態においてだけであり得る。代替的に、試験リード線１３９を介したアース１２８に対する直接接続を使用することができる。本明細書で論じられる非接触測定値の機能は、アースに対して測定する用途だけに限定されない。外部基準は、任意の他の電位に容量結合又は直接結合することができる。例えば、外部基準が三相システムの別の位相に容量結合された場合、相間電圧が測定される。一般に、本明細書で論じられる概念は、基準電圧及び任意の他の基準電位に容量結合接続された身体を使用するアースに対する基準だけに限定されない。
【００２４】
下で更に論じられるように、少なくともいくつかの実施形態では、非接触電圧測定装置１０２は、ＡＣ電圧測定中に、オペレータ１０４と接地１２８との間の人体容量（Ｂ）を利用することができる。接地という用語がノード１２８に使用されているが、ノードは、必ずしもアース／接地であるというわけではなく、容量結合させることによって任意の他の基準電位にガルバニック絶縁された様態で接続することができる。
【００２５】
ＡＣ電圧を測定するために非接触電圧測定装置１０２によって使用される特定のシステム及び方法は、図２〜図４を参照して下で論じられる。
【００２６】
図２は、図１Ａ及び図１Ｂにも示される非接触電圧測定装置１０２の種々の内部構成要素の概略図を示す。この実施例では、非接触電圧測定装置１０２の導電センサ１２６は、実質的に「Ｖ字形」であり、試験中の絶縁電線１０６に近接して位置付けられ、絶縁電線１０６の導体１２２と容量結合して、センサ結合コンデンサ（ＣＯ）を形成する。非接触電圧測定装置１０２を取り扱うオペレータ１０４は、人体容量（ＣＢ）を接地に対して有する。また、電線（例えば、試験リード線１３９）による直接導電接地結合を、図１Ａ及び図１Ｂに示されるように使用することができる。したがって、図１Ｂ及び図２に示すように、電線１２２内のＡＣ電圧信号（ＶＯ）は、絶縁導体電流成分又は「信号電流」（ＩＯ）を、直列に接続されている結合コンデンサ（ＣＯ）及び人体容量（ＣＢ）にわたって生成する。いくつかの実施形態では、人体容量（ＣＢ）はまた、容量を接地又は任意の他の基準電位に生成する、ガルバニック絶縁された試験リード線を含むこともできる。
【００２７】
測定される電線１２２内のＡＣ電圧（ＶＯ）は、外部接地１２８（例えば、中性点）への接続を有する。非接触電圧測定装置１０２自体もまた、接地１２８に対する容量を有し、この容量は、主として、オペレータ１０４（図１）が非接触電圧測定装置を自分の手で保持したときの人体容量（Ｂ）からなる。容量ＣＯ及びＣＢの両方により導電ループが作成され、ループ内側の電圧が信号電流（ＩＯ）を生成する。信号電流（ＩＯ）は、導電センサ１２６に容量結合されたＡＣ電圧信号（ＶＯ）によって生成され、非接触電圧測定装置のハウジング１０８及び接地１２８に対する人体コンデンサ（ＣＢ）を介して外部接地１２８に戻る。電流信号（ＩＯ）は、非接触電圧測定装置１０２の導電センサ１２６と試験中の絶縁電線１０６との間の距離、導電センサ１２６の特定の形状、及び導体１２２内のサイズ及び電圧レベル（ＶＯ）に左右される。
【００２８】
信号電流（ＩＯ）に直接影響を及ぼす距離の変動及びそれに伴う結合コンデンサ（ＣＯ）の変動を補償するために、非接触電圧測定装置１０２は、コモンモード基準電圧源１３０を含み、コモンモード基準電圧源１３０は、信号電圧周波数（ｆＯ）と異なる基準周波数（ｆＲ）を有するＡＣ基準電圧（ＶＲ）を生成する。
【００２９】
迷走電流を低減させる、又は避けるために、非接触電圧測定装置１０２の少なくとも一部分は、導電内部接地ガード又はスクリーン１３２によって取り囲むことができ、スクリーンは、電流の大部分に導電センサ１２６を通させ、導電センサは、結合コンデンサ（ＣＯ）を絶縁電線１０６の導体１２２で形成する。内部接地ガード１３２は、任意の適切な導電材料（例えば、銅）から形成することができて、また、固体（例えば、箔）とすること、又は１つ以上の開口部（例えば、メッシュ）を有することができる。
【００３０】
