(57)【要約】      （修正有）【課題】絶縁導体（例えば、絶縁された電線）の交流（ＡＣ）電圧を、その導体とテスト用電極又はプローブとの間のガルバニック接続を必要とせずに測定するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】非ガルバニック接触（又は「非接触」）式電圧測定システムは、その静電容量が変化し得る電圧を、被験絶縁導体とアース接地電位との間に生成するよう動作する可変静電容量サブシステムを含む。測定の間、非接触式電圧測定システムは可変静電容量サブシステムの静電容量を変化させて、被験絶縁導体とアース接地電位との間の、容量分圧器回路のインピーダンスを変化させる。続けて２（又は３）回の測定を、可変静電容量サブシステムの両側で行うことで、絶縁導体に対して何らのガルバニック接続をも必要とせずに、絶縁導体のＡＣ電圧が決定され得る。絶縁導体の、決定されたＡＣ電圧は次に、オペレータに提示され、かつ／又は、外部の装置に通信され得る。【選択図】図３
2018105848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁導体内の交流（ＡＣ）電圧を測定するためのシステムであって、前記システムは：
前記絶縁導体にガルバニック接触することなく、前記絶縁導体に隣接して配置可能で、前記絶縁導体に容量性結合する導電センサと；
前記導電センサに電気的に結合された第１静電容量サブシステムノード及び、第２静電容量サブシステムノードを含み、前記第１静電容量サブシステムノード及び前記第２静電容量サブシステムノードは、それらの間に、少なくとも第１静電容量値（Ｃ１）と、前記第１静電容量値（Ｃ１）とは異なる第２静電容量値（Ｃ２）との間を、選択的に変化し得る静電容量を有する、可変静電容量サブシステムと；
動作中に、前記第１静電容量サブシステムノードと前記第２静電容量サブシステムノードとの間の電圧を検出する、電圧測定サブシステムと；
プロセッサにより実行可能な指令又はデータのうちの少なくとも一方を格納する、少なくとも１つのプロセッサによって読み取り可能な、非一時的な記録媒体と；
前記少なくとも１つのプロセッサによって読み取り可能な、非一時的な記録媒体に通信可能に結合される少なくとも１つのプロセッサと、を備えるシステムであって、動作中には、前記プロセッサにより実行可能な命令又はデータの実行に反応して、前記少なくとも１つのプロセッサが：
前記可変静電容量サブシステムに、前記第１静電容量サブシステムノードと前記第２静電容量サブシステムノードとの間に、前記第１静電容量値（Ｃ１）を取らせ；
前記電圧測定サブシステムに、前記第１静電容量サブシステムノードと前記第２静電容量サブシステムノードとの間の、第１電圧（ＶＭ１）を検出させ；
前記可変静電容量サブシステムに、前記第１静電容量サブシステムノードと前記第２静電容量サブシステムノードの間に、前記第２静電容量値（Ｃ２）を取らせ；
前記電圧測定サブシステムに、前記第１静電容量サブシステムノードと前記第２静電容量サブシステムノードとの間の、第２電圧（ＶＭ２）を検出させ；かつ
少なくとも部分的に、前記検出された第１電圧（ＶＭ１）と、前記検出された第２電圧（ＶＭ２）とに基づいて、前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧（ＶＡＣ）を決定する、システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのプロセッサが：
前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧（ＶＡＣ）を、式：ＶＡＣ＝ＶＭ１×［（Ｃ１／Ｃ２）−１］／［（Ｃ１ＶＭ１／Ｃ２ＶＭ２）−１］にしたがって決定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記電圧測定サブシステムが、少なくとも１つのアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記測定サブシステムが、少なくとも２０ビットの有効分解能を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記可変静電容量サブシステムが、前記第１静電容量サブシステムノードと前記第２静電容量サブシステムノードとの間に、それぞれが選択的に電気的に結合される、少なくとも第１キャパシタと第２キャパシタとを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記可変静電容量サブシステムが、前記第１静電容量サブシステムノードと前記第２静電容量サブシステムノードとの間に電気的に結合される第１キャパシタと、前記第１静電容量サブシステムノードと前記第２静電容量サブシステムノードとの間に、選択的に電気的に結合される第２キャパシタとを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１静電容量値（Ｃ１）の、前記第２静電容量値（Ｃ２）に対する割合（Ｃ１：Ｃ２）が、２：５と１：１０との間（ただし両端を含む）である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１静電容量値（Ｃ１）が、入力される信号と入力される静電容量とのさまざまに異なる値に対応するように、選択的に変化可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記少なくとも１つのプロセッサに通信可能に結合されるユーザーインターフェイスを更に備え、前記少なくとも１つのプロセッサが、前記決定されたＡＣ電圧（ＶＡＣ）を、前記ユーザーインターフェイスを介して提示する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ユーザーインターフェイスが、ディスプレイ又は複数の発光素子のうちの少なくとも一方を備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
