(57)【要約】      （修正有）【課題】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、絶縁導体（例えば、絶縁電線）の直流（ＤＣ）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】非接触ＤＣ電圧測定装置１０２は、機械的に発振される導電センサ１２６を含むことができる。試験中の絶縁導体１０６は、結合コンデンサの第１の導電性素子又は電極としての役割を果たし、振動導電センサは、結合コンデンサの第２の導電性素子又は電極としての役割を果たす。導電センサの発振は、時間的に変動する容量値を有する結合コンデンサを提供する。測定装置は、結合コンデンサを通って流れる電流を検出し、検出した電流及び時間的に変動する容量を使用して絶縁導体内のＤＣ電圧を決定する。決定したＤＣ電圧は、ディスプレイに出力すること、又は有線若しくは無線接続を介して外部システムに伝送することができる。【選択図】図２
2020008566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁導体内の直流（ＤＣ）電圧を測定する装置であって、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導電センサであって、前記導電センサが、前記絶縁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、前記導電センサが、前記絶縁導体と容量的に結合する、導電センサと、
前記導電センサを少なくとも部分的に取り囲み、前記導電センサ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、前記導電内部接地ガードが、迷走電流から前記導電センサ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、
前記導電センサに動作的に結合された機械的発振器であって、動作中に、機械的発振振幅及び機械的発振周波数に従って前記導電センサと前記絶縁導体との間の距離が周期的に変動するように、前記機械的発振器が、前記機械的発振振幅及び前記機械的発振周波数に従って前記導電センサを機械的に発振させる、機械的発振器と、
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、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で電気的に結合される、コモンモード基準電圧源と、
前記導電センサに電気的に結合されたセンサ信号測定サブシステムであって、前記センサ信号測定サブシステムが、動作中に、前記導電センサ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、センサ信号測定サブシステムと、
前記センサ信号測定サブシステム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、
前記センサ信号測定サブシステムから前記センサ電流信号を受信し、また、
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ＤＣ電圧を決定する、制御回路と、を備える、装置。
【請求項２】
前記制御回路が、前記受信したセンサ電流信号、前記機械的発振周波数、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ＤＣ電圧を決定する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記機械的発振器が、ピエゾ効果機械的発振器を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記機械的発振器が、微小電気機械（ＭＥＭＳ）的な機械的発振器を備える、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、
前記受信したセンサ電流信号をデジタル信号に変換し、
前記デジタル信号を処理して、前記センサ電流信号の周波数領域表現を取得する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記制御回路が、前記センサ電流信号の前記周波数領域表現を取得するために、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実装する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記コモンモード基準電圧源が、前記制御回路によって実装された前記ＦＦＴのウインドウによって同相で前記ＡＣ基準電圧を生成する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記制御回路が、前記受信したセンサ電流信号をフィルタリングする、少なくとも１つの電子フィルタを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記制御回路が、前記センサ電流信号を処理して、絶縁導体電流成分及び基準電流成分を決定し、前記絶縁導体電流成分が、前記絶縁導体内の前記電圧により前記導電センサを通して伝導される前記電流を示し、前記基準電流成分が、前記コモンモード基準電圧源の前記電圧により前記導電センサを通して伝導される前記電流を示す、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記制御回路が、前記センサ電流信号の前記決定された絶縁導体電流成分の前記周波数を決定する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
動作中に、前記センサ信号測定サブシステムが、前記導電センサから入力電流を受信し、前記センサ電流信号は、前記導電センサから受信した前記入力電流を示す電圧信号を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記センサ信号測定サブシステムが、電流−電圧変換器として動作する、演算増幅器を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