更に、内部接地ガード１３２と外部接地１２８との間の電流を避けるために、非接触電圧測定装置１０２は、導電基準遮蔽体１３４を含む。基準遮蔽体１３４は、任意の適切な導電材料（例えば、銅製）から形成することができ、固体（例えば、板金）、プラスチック筐体内側のスパッタリングされた金属、可撓性（例えば、箔）とすること、又は１つ以上の開口部（例えば、メッシュ）を有することができる。コモンモード基準電圧源１３０は、基準遮蔽体１３４と内部接地ガード１３２との間に電気的に結合され、これによって、非接触電圧測定装置１０２の基準電圧（ＶＲ）と、基準周波数（ｆＲ）と、を有するコモンモード電圧又は基準信号が作成される。このようなＡＣ基準電圧（ＶＲ）により、付加基準電流（ＩＲ）が、結合コンデンサ（ＣＯ）及び人体コンデンサ（ＣＢ）を介して駆動される。
【００３１】
導電センサ１２６の少なくとも一部分を取り囲む内部接地ガード１３２は、導電センサ１２６と基準遮蔽体１３４との間に基準電流（ＩＲ）の望ましくないオフセットを引き起こすＡＣ基準電圧（ＶＲ）の直接的な影響から導電センサを保護する。上述したように、内部接地ガード１３２は、非接触電圧測定装置１０２の内部電子接地１３８である。少なくともいくつかの実施形態では、内部接地ガード１３２はまた、電子品に結合するＡＣ基準電圧（ＶＲ）を避けるために非接触電圧測定装置１０２の電子品のうちの一部又は全部を取り囲む。
【００３２】
上述したように、基準遮蔽体１３４は、基準信号を入力ＡＣ電圧信号（ＶＯ）に注入するために利用され、また、第２の機能として、アース接地１２８容量に対するガード１３２を最小にする。少なくともいくつかの実施形態では、基準遮蔽体１３４は、非接触電圧測定装置１０２のハウジング１０８のうちの一部又は全部を取り囲む。このような実施形態では、電子品のうちの一部又は全部は、基準コモンモード信号を参照し、基準コモンモード信号は、導電センサ１２６と絶縁電線１０６内の導体１２２との間に基準電流（ＩＲ）を生成する。少なくともいくつかの実施形態では、基準遮蔽体１３４の唯一の間隙は、導電センサ１２６のための開口部とすることができ、この開口部は、非接触電圧測定装置１０２の動作中に、導電センサを絶縁電線１０６に近接して位置付けることを可能にする。
【００３３】
内部接地ガード１３２及び基準遮蔽体１３４は、二重層スクリーンを非接触電圧測定装置１０２のハウジング１０８（図１Ａ及び図１Ｂを参照）の周囲に提供することができる。基準遮蔽体１３４は、ハウジングの外面１０８に配置することができ、内部接地ガード１３２は、内部遮蔽体又はガードとして機能することができる。導電センサ１２６は、ガード１３２によって、基準遮蔽体１３４に対して遮蔽され、よって、任意の基準電流が、結合コンデンサ（ＣＯ）によって、試験中の導電センサ１２６と導体１２２との間に生成される。センサ１２６の周囲のガード１３２はまた、センサの近くに隣接する電線の迷走の影響を低減させる。
【００３４】
図２に示されるように、非接触電圧測定装置１０２は、反転電流−電圧変換器として動作する入力増幅器１３６を含むことができる。入力増幅器１３６は、非接触電圧測定装置１０２の内部接地１３８として機能する内部接地ガード１３２に電気的に結合された非反転端子を有する。入力増幅器１３６の反転端子は、導電センサ１２６に電気的に結合することができる。フィードバック回路１３７（例えば、フィードバック抵抗）もまた、入力信号を調整するためのフィードバック及び適切なゲインを提供するために、反転端子と入力増幅器１３６の出力端子との間に結合することができる。
【００３５】
入力増幅器１３６は、信号電流（ＩＯ）及び基準電流（ＩＲ）を導電センサ１２６から受信し、受信した電流を、入力増幅器の出力端子において導電センサ電流を示すセンサ電流電圧信号に変換する。例えば、センサ電流電圧信号は、アナログ電圧であってもよい。アナログ電圧は、信号処理モジュール１４０に送給することができ、信号処理モジュールは、下で更に論じられるように、センサ電流電圧信号を処理して、絶縁電線１０６の導体１２２内のＡＣ電圧（ＶＯ）を決定する。信号処理モジュール１４０は、デジタル及び／又はアナログ回路の任意の組み合わせを含むことができる。
【００３６】