動作中、前記第２静電容量サブシステムノードが、前記システムを操作しているユーザーの身体を介して基準ノードに電気的に結合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第２静電容量サブシステムノードをアース接地に電気的に結合させる、基準接続を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１静電容量サブシステムノード及び前記第２静電容量サブシステムノードが、それらのノード間に、少なくとも前記第１静電容量値（Ｃ１）、前記第２静電容量値（Ｃ２）、及び第３静電容量値（Ｃ３）の間で更に選択的に変化可能な静電容量を有し、かつ、前記プロセッサによって読み取り可能な、非一時的な記録媒体内の前記プロセッサにより実行可能な命令又はデータの実行に反応して、前記少なくとも１つのプロセッサが：
前記可変静電容量サブシステムに、前記第１静電容量サブシステムノードと前記第２静電容量サブシステムノードの間に、第３静電容量値（Ｃ３）を取らせ；
前記電圧測定サブシステムに、前記第１静電容量サブシステムノードと前記第２静電容量サブシステムノードとの間の、第３電圧（ＶＭ３）を検出させ；かつ
少なくとも部分的に、前記検出された第１電圧（ＶＭ１）と、前記検出された第２電圧（ＶＭ２）と、前記検出された第３電圧（ＶＭ３）とに基づいて、前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧（ＶＡＣ）を決定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのプロセッサが、
前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧（ＶＡＣ）を、式：ＶＡＣ＝Ｃ３ＶＭ３×［（ＶＭ２−ＶＭ１）／（Ｃ１ＶＭ１−Ｃ２ＶＭ２）］＋ＶＭ３にしたがって決定する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
絶縁導体内の交流（ＡＣ）電圧を測定するためのシステムであって、該システムは：
前記絶縁導体にガルバニック接触することなく、前記絶縁導体に隣接して配置可能で、前記絶縁導体に容量性結合する導電センサと；
前記導電センサに電気的に結合された可変静電容量サブシステムと；
動作すると前記可変静電容量サブシステムの両側の電圧を検出する電圧測定サブシステムと；
プロセッサにより実行可能な指令又はデータのうちの少なくとも一方を格納する、少なくとも１つのプロセッサによって読み取り可能な、非一時的な記録媒体と；
前記少なくとも１つのプロセッサによって読み取り可能な、非一時的な記録媒体に通信可能に結合される少なくとも１つのプロセッサと、を備えるシステムであって、動作中には、前記プロセッサにより実行可能な命令又はデータの実行に反応して、前記少なくとも１つのプロセッサが：
前記可変静電容量サブシステムに第１静電容量値（Ｃ１）を取らせ；
前記導電センサが前記絶縁導体に隣接して配置されると、前記電圧測定サブシステムを介して、前記可変静電容量サブシステムの両側の第１電圧（ＶＭ１）を検出し、
前記可変静電容量サブシステムに第２静電容量値（Ｃ２）を取らせ；
前記導電センサが前記絶縁導体に隣接して配置されると、前記電圧測定サブシステムを介して、前記可変静電容量サブシステムの両側の第２電圧（ＶＭ２）を検出し、
少なくとも部分的に、前記検出された第１電圧（ＶＭ１）と、前記検出された第２電圧（ＶＭ２）とに基づいて、前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧（ＶＡＣ）を決定する、システム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのプロセッサが、
前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧（ＶＡＣ）を、式：ＶＡＣ＝ＶＭ１×［（Ｃ１／Ｃ２）−１］／［（Ｃ１ＶＭ１／Ｃ２ＶＭ２）−１］にしたがって決定する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記電圧測定サブシステムが、少なくとも２０ビットの有効分解能を有する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記可変静電容量サブシステムが、少なくとも第１キャパシタと、第２キャパシタと、前記第１キャパシタと前記第２キャパシタのうちの少なくとも一方に結合されたスイッチとを備え、前記スイッチが、前記可変静電容量サブシステムに、前記第１静電容量値（Ｃ１）及び前記第２静電容量値（Ｃ２）を取らせるように、前記少なくとも１つのプロセッサによって選択的に動作可能である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