絶縁導体内の直流（ＤＣ）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る、前記ハウジングに物理的に結合された導電センサと、前記導電センサを少なくとも部分的に取り囲み、前記導電センサ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、迷走電流から前記導電センサ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、
機械的発振振幅及び機械的発振周波数に従って前記導電センサと前記絶縁導体との間の距離が周期的に変動するように、前記機械的発振振幅及び前記機械的発振周波数に従って前記導電センサを機械的に発振させることと、
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、
センサ信号測定サブシステムによって、前記導電センサ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、前記センサ信号測定サブシステム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に少なくとも部分的に基づいて、前記絶縁導体内の前記ＤＣ電圧を決定することと、を含む、方法。
【請求項１４】
前記センサ電流信号を生成することが、
前記導電センサから入力電流を受信することと、
前記導電センサから受信した前記入力電流を示す電圧信号を生成することと、を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記センサ電流信号が、電流−電圧変換器として動作する動作増幅器を利用して生成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記導電センサを機械的に発振させることが、ピエゾ効果機械的発振器を使用して前記導電センサを機械的に発振させることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記導電センサを機械的に発振させることが、微小電気機械（ＭＥＭＳ）的な機械的発振器を使用して前記導電センサを機械的に発振させることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記絶縁導体内の前記ＤＣ電圧を決定することが、
少なくとも１つのプロセッサによって、前記受信したセンサ電流信号をデジタル信号に変換することと、
少なくとも１つのプロセッサによって、前記デジタル信号を処理して、前記センサ電流信号の周波数領域表現を取得することと、を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記デジタル信号を処理することが、前記センサ電流信号の前記周波数領域表現を取得するために、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実装することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記絶縁導体内の前記ＤＣ電圧を決定することが、前記受信したセンサ電流信号を電子的にフィルタリングすることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
絶縁導体内の直流（ＤＣ）電圧を測定する装置であって、前記装置が、
前記絶縁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な導電センサであって、前記導電センサが、前記絶縁導体と容量的に結合する、導電センサと、
前記導電センサに動作的に結合された機械的発振器であって、動作中に、前記機械的発振器が、前記導電センサを機械的に発振させて、時間に関して前記導電センサと前記絶縁導体との間で前記容量を変動させる、機械的発振器と、
前記導電センサを少なくとも部分的に取り囲み、前記導電センサからガルバニック絶縁される、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、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で電気的に結合される、コモンモード基準電圧源と、
前記導電センサに電気的に結合されたセンサ信号測定サブシステムであって、前記センサ信号測定サブシステムが、動作中に、前記導電センサ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、センサ信号測定サブシステムと、
前記センサ信号測定サブシステム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、
前記センサ信号測定サブシステムから前記センサ電流信号を受信し、また、
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ＤＣ電圧を決定する、制御回路と、を備える、装置。
【請求項２２】
動作中に、前記制御回路が、前記受信したセンサ電流信号に基づいて、及び時間に関する前記導電センサと前記絶縁導体との間の前記容量の前記変動に基づいて、前記絶縁導体内の前記ＤＣ電圧を決定する、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記機械的発振器が、ピエゾ効果機械的発振器又は微小電気機械（ＭＥＭＳ）的な機械的発振器のうちの少なくとも１つを備える、請求項２１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、電気的特性の測定に関し、より具体的には、直流（ＤＣ）電圧の非接触測定に関する。
【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】
ＤＣ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１つの測定電極又はプローブを導体とガルバニック接触を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。
[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ＤＣ電圧測定装置の必要が存在する。
【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】