非接触電圧測定装置１０２はまた、決定されたＡＣ電圧（ＶＯ）を示すために、又はインターフェースによって非接触電圧測定装置のオペレータ１０４に通信するために信号処理モジュール１４０に通信可能に結合された、ユーザインターフェース１４２（例えば、ディスプレイ）も含むことができる。
【００３７】
図３は、非接触電圧測定装置の種々の信号処理構成要素を示す、非接触電圧測定装置３００のブロック図である。図４は、図３の非接触電圧測定装置３００のより詳細な図である。
【００３８】
非接触電圧測定装置３００は、先に論じた非接触電圧測定装置１０２と類似するか又は全く同じであってもよい。故に、類似するか又は同一である構成要素には、同じ参照番号が標識付けされる。示されるように、入力増幅器１３６は、導電センサ１２６からの入力電流（ＩＯ＋ＩＲ）を、入力電流を示すセンサ電流電圧信号に変換する。センサ電流電圧信号は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）３０２を使用して、デジタル形式に変換される。
【００３９】
電線１２２のＡＣ電圧（ＶＯ）は、式（１）によってＡＣ基準電圧（ＶＲ）に関連付けられる。
【数１】
2020008565.tif 000003
式中、（ＩＯ）は、導体１２２内のＡＣ電圧（ＶＯ）により導電センサ１２６を通る信号電流であり、（ＩＲ）は、ＡＣ基準電圧（ＶＲ）により導電センサ１２６を通る基準電流であり、（ｆＯ）は、測定されているＡＣ電圧（ＶＯ）の周波数であり、（ｆＲ）は、基準ＡＣ電圧（ＶＲ）の周波数である。
【００４０】
ＡＣ電圧（ＶＯ）に関連付けられる指数「Ｏ」を有する信号は、コモンモード基準電圧源１３０に関連付けられる指数「Ｒ」を有する信号とは異なる、周波数のような特性を有する。図４の実施形態では、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズム３０６を実装する回路などのデジタル処理を使用して、異なる周波数で信号の大きさを分離することができる。他の実施形態では、アナログ電子フィルタを使用して、「Ｏ」信号特性（例えば、大きさ、周波数）を「Ｒ」信号特性から分離することもできる。
【００４１】
電流（ＩＯ）及び（ＩＲ）は、結合コンデンサ（ＣＯ）のために、それぞれ、周波数（ｆＯ）及び（ｆＲ）に依存する。結合コンデンサ（ＣＯ）を通って流れる電流及び人体容量（ＣＢ）は、周波数と比例し、したがって、試験中の導体１２２内のＡＣ電圧（ＶＯ）の周波数（ｆＯ）は、上記の式（１）で利用される基準周波数（ｆＲ）と信号周波数（ｆＯ）との比率を決定するために測定すること、又は基準周波数がシステムによって生成されるので基準周波数が既知であること、のいずれかが必要とされる。
【００４２】
入力電流（ＩＯ＋ＩＲ）が入力増幅器１３６によって調整され、ＡＤＣ３０２によってデジタル化された後に、ＦＦＴ３０６を使用して周波数領域内の信号を表すことによって、デジタルセンサの電流電圧信号の周波数成分を決定することができる。周波数（ｆＯ）及び（ｆＲ）の両方が測定されたときに、電流（ＩＯ）及び（ＩＲ）の基本的な大きさをＦＦＴ３０６から計算するために、周波数ビンを決定することができる。
【００４３】
電流（ＩＲ）及び／又は電流（ＩＯ）の大きさは、絶縁電線１０６の基準信号センサ又は電極（例えば、電極１２６）と導体１２２との間の距離の関数として変動し得る。したがって、システムは、測定された電流（ＩＲ）及び／又は電流（ＩＯ）を予想されるそれぞれの電流と比較して、基準信号センサ又は電極と導体１２２との間の距離を判定することができる。
【００４４】
次に、図３のブロック３０８によって示されるように、ＩＲ，１及びＩＯ，１と指定された電流（ＩＲ）及び（ＩＯ）の基本高調波の比率を、決定された周波数（ｆＯ）及び（ｆＲ）によってそれぞれ補正することができ、この因子を使用して、高調波（ＶＯ）を電線１２２内に加えることによって、測定された元の基本電圧又はＲＭＳ電圧を計算することができ、これは、二乗高調波合計の平方根を計算することによって行われ、ディスプレイ３１２上でユーザに示すことができる。
【００４５】