絶縁導体にガルバニック接触することなく、前記絶縁導体に隣接して配置可能な導電センサと、前記導電センサに電気的に結合された可変静電容量サブシステムとを備えた、前記絶縁導体内の交流（ＡＣ）電圧を測定するためのシステムを動作させるための方法であって；前記方法は：
少なくとも１つのプロセッサによって、前記可変静電容量サブシステムに第１静電容量値（Ｃ１）を取らせることと；
前記導電センサが前記絶縁導体に隣接して配置されると、少なくとも１つのプロセッサによって、前記可変静電容量サブシステムの両側の第１電圧（ＶＭ１）を検出することと；
少なくとも１つのプロセッサによって、前記可変静電容量サブシステムに第２静電容量値（Ｃ２）を取らせることと；
前記導電センサが前記絶縁導体に隣接して配置されると、少なくとも１つのプロセッサによって、前記可変静電容量サブシステムの両側の第２電圧（ＶＭ２）を検出することと；
少なくとも部分的に、前記検出された第１電圧（ＶＭ１）と、前記検出された第２電圧（ＶＭ２）とに基づいて、少なくとも１つのプロセッサにより、前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧（ＶＡＣ）を決定することと、を含む、方法。
【請求項２０】
前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧（ＶＡＣ）を決定することは、前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧（ＶＡＣ）を、式ＶＡＣ＝ＶＭ１×［（Ｃ１／Ｃ２）−１］／［（Ｃ１ＶＭ１／Ｃ２ＶＭ２）−１］にしたがって決定することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１電圧（ＶＭ１）及び前記第２電圧（ＶＭ２）のそれぞれを検出することは、前記第１電圧（ＶＭ１）及び前記第２電圧（ＶＭ２）のそれぞれを、前記可変静電容量サブシステムに結合された少なくとも１つのアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を介して検出することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１電圧（ＶＭ１）及び前記第２電圧（ＶＭ２）のそれぞれを検出することは、前記第１電圧（ＶＭ１）及び前記第２電圧（ＶＭ２）を、少なくとも２０ビットの有効分解能で検出することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記可変静電容量サブシステムに第２静電容量値（Ｃ２）を取らせることは、前記第１静電容量値（Ｃ１）の、前記第２静電容量値（Ｃ２）に対する割合（Ｃ１：Ｃ２）が、２：５と１：１０との間（ただし両端を含む）で、前記可変静電容量サブシステムに第２静電容量値を取らせることを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つのプロセッサによって、前記決定されたＡＣ電圧（ＶＡＣ）を、ユーザーインターフェイスを介して提示することを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
少なくとも１つのプロセッサによって、前記可変静電容量サブシステムに第３静電容量値（Ｃ３）を取らせることと；
前記導電センサが前記絶縁導体に隣接して配置されると、少なくとも１つのプロセッサによって、前記可変静電容量サブシステムの両側の第３電圧（ＶＭ３）を検出することと；
少なくとも部分的に、前記検出された第１電圧（ＶＭ１）と、前記検出された第２電圧（ＶＭ２）と、前記検出された第３電圧（ＶＭ３）とに基づいて、少なくとも１つのプロセッサによって、前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧（ＶＡＣ）を検出することと、を更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記絶縁導体の前記ＡＣ電圧（ＶＡＣ）を決定することは、式：ＶＡＣ＝Ｃ３ＶＭ３×［（ＶＭ２−ＶＭ１）／（Ｃ１ＶＭ１−Ｃ２ＶＭ２）］＋ＶＭ３にしたがって、前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧（ＶＡＣ）を決定することを含む、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、電気的特性の測定に関し、より具体的には、交流（ＡＣ）電圧の非接触式測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧計は、電気回路内の電圧を測定するために用いられる計器である。２種類以上の電気的特性を測定する計器は、マルチメータ又はデジタルマルチメータ（ＤＭＭ）と呼ばれ、点検修理、不具合対応、及びメンテナンスの用途に一般的に必要となる多くのパラメータを測定するために運用される。そのようなパラメータとしては典型的に、交流（ＡＣ）の電圧及び電流、直流（ＤＣ）の電圧及び電流、並びに、抵抗又は導通性が挙げられる。例えば、電力特性、周波数、静電容量、及び温度のような、他のパラメータもまた、特定の用途の必要事項を満たすために測定され得る。