絶縁導体内の直流（ＤＣ）電圧を測定する装置は、以下のように要約することができ、ハウジングと、ハウジングに物理的に結合された導電センサであって、導電センサが、絶縁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、導電センサが、絶縁導体と容量的に結合する、導電センサと、導電センサを少なくとも部分的に取り囲み、導電センサ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、導電内部接地ガードが、迷走電流から導電センサ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、導電センサに動作的に結合された機械的発振器であって、動作中に、機械的発振振幅及び機械的発振周波数に従って導電センサと絶縁導体との間の距離が周期的に変動するように、機械的発振器が、機械的発振振幅及び機械的発振周波数に従って導電センサを機械的に発振させる、機械的発振器と、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、導電センサに電気的に結合されたセンサ信号測定サブシステムであって、センサ信号測定サブシステムが、動作中に、導電センサ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、センサ信号測定サブシステムと、センサ信号測定サブシステム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、センサ信号測定サブシステムからセンサ電流信号を受信し、また、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ＤＣ電圧を決定する、制御回路と、を含む。制御回路は、受信したセンサ電流信号、機械的発振周波数、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ＤＣ電圧を決定することができる。機械的発振器は、ピエゾ効果機械的発振器を含むことができる。機械的発振器は、微小電気機械（ＭＥＭＳ）的な機械的発振器を含むことができる。
【０００７】
制御回路は、動作中に、受信したセンサ電流信号をデジタル信号に変換すること、及びデジタル信号を処理して、センサ電流信号の周波数領域表現を取得することができる。制御回路は、センサ電流信号の周波数領域表現を取得するために、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実装することができる。コモンモード基準電圧源は、制御回路によって実装されたＦＦＴのウインドウによって同相でＡＣ基準電圧を生成することができる。制御回路は、受信したセンサ電流信号をフィルタリングする、少なくとも１つの電子フィルタを含むことができる。制御回路は、センサ電流信号を処理して、絶縁導体電流成分及び基準電流成分を決定することができ、絶縁導体電流成分は、絶縁導体内の電圧により導電センサを通して伝導される電流を示し、基準電流成分は、コモンモード基準電圧源の電圧により導電センサを通して伝導される電流を示す。制御回路は、センサ電流信号の決定された絶縁導体電流成分の周波数を決定することができる。動作中に、センサ信号測定サブシステムは、導電センサから入力電流を受信することができ、センサ電流信号は、導電センサから受信した入力電流を示す電圧信号を含むことができる。センサ信号測定サブシステムは、電流−電圧変換器として動作する、演算増幅器を含むことができる。
【０００８】
絶縁導体内の直流（ＤＣ）電圧を測定するために装置を動作させる方法であって、装置は、ハウジングと、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る、ハウジングに物理的に結合された導電センサと、導電センサを少なくとも部分的に取り囲み、導電センサ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、迷走電流から導電センサ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、以下のように要約することができ、方法は、機械的発振振幅及び機械的発振周波数に従って導電センサと絶縁導体との間の距離が周期的に変動するように、機械的発振振幅及び機械的発振周波数に従って導電センサを機械的に発振させることと、コモンモードに基準電圧源に、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で電気的に結合される、生成させることと、センサ信号測定サブシステムによって、導電センサ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、センサ信号測定サブシステム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に少なくとも部分的に基づいて、絶縁導体内のＤＣ電圧を決定することと、を含む。
【０００９】
センサ電流信号を生成することは、導電センサから入力電流を受信することと、導電センサから受信した入力電流を示す電圧信号を生成することと、を含むことができる。センサ電流信号は、電流−電圧変換器として動作する動作増幅器を利用して生成することができる。導電センサを機械的に発振させることは、ピエゾ効果機械的発振器を使用して導電センサを機械的に発振させることを含むことができる。導電センサを機械的に発振させることは、微小電気機械（ＭＥＭＳ）的な機械的発振器を使用して導電センサを機械的に発振させることを含むことができる。
【００１０】
絶縁導体内のＤＣ電圧を決定することは、少なくとも１つのプロセッサによって、受信したセンサ電流信号をデジタル信号に変換することと、少なくとも１つのプロセッサによって、デジタル信号を処理して、センサ電流信号の周波数領域表現を取得することと、を含むことができる。デジタル信号を処理することは、センサ電流信号の周波数領域表現を取得するために、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実装することを含むことができる。絶縁導体内のＤＣ電圧を決定することは、受信したセンサ電流信号を電子的にフィルタリングすることを含むことができる。
【００１１】