結合コンデンサ（ＣＯ）は、一般に、絶縁導体１０６と導電センサ１２６との間の距離、並びにセンサ１２６の特定の形状及び寸法に応じて、例えば、約０．０２ｐＦ〜１ｐＦの範囲の容量値を有することができる。人体容量（ＣＢ）は、例えば、約２０ｐＦ〜２００ｐＦの容量値を有することができる。
【００４６】
上記の式（１）から、コモンモード基準電圧源１３０によって生成されたＡＣ基準電圧（ＶＲ）は、信号電流（ＩＯ）及び基準電流（ＩＲ）に関して類似する電流の大きさを達成するために、導体１２２内のＡＣ電圧（ＶＯ）と同じ範囲内である必要がないことが分かる。相対的に高くなるように基準周波数（ｆＲ）を選択することによって、ＡＣ基準電圧（ＶＲ）を相対的に低く（例えば、５Ｖ未満に）することができる。一例として、基準周波数（ｆＲ）は、３ｋＨｚになるように選択することができ、これは、６０Ｈｚの信号周波数（ｆＯ）を有する典型的な１２０ＶＲＭＳ  ＡＣ電圧（ＶＯ）の５０倍の高さである。このような場合、ＡＣ基準電圧（ＶＲ）は、信号電流（ＩＯ）と同じ基準電流（ＩＲ）を生成するために、わずか２．４Ｖ（即ち、１２０Ｖ÷５０）となるように選択することができる。一般に、基準周波数（ｆＲ）を信号周波数（ｆＯ）のＮ倍になるように設定することは、ＡＣ基準電圧（ＶＲ）が、類似する不確実性をＩＲ及びＩＯについて達成するように互いに同じ範囲にある電流（ＩＲ）及び（ＩＯ）を生成するために、電線１２２内のＡＣ電圧（ＶＯ）の（１／Ｎ）倍である値を有することを可能にする。
【００４７】
任意の好適な信号発生器を使用して、基準周波数（ｆＲ）を有するＡＣ基準電圧（ＶＲ）を発生させることができる。図３に図示した実施例では、シグマ−デルタデジタル−アナログ変換器（Σ−ΔＤＡＣ）３１０が使用される。Σ−ΔＤＡＣ３１０は、ビットストリームを使用して、定義された基準周波数（ｆＲ）及びＡＣ基準電圧（ＶＲ）を有する波形（例えば、正弦波形）信号を作成する。少なくともいくつかの実施形態では、Σ−ΔＤＡＣ３１０は、ジッタを低減させるために、ＦＦＴ３０６のウィンドウと同相である波形を生成することができる。Σ−ΔＤＡＣよりも低いコンピューティング電力を使用し得るＰＷＭなどの、任意の他の基準電圧発生器が使用され得る。
【００４８】
少なくともいくつかの実施形態では、ＡＤＣ３０２は、１４ビットの解像度を有することができる。動作時に、ＡＤＣ３０２は、ＦＦＴ３０６によって処理するために準備した、１００ｍｓ内に２ｎ個のサンプル（１０２４）（ＦＦＴ３０６の場合、１０Ｈｚビン）を供給するために、公称５０Ｈｚの場合に１０．２４ｋＨｚのサンプリング周波数で、入力増幅器１３６からの出力をサンプリングすることができる。６０Ｈｚの入力信号の場合、１サイクルあたり同じサンプル数を得るために、例えば、サンプリング周波数を１２．２８８ｋＨｚとすることができる。ＡＤＣ３０２のサンプリング周波数は、基準周波数（ｆＲ）の全サイクル数に同期させることができる。例えば、入力信号周波数は、４０〜７０Ｈｚの範囲内とすることができる。ＡＣ電圧（ＶＯ）の測定された周波数に応じて、ＡＣ電圧（ＶＯ）のビンは、ＦＦＴ３０６を使用して決定することができ、また、更なる計算のためにハニング窓機能を使用して、集約間隔内で捕捉された不完全な信号サイクルによって引き起こされた位相シフトジッタを抑制することができる。
【００４９】
１つの例では、コモンモード基準電圧源１３０は、２４１９Ｈｚの基準周波数（ｆＲ）を有するＡＣ基準電圧（ＶＲ）を生成する。この周波数は、６０Ｈｚ信号場合は、４０番目の高調波と４１番目の高調波との間にあり、５０Ｈｚ信号の場合は、４８番目の高調波と４９番目の高調波との間にある。予想されるＡＣ電圧（ＶＯ）の高調波ではない基準周波数（ｆＲ）を有するＡＣ基準電圧（ＶＲ）を提供することによって、ＡＣ電圧（ＶＯ）が基準電流（ＩＲ）の測定値に影響を及ぼす可能性が少なくなる。
【００５０】