【０００３】
ＡＣ電圧を測定する従来の電圧計又はマルチメータを用いる場合、少なくとも１つの測定電極又はプローブを、ガルバニック接触状態にすることが必要であり、そのためには、しばしば、絶縁された電線の絶縁体を部分的に切り欠こと、又は予め、測定用の端子を用意することを必要とする。ガルバニック接触用にむき出しの電線又は端子が必要とされるのに加えて、電圧計のプローブを、被覆を剥いだ電線又は端子に接触させる工程は、電気ショックを受けたり感電したりするリスクを伴う、比較的危険なものとなる可能性がある。
【０００４】
非接触式電圧検出器は、回路とのガルバニック接触を必要とせずに、交流（ＡＣ）の電圧、典型的には高電圧の存在を検出するために一般に使用されている。電圧が検出されると、ユーザーは、光、ブザー、又は振動するモーターにより、その事実を知ることとなる。しかしながら、そのような非接触式の電圧検出器は、ＡＣ電圧の有無を示すのみであり、ＡＣ電圧の実際の大きさ（例えば、ＲＭＳ値）を示すものではない。
【０００５】
したがって、テストされる回路にガルバニック接触する必要がなく、便利に正確な電圧測定ができるＡＣ電圧測定システムに対する需要が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１４７０３５号
【発明の概要】
【０００７】
簡単にまとめると、絶縁導体内の交流（ＡＣ）電圧を測定するシステムは、絶縁導体にガルバニック接触することなく、絶縁導体に隣接して配置可能で、絶縁導体に容量性結合する導電センサと；導電センサに電気的に結合された第１静電容量サブシステムノード及び、第２静電容量サブシステムノードを含み、第１静電容量サブシステムノード及び第２静電容量サブシステムノードは、それらの間に、少なくとも第１静電容量値（Ｃ1）と、第１静電容量値（Ｃ1）とは異なる第２静電容量値（Ｃ2）との間を、選択的に変化し得る静電容量を有する、可変静電容量サブシステムと；動作中に、第１静電容量サブシステムノードと第２静電容量サブシステムノードとの間の電圧を検出する、電圧測定サブシステムと；プロセッサにより実行可能な命令又はデータのうちの少なくとも一方を格納する、少なくとも１つのプロセッサによって読み取り可能な、非一時的な記録媒体と；少なくとも１つのプロセッサによって読み取り可能な、非一時的な記録媒体に通信可能に結合される少なくとも１つのプロセッサと、を備えるシステムであって、動作中には、プロセッサにより実行可能な命令又はデータの実行に反応して、少なくとも１つのプロセッサが：可変静電容量サブシステムに、第１静電容量サブシステムノードと第２静電容量サブシステムノードとの間に、第１静電容量値（Ｃ1）を取らせ；電圧測定サブシステムに、第１静電容量サブシステムノードと第２静電容量サブシステムノードとの間の、第１電圧（ＶM1）を検出させ；可変静電容量サブシステムに、第１静電容量サブシステムノードと第２静電容量サブシステムノードとの間の、第２静電容量値（Ｃ2）を取らせ；電圧測定サブシステムに、第１静電容量サブシステムノードと第２静電容量サブシステムノードとの間の、第２電圧（ＶM2）を検出させ；かつ少なくとも部分的に、検出された第１電圧（ＶM1）と、検出された第２電圧（ＶM2）とに基づいて、絶縁導体内のＡＣ電圧（ＶAC）を決定する、システムである。
【０００８】
少なくとも１つのプロセッサは、絶縁導体内のＡＣ電圧（ＶAC）を、式：ＶAC＝ＶM1×［（Ｃ1／Ｃ2）−１］／［（Ｃ1ＶM1／Ｃ2ＶM2）−１］にしたがって決定する。電圧測定サブシステムは、少なくとも１つのアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を含み得る。電圧測定サブシステムは、少なくとも２０ビットの有効分解能を有し得る。可変静電容量サブシステムは、第１静電容量サブシステムノードと第２静電容量サブシステムノードとの間に、それぞれが選択的に電気的に結合される、少なくとも第１キャパシタと第２キャパシタとを含み得る。可変静電容量サブシステムは、第１静電容量サブシステムノードと第２静電容量サブシステムノードとの間に電気的に結合される第１キャパシタと、第１静電容量サブシステムノードと第２静電容量サブシステムノードとの間に、選択的に電気的に結合される第２キャパシタとを含み得る。第１静電容量値（Ｃ1）と第２静電容量値（Ｃ2）とは、第１静電容量値の（Ｃ1）第２静電容量値（Ｃ2）に対する割合（Ｃ1：Ｃ2）が、２：５と１：１０の間（ただし両端を含む）にあり得る。第１静電容量値（Ｃ１）は、入力される信号と入力される静電容量とのさまざまに異なる値に対応するように、選択的に変化可能であり得る。第１静電容量値（Ｃ1）と第２静電容量値（Ｃ2）とのうちの一方は、第１静電容量値（Ｃ1）と第２静電容量値（Ｃ2）とのうちの他方の、少なくとも２倍であり得る。第１静電容量値（Ｃ1）及び第２静電容量値（Ｃ2）のそれぞれは、１０００ピコファラッド（ｐＦ）と５０００ピコファラッド（ｐＦ）との間であり得る。システムは、少なくとも１つのプロセッサに通信可能に結合されるユーザーインターフェイスを更に備え得るが、少なくとも１つのプロセッサは、決定されたＡＣ電圧（ＶAC）を、ユーザーインターフェイスを介して提示する。ユーザーインターフェイスが、ディスプレイ又は複数の発光素子のうちの少なくとも一方を含み得る。