絶縁導体内の直流（ＤＣ）電圧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、絶縁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な導電センサであって、導電センサが、絶縁導体と容量的に結合する、導電センサと、導電センサに動作的に結合された機械的発振器であって、動作中に、機械的発振器は、導電センサを機械的に発振させて、時間に関して導電センサと絶縁導体との間で容量を変動させる、機械的発振器と、導電センサを少なくとも部分的に取り囲み、導電センサからガルバニック絶縁される、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、導電センサに電気的に結合されたセンサ信号測定サブシステムであって、センサ信号測定サブシステムが、動作中に、導電センサ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、センサ信号測定サブシステムと、センサ信号測定サブシステム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、センサ信号測定サブシステムからセンサ電流信号を受信し、また、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ＤＣ電圧を決定する、制御回路と、を含む。動作中に、制御回路は、受信したセンサ電流信号に基づいて、及び時間に関する導電センサと絶縁導体との間の容量の変動に基づいて、絶縁導体内のＤＣ電圧を決定することができる。機械的発振器は、ピエゾ効果機械的発振器又は微小電気機械（ＭＥＭＳ）的な機械的発振器のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
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。
【００１３】
【図１Ａ】図１Ａは、１つの例示した実施形態による、非接触ＤＣ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ＤＣ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つの例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る結合容量を示す、図１Ａの非接触ＤＣ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ＤＣ電圧測定装置の種々の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ＤＣ電圧測定装置の種々の信号処理構成要素を示すブロック図である。
【図４】図４は、信号及び基準信号分離の別の一実施例による、アナログ電子フィルタを実装する非接触ＤＣ電圧測定装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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）内のＤＣ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」）電圧測定装置が提供され、装置は、接地に対する絶縁導体内のＤＣ電圧信号を、振動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装置を本明細書では「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。
【００１５】
概要として、非接触ＤＣ電圧測定装置は、適切な発振器（例えば、ピエゾ効果発振器、微小機械的システム（ＭＥＭＳ）発振器）を使用して機械的に発振又は振動される、非接触導電センサ（例えば、導電膜）を含むことができる。導電センサは、試験中の絶縁導体に隣接して、例えば、絶縁導体の数ミリメートル以内に位置決め可能である。測定値を取得するために、試験中の絶縁導体は、結合コンデンサの第１の導電性素子又は電極としての役割を果たし、振動導電センサは、結合コンデンサの第２の導電性素子又は電極としての役割を果たす。振動は、試験中のセンサと導体との間の距離を変動可能にするので、結果として生じる結合コンデンサの容量は、センサの振動により、時間に関して変化する。非接触ＤＣ電圧測定装置は、本明細書で信号電流（ＩＯ）と称される、振動の結果として結合コンデンサを通って流れるＡＣ電流を検出又は測定するための回路を含む。ＡＣ信号電流は、結合コンデンサにかかるＤＣ電圧、及び非接触導電センサの振動によって生じる結合コンデンサの容量の時間的に変動する変化と比例する。ＤＣ電圧測定装置は、基準電流及び振動非接触センサのＡＣ電圧（例えば、０ボルト又は接地）を生成する既知の基準電圧を使用して、振動によって生成された、検出された信号電流を使用して、結合コンデンサにかかるＤＣ電圧を決定する。
【００１６】
絶縁導体の決定されたＤＣ電圧は、（例えば、ディスプレイを介して）ユーザに出力することができ、又は１つ以上の有線若しくは無線接続を通して外部システムに伝送することができる。ＤＣ電圧に加えて、本明細書で論じられる測定装置はまた、限定されないが、ＡＣ電圧、ＡＣ又はＤＣ電流、電力、位相角、波形、熱特性、インピーダンスなどの他の電気パラメータを決定するための機能も含むことができる。
【００１７】
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。
【００１８】
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）。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
図１Ａは、本開示の非接触ＤＣ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ＤＣ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ＤＣ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））、並びに種々の制御又は処理回路（例えば、プロセッサ、マイクロコントローラ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、メモリ）も含むことができる。
【００２３】