少なくともいくつかの実施形態では、コモンモード基準電圧源１３０の基準周波数（ｆＲ）は、試験中の導体１２２内のＡＣ電圧（ＶＯ）の高調波の影響を及ぼされる可能性が最も少ない周波数になるように選択される。一例として、コモンモード基準電圧源１３０は、基準電流（ＩＲ）が限度を超えた場合にスイッチをオフにすることができ、これは、導体１２２が、試験中の導電センサ１２６に接近していることを示し得る。測定（例えば、１００ｍｓの測定）は、コモンモード基準電圧源１３０のスイッチをオフにした状態で行って、いくつか（例えば、３つ、５つ）の候補基準周波数において信号高調波を検出することができる。次いで、ＡＣ電圧（ＶＯ）内の信号高調波の振幅を、その数の候補基準周波数において決定して、どの候補基準周波数が、ＡＣ電圧（ＶＯ）の信号高調波によって及ぼされる影響が最も少ない可能性があるかを識別することができる。次いで、基準周波数（ｆＲ）を、識別された候補基準周波数に設定することができる。基準周波数のこの切り換えは、信号スペクトル内の有効基準周波数要素への影響を避ける、又は低減させることができ、これは、測定された基準信号を増大させ、精度を低減させる場合があり、不安定な結果を生じる場合がある。２４１９Ｈｚ以外で同じ特性を有するその他の周波数としては、例えば、２３４４Ｈｚ及び２６７９Ｈｚが挙げられる。
【００５１】
図５は、センサアレイ４０２を含むセンササブシステム４００の概略図である。センサアレイ４０２は、上で論じた図１Ｂ及び図２に示されるセンサアレイ１２６と同様に位置付けること、及び動作させることができる。センサアレイ４０２は、（示されるように）平面形状とすることができ、又は非平面（例えば、Ｕ字形状、Ｖ字形状）とすることができる。センサアレイ４０２は、第１の複数のセンサ素子４０４（「第１のセンサ部分」）を有する、第１の独立したセンサアレイ部分を含む。センサアレイ４０２はまた、第２の複数のセンサ素子４０６（「第２のセンサ部分」）を有する、第２の独立したセンサアレイ部分も含む。少なくともいくつかの実施形態では、複数のセンサ素子の各々は、長方形状に細長くなる。図示した実施例において、第１の複数のセンサ素子４０４のセンサ素子は、第２の複数のセンサ素子４０６のセンサ素子とインターリーブされる。
【００５２】
第１の複数のセンサ素子４０４の各々は、ノードＶ１に結合され、ノードは、制御回路（例えば、プロセッサ）によって動作されるスイッチ制御信号（ｆｓｙｎｃｈ）４１６によって制御される制御可能なスイッチ４１２及び４１４を介して、それぞれ、入力電圧信号調整又は処理回路４０８及び基準電流信号調整又は処理回路４１０に交互に結合される。同様に、第２の複数のセンサ素子４０６の各々は、それぞれ、スイッチ４１２及び４１４を介して、入力電圧信号調整回路４０８及び基準電流信号調整回路４１０に交互に結合される、ノードのＶ２に結合される。入力電圧信号調整回路４０８は、処理信号電流ＩＯのために構成された処理回路を含むことができ、基準電流信号調整回路４１０は、基準電流ＩＲを処理するように構成することができる。入力電圧信号調整回路４０８及び基準電流信号調整回路４１０は、電圧入力信号及び基準電流信号を測定するようにそれぞれが特別に構成された、上で論じたものに類似する処理回路（例えば、増幅器、フィルタ、ＡＤＣなど）をそれぞれが含むことができる。
【００５３】
第１の複数のセンサ素子４０４及び第２の複数のセンサ素子４０６の各々は、信号調整回路の前に信号及び基準電流を分離するために、同じ形状にすることができる。この構成は、信号電流及び基準電流に対して異なるフィルタ及び増幅を使用して、両方の信号の信号品質及び範囲を最適化することを可能にする。
【００５４】
特にエッジでの任意の位置依存の不平衡を補償するために、スイッチ制御４１６は、５０％のデューティサイクルで動作して、第１の複数のセンサ４０４を信号電流増幅器４０８及び基準電流増幅器４１０に交互に結合し、第２の複数のセンサ４０６を信号電流増幅器４０８及び基準電流増幅器４１０に交互に結合することができる。これは、局所的な幾何学的不平衡を平均化する効果を有する。
【００５５】
少なくともいくつかの実施形態では、第１の複数のセンサ４０４及び第２の複数のセンサ４０６の各々の信号の大きさは、単一のより大きいセンサと比較して、５０％の信号の大きさである。しかしながら、信号電流及び基準電流が別々に処理されるので、信号調整回路（例えば、ゲイン、周波数）を、特定の電流の各々に対して有利に最適化することができる。
【００５６】