動作中、第２静電容量サブシステムノードは、システムを操作しているユーザーの身体を介して基準ノードに電気的に結合され得る。システムは、第２静電容量サブシステムノードをアース接地に電気的に結合させる、基準接続を更に含み得る。第１静電容量サブシステムノード及び第２静電容量サブシステムノードは、それらのノード間に、少なくとも第１静電容量値（Ｃ1）、第２静電容量値（Ｃ2）、及び第３静電容量値（Ｃ3）の間で更に選択的に変化可能な静電容量を有し得、かつ、プロセッサによって読み取り可能な、非一時的な記録媒体内のプロセッサにより実行可能な命令又はデータの実行に反応して、少なくとも１つのプロセッサが：可変静電容量サブシステムに、第１静電容量サブシステムノードと第２静電容量サブシステムノードの間に、第３静電容量値（Ｃ3）を取らせ；電圧測定サブシステムに、第１静電容量サブシステムノードと第２静電容量サブシステムノードとの間の、第３電圧（ＶM3）を検出させ；かつ少なくとも部分的に、検出された第１電圧（ＶM1）と、検出された第２電圧（ＶM2）と、検出された第３電圧（ＶM3）とに基づいて、前記絶縁導体内のＡＣ電圧（ＶAC）を決定し得る。少なくとも１つのプロセッサは、絶縁導体内のＡＣ電圧（ＶAC）を、式：ＶAC＝Ｃ3ＶM3×［（ＶM2−ＶM1）／（Ｃ1ＶM1−Ｃ2ＶM2）］＋ＶM3にしたがって決定し得る。
【０００９】
簡単にまとめると、絶縁導体内の交流（ＡＣ）電圧を測定するシステムは、絶縁導体にガルバニック接触することなく、絶縁導体に隣接して配置可能で、絶縁導体に容量性結合する導電センサと；導電センサに電気的に結合された可変静電容量サブシステムと；動作すると可変静電容量サブシステムの両側の電圧を検出する電圧測定サブシステムと；プロセッサにより実行可能な命令又はデータのうちの少なくとも一方を格納する、少なくとも１つのプロセッサによって読み取り可能な、非一時的な記録媒体と；少なくとも１つのプロセッサによって読み取り可能な、非一時的な記録媒体に通信可能に結合される少なくとも１つのプロセッサと、を備えるシステムであって、動作中には、プロセッサにより実行可能な命令又はデータの実行に反応して、少なくとも１つのプロセッサが：可変静電容量サブシステムに第１静電容量値（Ｃ1）を取らせ；導電センサが絶縁導体に隣接して配置されると、電圧測定サブシステムを介して、可変静電容量サブシステムの両側の第１電圧（ＶM1）を検出し、可変静電容量サブシステムに第２静電容量値（Ｃ2）を取らせ；導電センサが絶縁導体に隣接して配置されると、電圧測定サブシステムを介して、可変静電容量サブシステムの両側の第２電圧（ＶM2）を検出し、少なくとも部分的に、検出された第１電圧（ＶM1）と、検出された第２電圧（ＶM2）とに基づいて、絶縁導体内のＡＣ電圧（ＶAC）を決定する、システムである。
【００１０】
少なくとも１つのプロセッサは、絶縁導体内のＡＣ電圧（ＶAC）を、式：ＶAC＝ＶM1×［（Ｃ1／Ｃ2）−１］／［（Ｃ1ＶM1／Ｃ2ＶM2）−１］にしたがって決定する。電圧測定サブシステムは、少なくとも２０ビットの有効分解能を有する、少なくとも１つのアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を含み得る。可変静電容量サブシステムが、少なくとも第１キャパシタと、第２キャパシタと、第１キャパシタと第２キャパシタのうちの少なくとも一方に結合されたスイッチとを含み得るが、スイッチが、可変静電容量サブシステムに、第１静電容量値（Ｃ1）及び第２静電容量値（Ｃ2）を取らせるように、少なくとも１つのプロセッサによって選択的に動作可能である。
【００１１】
簡単にまとめると、絶縁導体にガルバニック接触することなく、絶縁導体に隣接して配置可能な導電センサと、導電センサに電気的に結合された可変静電容量サブシステムとを備えるシステムであって、前記絶縁導体内の交流（ＡＣ）電圧を測定するためのシステムを動作させるための方法が提供されるが：その方法は：少なくとも１つのプロセッサによって、可変静電容量サブシステムに第１静電容量値（Ｃ1）を取らせることと；導電センサが絶縁導体に隣接して配置されると、少なくとも１つのプロセッサによって、可変静電容量サブシステムの両側の第１電圧（ＶM1）を検出することと；少なくとも１つのプロセッサによって、可変静電容量サブシステムに第２静電容量値（Ｃ2）を取らせることと；導電センサが絶縁導体に隣接して配置されると、少なくとも１つのプロセッサによって、可変静電容量サブシステムの両側の第２電圧（ＶM2）を検出することと；少なくとも部分的に、検出された第１電圧（ＶM1）と、検出された第２電圧（ＶM2）とに基づいて、少なくとも１つのプロセッサにより、絶縁導体内のＡＣ電圧（ＶAC）を決定することと、を含む方法である。
【００１２】