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、非接触導電センサ又は電極１２６を含むことができ、非接触導電センサ又は電極は、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。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の内部に、又は陥凹位置に位置付けることができる。下で更に論じられるように、動作中に、導電センサ１２６は、測定プロセス中に機械的に発振され、これは、測定装置１０２が試験中の絶縁導体１０６のＤＣ電圧を正確に測定することを可能にする。
【００２４】
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ＤＣ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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、ＤＣ電圧測定中に、オペレータ１０４と接地１２８との間の人体容量（ＣＢ）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。測定装置１０２はまた、従来のガルバニック結合（例えば、試験リード線）によって、ノード１２８などの基準ノードに連結することもできる。
【００２７】
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、平面又は膜の形態で成形され、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。導電センサは、他の平面形状（例えば、円形、矩形、三角形）、又は非平面形状（例えば、Ｖ字形状、Ｕ字形状）とすることができることを認識されたい。非接触ＤＣ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。下で更に論じられるように、絶縁導体の電流成分又は「信号電流」（ＩＯ）は、導体１２２内のＤＣ電圧信号（ＶＤＣ）及びセンサ１２６において誘発される機械的発振に基づいて、直列に接続される結合コンデンサ（ＣＯ）及び本体容量（ＣＢ）を通じて生成される。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。
【００２８】
測定される電線１２２内のＤＣ電圧（ＶＤＣ）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（ＣＢ）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ＤＣ電圧信号（ＶＤＣ）によって生成され、非接触ＤＣ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。信号電流（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、並びに導体１２２内のサイズ及び電圧レベル（ＶＤＣ）に依存する。
【００２９】
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は、下で論じられる、機械的発振周波数（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。
【００３０】
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。センサ１２６の周囲のガード１３２はまた、測定中にセンサ１２６の近くに隣接する電線の迷走の影響を低減させる。
【００３１】
非接触電圧測定装置１０２は、導電センサ１２６に動作的に結合される、機械的発振器１４４を含む。動作中に、機械的発振器１４４は、機械的発振振幅及び機械的発振周波数（ｆＯ）に従って、導電センサ１２６を機械的に発振させる。機械的発振器１４４は、機械的発振振幅及び機械的発振周波数に従って導電センサ１２６と絶縁導体１０６との距離（ｄ）が周期的に変動するように、導電センサ１２６を試験中の絶縁導体１０６の方向に発振させる。この機械的発振は、電界に露出されている結合コンデンサ（ＣＯ）の値を変化させる。したがって、発振周波数（ｆＯ）を有する信号電流（ＩＯ）がセンサ１２６において生成される。この電流は、電界に比例する。下で論じられるように、コモンモード基準源１３０は、発振周波数（ｆＯ）と異なる周波数で、定義された既知の周波数（ｆＲ）及び大きさ（ＶＲ）を有するセンサに基準信号を注入するために使用され、基準電流ＩＲを生成する。したがって、試験中の導体１０６内の未知のＤＣ電圧は、下で論じられる式（１）に従って、結合コンデンサＣＯから独立して決定することができる。
【００３２】
機械的発振器１４４は、導電センサ１２６を絶縁導体に対して機械的に発振又は振動させるように動作可能である、任意の好適なデバイス又は構成要素とすることができる。使用することができる機械的発振器の非限定的な例としては、ピエゾ効果発振器又は微小機械的システム（ＭＥＭＳ）発振器が挙げられる。
【００３３】
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）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ＤＣ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。
【００３４】
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。
【００３５】
上で述べたように、基準遮蔽体１３４は、ＡＣ基準信号を、ＤＣ電圧（ＶＤＣ）の発振及び大きさによって生成される入力ＡＣ電圧信号（ＶＡＣ）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。
【００３６】
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。
【００３７】
図２に示されるように、導電センサ１２６は、測定中に、試験中の絶縁導体１０６に近接して位置決め可能である。試験中の絶縁導体１０６の導体１２２は、結合コンデンサ（ＣＯ）の第１の導電性素子又は電極としての役割を果たし、振動導電センサ１２６は、結合コンデンサの第２の導電性素子又は電極としての役割を果たす。