少なくともいくつかの実施形態では、スイッチング周波数（ｆｓｙｎｃｈ）は、測定間隔（例えば、１００ｍｓ）に同期させて、全サイクルが平均化されることを確実にすることができる。例えば、スイッチング周波数は、基準周波数ｆＲ又は２倍の基準周波数を超える全サイクルによって、かつ基準周波数の複数値でスイッチングするように選択することができる。
【００５７】
少なくともいくつかの実施形態では、第１の一組のセンサ素子４０４及び第２の一組のセンサ素子４０６は、「ポーリングされ」、最大信号（例えば、基準電流信号、入力電圧信号）を有する一組のセンサ素子が処理のために使用される。少なくともいくつかの実施形態では、２つの一組からの信号が、どちらも等しく使用される。少なくともいくつかの実施形態では、２つの一組４０４及び４０６の加重組み合わせを、線形若しくは指数的に使用することができ、又は別様に、第１及び第２の一組のセンサ素子からの信号の各々の大きさに基づいて加重することができる。
【００５８】
上述したように、入力電圧信号及び基準電流信号を直接分離することの利点は、精度及びダイナミックレンジが向上することである。ゲイン及び周波数帯域幅は、低周波数の入力電圧信号（例えば、５０〜６０Ｈｚ）及びより高い周波数の基準電流信号（例えば、２．５ｋＨｚ）のための分割信号経路の各々において最適化することができる。この特徴はまた、ノイズ効果も低減させ、また、ＡＤＣに必要とされるダイナミックレンジも低減させる。加えて、上で論じたようなセンサストリップを物理的に切り換えることは、試験中の導体の位置から独立して（両側に）位置効果をもたらす。
【００５９】
少なくともいくつかの実施形態では、３つ以上のセンサ又はセンサアレイを使用して、試験中の導体の位置（例えば、ＸＹ、ＸＹＺ）を更に補償することができる。１つの例示的な用途は、ハードジョー電流クランプを利用する非接触電圧測定装置であり、試験中の導体の位置は、ジョー内のいずれかの場所とすることができる。
【００６０】
本明細書に開示される電圧測定装置の少なくともいくつかの実施形態では、基準電圧（ＶＲ）は、信号電圧（ＶＯ）の高周波成分によって生じた、測定された基準電流（ＩＲ）に対する信号高調波又は次数間高調波の影響を低減するために複数の周波数を有することができる。例えば、基準電圧源（例えば、図２の電圧源１３０）は、周期的にスイッチがオフにされ、複数の基準周波数の周囲のＦＦＴ周波数ビンは、相対的な限界に対して分析及び確認することができる。最低値は、信号電圧（ＶＯ）又は他の影響因子によって少なくとも妨害される、選択された基準周波数（ｆＲ）を定義するために使用することができる。
【００６１】
少なくともいくつかの実施形態では、基準電圧源のスイッチをオフにすることは、測定ストリーム内に間隙を必ずしも生成させない場合がある。例えば、基準電流（ＩＯ）は、基準電圧源がスイッチをオフにしたときに、依然として測定される場合があり、以前の間隔中に測定された基準電流（ＩＲ）は、基準電圧源がスイッチをオフにする間隔にわたって基準電流を推定するために使用することができる。
【００６２】
上で論じた基準周波数の切り換えに加えて、基準信号の他の専用の信号特性を使用することができる。例としては、振幅又は周波数変調、同期又は擬似確率的な切り換え、直交変調、位相の切り換えなどが挙げられる。
【００６３】
変調信号を使用する例として、基準信号は、変調周波数ｆｍで変調することができる。少なくともいくつかの実施形態では、変調周波数ｆｍは、正確に整数のＦＦＴビンであるように選択することができる。例えば、１００ｍｓのＦＦＴ区間の場合、このような周波数は、１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、３０Ｈｚなどの周波数である。搬送波又は基準周波数（ｆＲ）にノイズがない場合、これは、基準周波数の各側に１つずつ、２つの対称形の側波帯をもたらす。
【００６４】
２つの側波帯の両方が同じ大きさを有しない場合、基準信号が（例えば、信号電圧（ＶＯ）によって）妨害されたと判定することができる。これは、基準電圧源のスイッチをオフにすることを必要としない、比較的単純な識別プロセスである。基準信号が妨害されることが判明した場合、システムは、基準周波数をΔｆだけシフトし、適切な（妨害されない）基準周波数が識別されるまで、対称性について側波帯を再び確認することができる。