絶縁導体内のＡＣ電圧（ＶAC）を決定することは、絶縁導体内のＡＣ電圧（ＶAC）を、式ＶAC＝ＶM1×［（Ｃ1／Ｃ2）−１］／［（Ｃ1ＶM1／Ｃ2ＶM2）−１］にしたがって決定することを含み得る。第１電圧（ＶM1）及び第２電圧（ＶM2）のそれぞれを検出することは、第１電圧（ＶM1）及び第２電圧（ＶM2）のそれぞれを、可変静電容量サブシステムに結合された少なくとも１つのアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を介して検出することを含み得る。第１電圧（ＶM1）及び第２電圧（ＶM2）のそれぞれを検出することは、第１電圧（ＶM1）及び第２電圧（ＶM2）を、少なくとも２０ビットの有効分解能で検出することを含み得る。可変静電容量サブシステムに第２静電容量値（Ｃ2）を取らせることは、可変静電容量サブシステムに、第１静電容量値（Ｃ1）の少なくとも２倍であるか、又は、第１静電容量値（Ｃ1）の半分以下であるかのいずれかである第２静電容量値を取らせることを含み得る。その方法は、少なくとも１つのプロセッサによって、決定されたＡＣ電圧（ＶAC）を、ユーザーインターフェイスを介して提示することを更に含む。その方法は：少なくとも１つのプロセッサによって、可変静電容量サブシステムに第３静電容量値（Ｃ3）を取らせることと；導電センサが絶縁導体に隣接して配置されると、少なくとも１つのプロセッサによって、可変静電容量サブシステムの両側の第３電圧（ＶM3）を検出することと；少なくとも部分的に、検出された第１電圧（ＶM1）と、検出された第２電圧（ＶM2）と、検出された第３電圧（ＶM3）とに基づいて、少なくとも１つのプロセッサによって、絶縁導体内のＡＣ電圧（ＶAC）を検出することとを更に含み得る。絶縁導体のＡＣ電圧（ＶAC）を決定することは、式：ＶAC＝Ｃ3ＶM3×［（ＶM2−ＶM1）／（Ｃ1ＶM1−Ｃ2ＶM2）］＋ＶM3にしたがって、前記絶縁導体内の前記ＡＣ電圧（ＶAC）を決定することを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
図面では、同一の参照番号は、類似の要素又は動作を示す。図面における構成要素のサイズ及び相対位置は、必ずしも尺度どおりに描かれていない。例えば、さまざまな要素の形状及び角度は、必ずしも実大で描かれてはおらず、それらの要素の一部は、意図的に拡大されたり、配置を変更されたりして、図面が見やすいようにされている場合がある。更に、要素が描かれた具体的な形状は、必ずしも、その特定の要素の実際の形状について、何らかの情報を伝えることを意図してはおらず、図面中における認識を容易にするために選ばれているに過ぎないという場合がある。
【図１】図１は、１つの図示された実施形態により、非接触式電圧測定システムがオペレータによって、絶縁された電線に存在するＡＣ電圧を、その電線にガルバニック接触せずに測定するために使用され得る、環境を表す絵図である。
【図２】図２は、１つの図示された実施形態による、図１の非接触式電圧測定システムの上面図である。
【図３】図３は、１つの図示された実施形態による、非接触式電圧測定システムの高レベルブロック図である。
【図４】図４は、１つの図示された実施形態による、２つのキャパシタを用いる可変静電容量サブシステムを含む、非接触式電圧測定システムの概略図である。
【図５】図５は、１つの図示された実施形態による、図４の非接触式電圧測定システムの概略的回路図である。
【図６】図６は、１つの図示された実施形態による、３つのキャパシタを用いる可変静電容量サブシステムを含む、非接触式電圧測定システムの回路図である。
【図７】図７は、１つの図示された実施形態による、絶縁された電線に存在するＡＣ電圧を、その電線にガルバニック接触せずに測定するために、非接触式電圧測定システムを操作する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の説明では、本開示のさまざまな実施形態を完全に理解するために必要な、特定の具体的な詳細事項を明らかにする。しかしながら、当業者であれば、これらの具体的な詳細事項のうちの１つ以上のものがなくても実施できること、あるいは他の方法、構成部品、材料等々によっても実施できること認識するであろう。別の例においては、コンピュータのシステム、サーバーコンピューター、及び／又は通信ネットワークに関連する周知の構造物が詳しく示されてはいなかったり、説明されていなかったりするが、それは、実施形態についての説明を無用にわかりにくくするのを避けるためである。
【００１５】
文脈によりそうでないことが必要とされない限り、明細書及び請求項全体にわたり、「備える／含む（comprising）」は、「含む（including）」と同義であり、包括性を意味する又は制限を意味しない（すなわち、追加的で、具体的に言及されていない要素、又は方法上の行為を排除しない）用語である。
【００１６】
本明細書全体にわたり「１つの実施形態」又は「実施形態」に言及することは、その実施形態に関連して記述された特定の特徴部、構造体、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。このため、本明細書全体のさまざまな位置での語句「１つの実施形態では」又は「実施形態では」は、必ずしも同じ実施形態について言及するものではない。更に、特定の特徴部、構造体又は特性は、１つ以上の実施形態において、任意の好適な方法で組み合わせてもよい。
【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場合には、単数を表す「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないと示している場合を除き、複数の指示対象への言及を含むことに留意しなければならない。また、「又は（若しくは）（ｏｒ）」という用語は、文脈が明らかにそうでないと示している場合を除き、「及び／又は」を含んだ意味で一般に用いられている。