【００３８】
非接触電圧測定装置１０２は、例えば反転電流−電圧変換器として動作する入力増幅器１３６の形態で、センサ信号測定サブシステム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。
【００３９】
入力増幅器１３６は、信号電流（ＩＯ）及び基準電流（ＩＲ）を含む電流を導電センサ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、信号処理又は制御モジュール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ＤＣ電圧（ＶＤＣ）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、また、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）、１つ以上のプロセッサ、１つ以上の非一時的プロセッサ可読記憶媒体などを含むことができる。
【００４０】
図３は、非接触ＤＣ電圧測定装置の種々の信号処理構成要素を示す、非接触ＤＣ電圧測定装置３００のブロック図である。非接触ＤＣ電圧測定装置３００は、先に論じた非接触ＤＣ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。
【００４１】
電線１２２のＤＣ電圧（ＶＤＣ）は、一定の振動及び基準電圧（ＶＲ）によって生じるＡＣ電圧（ＶＡＣ）に関連付けられる。ＡＣ電圧（ＶＡＣ）は、式（１）によって決定することができる。
【数１】
2020008566.tif 000003
式中、（ＩＯ）は、導体１２２内のＤＣ電圧（ＶＤＣ）及び機械的発振により導電センサ１２６を通るＡＣ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、センサ１２６の発振周波数であり、（ｆＲ）は、ＡＣ基準電圧（ＶＲ）の周波数である。導体１２２のＤＣ電圧（ＶＤＣ）は、式（１ａ）及び（１ｂ）で下に示されるように、式（１）からの（ＶＡＣ）に一定係数ｋを乗算することによって算出することができる。
【００４２】
【数１ａ】
2020008566.tif 000004
【００４３】
【数１ｂ】
2020008566.tif 000005
この係数ｋは、機械的発振周波数及び発振の機械的大きさに比例する。この係数は、既知のＤＣ電圧を有する１つの測定値及び既に計算したＶＡＣによって決定することができる。
【００４４】
指数「Ｏ」又は「ＡＣ」（例えば、ＩＯ、ＶＡＣ）を有する信号は、周波数ｆＯを有する発振によって生じるＡＣ成分に関連付けられ、指数「ＤＣ」を有する信号は、振動している結合コンデンサ（ＣＯ）の中で電気ＤＣ界を生成するＤＣ電圧（ＶＤＣ）に関連付けられる。ＡＣパラメータは、コモンモード基準電圧源１３０に関連付けられる指数「Ｒ」を有する信号と異なる、周波数のような特性を有する。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。
【００４５】
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、周波数と比例する。発振周波数（ｆＯ）及び基準周波数（ｆＲ）は、測定することができ、又はシステムが発振及び基準電圧を生成しているので既に既知であり得る。
【００４６】
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）の両方が測定又は別様に取得されたときに、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。
【００４７】
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。
【００４８】
次に、図３のブロック３０８によって示されるように、電流（ＩＲ）及び（ＩＯ）の基本高調波の比率を、決定又は取得された周波数（ｆＯ）及び（ｆＲ）によって修正することができ、この係数を使用して、電線１２２のＤＣ電圧（ＶＤＣ）を計算することができる。
【００４９】
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。
【００５０】
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内の振動によって生成されたＡＣ電圧（ＶＡＣ）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。
【００５１】
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−Δ  ＤＡＣ）３１０が使用される。Σ−Δ  ＤＡＣ３１０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−Δ  ＤＡＣ３１０は、ジッタを低減させるために、ＦＦＴ３０６のウインドウと同相である波形を生成することができる。Σ−Δ  ＤＡＣ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。
【００５２】
結合コンデンサ（ＣＯ）を通って流れるセンサ電流（ＩＯ）は、結合コンデンサ（ＶＤＣ）にかかる電圧、及び非接触導電センサ１２６の振動によって生じる結合コンデンサの容量（ΔＣ／Δｔ）の時間的に変動する変化と比例する。この関係は、下の式（２）によって表すことができる。
【００５３】
【数２】
2020008566.tif 000006
式中、ｋ１は、比例定数である。定数ｋ１は、導電センサ１２６の物理的特性、試験中の絶縁導体１０６の物理的特性、又は測定中の導電センサと絶縁導体との間の空間の物理的特性、のうちの少なくとも１つに依存し得る。例えば、定数ｋ１は、導電センサ１２６の特定の形状、導電センサの面積、導電センサと試験中の絶縁導体との間の容積の誘電率などに依存し得る。
【００５４】
上記の式（２）を再配設して、ＤＣ電圧（ＶＤＣ）を以下のように決定することができる。
【数３】
2020008566.tif 000007
式中ｋ２は、１／ｋ１に等しい比例定数である。時間的に変動する容量（ΔＣ／Δｔ）は、機械的発振振幅に依存し、これは、導電センサ１２６が振動するときの、導電センサ１２６と絶縁導体１０６との間の分離距離（ｄ）の周期的な変化を決定する。時間的に変動する容量（ΔＣ／Δｔ）はまた、導電センサ１２６の機械的発振周波数（ｆＯ）にも依存する。