【００６５】
プロセスを更に高速化するために、少なくともいくつかの実施形態では、複数基準周波数を同時に使用することができる。この周波数混合は、例えば、所定のテーブル及びビットストリーミング（例えば、ΣΔＤＡＣビットストリーミング）、又はパルス幅変調器（ＰＷＭ）の低域通過フィルタ処理した出力のアナログ加算のいずれかによって作成することができる。ＰＷＭが使用される場合、一対のＰＷＭは、基準周波数及び変調周波数を提供することができ、複数対のＰＷＭは、複数基準周波数及び複数の対応する変調周波数を提供するために使用することができる。
【００６６】
前述の詳細な説明では、ブロック図、概略図、及び実施例を使用して、装置及び／又はプロセスの種々の実施形態を説明してきた。このようなブロック図、系統図、及び実施例が１つ以上の機能及び／又は動作を含む限り、このようなブロック図、フロー図、又は実施例内のそれぞれの機能及び／又は動作は、広範囲にわたるハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの実質的に任意の組み合わせにより、個別にかつ／又は集合的に実装することができることが、当業者には理解されるであろう。一実施形態では、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を介して、本発明の主題を実施してよい。しかしながら、本明細書で開示する実施形態が、全部、又は一部を問わず、１つ以上のコンピュータ上で実行される１つ以上のコンピュータプログラムとして（例えば、１つ以上のコンピュータシステム上で実行される１つ以上のプログラムとして）、１つ以上の制御装置（例えば、マイクロコントローラ）上で実行される１つ以上のプログラムとして、１つ以上のプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ）上で実行される１つ以上のプログラムとして、ファームウェアとして、又はこれらの実質的に任意の組み合わせとして標準的な集積回路内で同等に実装することができ、ソフトウェア及び／又はファームウェアについての回路設計及び／又はコード書き込みであれば、十分に、本開示に照らして当該技術分野における当業者の知識の範囲内になることを当業者は認識するであろう。
【００６７】
当業者は、本明細書に記載する方法又はアルゴリズムの多くが付加的な行為を採用することができ、一部の行為を省略することができ、かつ／又は行為を指定された順番と異なる順番で実行することができることを、理解するであろう。
【００６８】
更に、当業者は、本明細書で教示する機構が、種々の形態でプログラム製品として流通可能であり、代表的な実施形態が、流通を実際に実行するために使用される特定の形式の信号担持媒体に関係なく等しく適用されることを、認識するであろう。信号担持媒体の例としては、以下のもの、即ち、フロッピーディスク、ハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタルテープ、及びコンピュータメモリなどの記録可能な形式の媒体が挙げられるが、これらに限定されない。
【００６９】
上述した種々の実施形態を組み合わせて、更なる実施形態を提供してもよい。実施形態の態様は、種々の特許、出願及び公報のシステム、回路、及び概念を用いて、なお更なる実施形態を提供するように必要に応じて修正することができる。
【００７０】
上記の説明を考慮すれば、実施形態へのこれらの変更及びその他の変更を行うことができる。通常、以下の請求項において使用する用語は、明細書及び請求項に開示された特定の実施形態に対する請求項を限定するものと解釈すべきではないが、こうした請求項に権利を与えた等価物の全範囲と共に全ての考えられる実施形態を含むものと解釈すべきである。したがって、請求項は、開示によって制限されるものではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
2020008565000001.pdf