【００１８】
本明細書に提示される各部の見出し及び本開示の要約については、あくまでも便宜上のものであり、実施形態の範囲又は意味を解釈するためのものではない。
【００１９】
本発明の１つ以上の実施形態が、絶縁導体（例えば、絶縁された電線）の交流（ＡＣ）電圧を、その導体とテスト用電極又はプローブとの間のガルバニック接続を必要とせずに測定するためのシステム及び方法を対象としている。一般に、非ガルバニック接触（又は「非接触」）式電圧測定システムは、その静電容量が変化し得る電圧を、被験絶縁導体とアース接地電位との間に生成するよう動作する可変静電容量サブシステムを含むものとして提供される。測定の間、非接触式電圧測定システムは可変静電容量サブシステムの静電容量を変化させて、被験絶縁導体とアース接地電位との間の、容量分圧器回路のインピーダンスを変化させる。続けて２（又は３）回の測定を、可変静電容量サブシステムの両側で行うことで、絶縁導体に対して何らのガルバニック接続をも必要とせずに、絶縁導体のＡＣ電圧が決定され得る。ガルバニック接続を必要としない上のようなシステムを、本明細書においては「非接触式」と呼ぶものとする。本明細書において用いられる場合、「電気的に結合された」という用語には、他に特に断らない限り、直接的及び間接的結合の両方が含まれる。
【００２０】
図１は、本発明の非接触式電圧測定システム１０２が、非接触式電圧測定システム１０２と電線１０６との間のガルバニック接触を必要とすることなく、絶縁された電線１０６に存在するＡＣ電圧を測定するために、オペレータ１０４によって使用され得る、環境１００の概略図である。図２は、図１の非接触式電圧測定システム１０２の上面図である。非接触式電圧測定システム１０２は、グリップ部又は端１１０と、グリップ部１１０の反対側のプローブ部又は端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、ユーザーが非接触式電圧測定システム１０２と相互作用するのを容易にするユーザーインターフェイス１１４を含み得る。ユーザーインターフェイス１１４は、任意の数の入力装置（例えば、ボタン、ダイヤル、スイッチ、タッチセンサ）と、任意の数の出力装置（例えば、ディスプレイ、ＬＥＤ、スピーカー、ブザー）とを含み得る。
【００２１】
図２に最もよく示されるような少なくとも一部の実施形態においては、プローブ部又は端１１２は、第１拡張部１１８及び第２拡張部１２０により画定される、凹部１１６を含み得る。凹部１１６は、絶縁された電線１０６を受容する。絶縁された電線１０６は、導体１２２と、導体１２２を取り囲む絶縁体１２４とを含む。凹部１１６は、絶縁された電線１０６が、非接触式電圧測定システム１０２の凹部１１６内に位置した際に、絶縁された電線１０６の絶縁体１２４に隣接する、又は実質的に隣接する、センサ又は電極１２６を含み得る。
【００２２】
図１に示すように、使用中には、非接触式電圧測定システム１０２が、アース接地（又はその他の基準ノード）電位に対して電線１０６内に存在する、ＡＣ電圧を正確に測定し得るように、オペレータ１０４がハウジング１０８のグリップ部１１０を握って、プローブ部１１２を絶縁された電線１０６の近くに配置し得る。プローブ部又は端１１２は、凹部１１６を有するように図示されているが、別の実施形態においては、プローブ部１１２は別の構成を有する場合もあり得る。例えば、少なくとも一部の実施形態においては、プローブ部１１２は、選択的に可動するクランプと、フックとに加えて、センサを含む平坦又は弓状に曲がった表面、又は非接触式電圧測定システム１０２のセンサを、絶縁された電線１０６に隣接して配置するのを可能にする、その他のタイプのインターフェイスとを含み得る。
【００２３】
以下に更に論じるように、少なくとも一部の実施形態においては、非接触式電圧測定システム１０２は、オペレータ１０４とアース１２８との間の人体容量（ＣB）を、ＡＣ電圧測定の間、利用し得る。ＡＣ電圧を測定するために非接触式電圧測定システム１０２によって用いられる具体的なシステム及び方法について、図３〜７を参照しつつ以下に論じる。
【００２４】
図３は、非接触式電圧測定システム３００の高レベルブロック図である。非接触式電圧測定システム３００は、上述の図１及び図２の非接触式電圧測定システム１０２と類似又は同じものであり得る。
【００２５】
非接触式電圧測定システム３００は、オペレータ１０４がプローブ部又は端１１２（図１）を、電線１０６の近傍に配置させた際に、絶縁された電線１０６に隣接し得るようなサイズ、寸法、配置となっている、導電センサ又は電極３０２を含む。センサ３０２は、例えば、図２のセンサ１２６と類似の又は同じものであり得る。非接触式電圧測定システム３００が、絶縁された電線１０６の近くに、センサ３０２が電線１０６に隣接するように配置された場合、センサは絶縁された電線１０６と容量的に結合する。換言すれば、センサ３０２の導電部は、センサキャパシタ（ＣS）の半分を含み、絶縁された電線１０６（図２）の導体１２２が、センサキャパシタの別の半分を含むということになる。少なくとも一部の実施形態においては、センサ３０２は、センサの絶縁された電線１０６に面する側の電磁界への感度は、センサの絶縁された電線１０６に面していない側の電磁界への感度よりも大きくなるように設計され得る。
【００２６】