【００５５】
簡略化された例として、試験中の導電センサ１２６及び導体１０６は、測定中の平行板コンデンサ（ＣＯ）としてモデル化することができる。平行板コンデンサは、下の式（４）によって定義される容量（Ｃ）を有する。
【数４】
2020008566.tif 000008
式中、Ｑは、平行板の電荷であり、Ｖは、コンデンサにかかる電圧であり、（ε）は、コンデンサの誘電率であり、（Ａ）は、平行板の面積であり、（ｄ）は、２つのプレート間の距離である。更に、コンデンサ内を流れる電流（ＩＯ）は、下の式（５）によって定義することができる。
【数５】
2020008566.tif 000009
【００５６】
上記の式（４）及び（５）を使用して、コンデンサの電流を下の式（６）によって定義することができる。
【数６】
2020008566.tif 000010
次いで、式（５）を再配設して、信号電流、機械的発振振幅、及び機械的発振周波数の関数として、コンデンサにかかる電圧（Ｖ）を決定することができる。導体とセンサとの間の距離（ｄ）が既知である場合に、式（６）を解くことができる。しかしながら、距離（ｄ）は、既知でない場合があり、したがって、式（１ａ）及び（１ｂ）（１）において上で提示されたように、結合容量（ＣＯ）から独立して式を解くために、基準信号が必要であり得る。
【００５７】
実際には、測定装置１０２は、１つ以上の数式、ルックアップテーブル、及び／又は較正係数を使用して、検出した信号電流（ＩＯ）に基づいて、絶縁導体１０６内のＤＣ電圧（ＶＤＣ）を決定することができる。上で論じたように、少なくともいくつかの実施形態では、測定装置１０２は、電流、電力、位相角などの１つ以上の他の電気パラメータを測定するように動作することができる。
【００５８】
非接触電圧測定装置１０２はまた、信号処理モジュール１４０に通信的に結合された１つ以上のインターフェース１４２も含むことができる。１つ以上のインターフェース１４２は、１つ以上のディスプレイ、スピーカ、タッチパッド、タッチスクリーン、ボタン、ダイヤル、ノブ、ホイールなどの、ユーザインターフェースの１つ以上の入力又は出力構成要素を含むことができる。１つ以上のインターフェース１４２は、追加的又は代替的に、ＵＳＢインターフェース、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）インターフェース、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）インターフェースなどの、１つ以上の有線又は無線通信インターフェースを含むことができる。種々のインターフェース１４２は、決定したＤＣ電圧（ＶＤＣ）を出力すること、又は非接触電圧測定装置のオペレータ１０４に情報を通信することなどの、非接触電圧測定装置１０２との相互作用を可能にすることができる。１つ以上の通信インターフェースを使用して、外部システムにデータ（例えば、測定データ）を伝送すること、又は外部システムからデータ（例えば、制御命令）を受信することができる。
【００５９】
図４は、電子フィルタを実装する非接触電圧測定システムの信号処理部４００のブロック図である。信号処理部４００は、電流測定サブシステム４０１（例えば、入力増幅器１３６）からの導電センサ１２６の電流（ＩＯ＋ＩＲ）に比例する、センサ電流電圧信号を受信することができる。
【００６０】
上で論じたように、信号電流（ＩＯ）は、基準電流（ＩＲ）と異なる周波数を有する。信号電流（ＩＯ）を基準電流（ＩＲ）から隔離するために、信号処理部４００は、信号電流（ＩＯ）を通し、基準電流（ＩＲ）を拒否するように動作する、第１のフィルタ４０２を含むことができる。次いで、フィルタリングされた信号を、第１の整流器４０４によって整流し、第１のＡＤＣ４０６によってデジタル化することができる。デジタル化された信号は、上で論じたように、計算に使用するために、適切なプロセッサ４０８に送給することができる。同様に、基準電流（ＩＲ）を信号電流（ＩＯ）から隔離するために、信号処理部４００は、基準電流（ＩＲ）を通し、信号電流（ＩＯ）を拒否するように動作する、第２のフィルタ４１０を含むことができる。次いで、フィルタリングされた信号を、第２の整流器４１２によって整流し、第２のＡＤＣ４１４によってデジタル化することができる。デジタル化された信号は、計算に使用するために、適切なプロセッサ４０８に送給することができる。第１のフィルタ４０２及び第２のフィルタ４１０は、任意の適切なアナログフィルタとすることができ、また、それぞれ、いくつかの個別構成要素（例えば、コンデンサ、インダクタ）を含むことができる。
【００６１】
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。
【００６２】
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。一例として、少なくともいくつかの実施形態では、非接触電圧測定システムは、命令を実行するためにプロセッサを利用しない場合がある。例えば、非接触電圧測定装置は、本明細書で論じられる機能のいくつか又は全てを提供するようにハードワイヤードすることができる。加えて、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は、本明細書で論じられる異なる測定を生じさせる、又は開始するためにプロセッサを利用しない場合がある。例えば、このような非接触電圧測定装置は、測定を生じさせるユーザ作動のボタンなどの１つ以上の別個の入力に依存することができる。
【００６３】
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。
【００６４】
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。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】
2020008566.tif 000011
【図１Ｂ】
2020008566.tif 000012
【図２】
2020008566.tif 000013
【図３】
2020008566.tif 000014
【図４】
2020008566.tif 000015
【外国語明細書】
2020008566000001.pdf