非接触式電圧測定システム３００はまた、導電センサ３０２と電気的に結合する可変静電容量サブシステム３０４を含む。可変静電容量サブシステム３０４は、少なくとも第１静電容量値（Ｃ1）と、第１静電容量値（Ｃ1）とは異なる第２静電容量値（Ｃ2）との間で選択的に変化し得る、静電容量値を有する。少なくとも一部の実施形態においては、可変静電容量サブシステム３０４は、少なくとも、それぞれ互いに異なる、第１静電容量値（Ｃ1）と、第２静電容量値（Ｃ2）と、第３静電容量値（Ｃ3）との間で変化し得る静電容量値を選択的に有するように制御され得る。後程更に論じるように、可変静電容量サブシステム３０４は、絶縁された電線１０６から、非接触式電圧測定システム３００を通って、アース接地１２８又はその他の基準ノードに延びる、直列の容量性回路の静電容量を変化させるために用いられる。
【００２７】
少なくとも一部の実施形態においては、入力される信号及び入力される静電容量の、変化する値に対応するために、静電容量値の少なくとも１つ（例えば、静電容量値Ｃ1）が、選択的に変化させられ得る。例えば、システム３００は、正確な測定をするには、入力された信号は大きすぎる又は小さすぎると判断して、正確な信号測定が可能になるように、１つ以上の静電容量値を選択的に調整し得る。このように、選択的に組み合わされて特定の入力信号及び入力静電容量に適した所望の静電容量値を提供し得る、複数の物理的キャパシタを利用して、１つ以上の静電容量値（例えば、Ｃ1）が実現され得る。
【００２８】
非接触式電圧測定システム３００はまた、可変静電容量サブシステム３０４の両側の電圧又は電圧を示す信号を感知するように動作する、電圧測定サブシステム３０６を含む。少なくとも一部の実施形態においては、電圧測定サブシステム３０６は、アナログ電圧信号をデジタル信号に変換する、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を含み得る。例えば、電圧測定サブシステム３０６は、高度に正確な測定を容易にする、例えば２０ビット以上（例えば、２２ビット）の分解能のような、比較的高い有効分解能を有する、ＡＤＣを含み得る。少なくとも一部の実施形態においては、電圧測定サブシステム３０６は、ＡＤＣを用いて信号をデジタル形式に変換する前に、可変静電容量サブシステム３０４からの、検出された電圧をバッファ、成形、及び／又は増幅するための条件付け回路（例えば、１つ以上の増幅器及び／又はフィルター）含み得る。
【００２９】
非接触式電圧測定システム３００はまた、電圧測定サブシステム３０６と可変静電容量サブシステム３０４とに、通信可能に結合されるコントローラ３０８をも含み得る。コントローラ３０８は、任意の好適なハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせであり得る。１つの例としては、コントローラ３０８は、１つ以上のプロセッサと、その１つ以上のプロセッサと通信可能に結合される、プロセッサによって読み取り可能な、１つ以上の非一時的な記録媒体とを含み得る。プロセッサによって読み取り可能な、非一時的な記録媒体は、１つ以上のプロセッサによって実行されて、１つ以上のプロセッサに、本明細書において論じられる機能を実行させる（例えば、絶縁された電線１０６内のＡＣ電圧を測定する）、命令及び／又はデータを格納し得る。
【００３０】
コントローラ３０８は、例えば、１つ以上の中央処理装置（ＣＰＵ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、人工神経網回路若しくはシステム、又は任意のその他の論理コンポーネントのような、任意のタイプの処理装置を含み得る。コントローラ３０８に結合された、プロセッサによって読み取り可能な、非一時的な記録媒体としては、任意のタイプの非一時的、揮発性及び／又は不揮発性メモリを挙げられ得る。
【００３１】
非接触式電圧測定システム３００はまた、コントローラ３０８に通信可能に結合されたユーザーインターフェイス３１０を含み得る。ユーザーインターフェイス３１０は、任意の数の入力装置（例えば、ボタン、ダイヤル、スイッチ、タッチセンサ）と、任意の数の出力装置（例えば、ディスプレイ、ＬＥＤ、スピーカー、ブザー）とを含み得る。少なくとも一部の実施形態においては、コントローラ３０８及び／又はユーザーインターフェイス３１０は、データ及び／又は命令が非接触式電圧測定システム３００と１つ以上の外部装置との間でやりとりされるのを可能にする、１つ以上の、有線及び／又は無線通信インターフェイス（例えば、ＵＳＢ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標））を含み得る。
【００３２】
運用に際して、オペレータ１０４は、非接触式電圧測定システム３００を絶縁された電線１０６の近くに配置して、センサ３０２を電線１０６と容量的に結合させて、センサキャパシタＣSを形成させてもよい。センサ３０２がそのように配置されると、コントローラ３０８は、可変静電容量サブシステム３０４に異なる静電容量値を取らせて、電圧測定サブシステム３０６から、異なる静電容量値のそれぞれでの測定値を取得し得る。コントローラ３０８は次に、取得した測定値に基づいて、絶縁された電線１０６内に存在するＡＣ電圧の大きさを決定し、その結果を、オペレータ１０４に対して、ユーザーインターフェイス３１０を介して提供し得る。非接触式電圧測定システム３００の具体的な実施形態についての、追加的な詳細は、図４〜図６を参照しつつ以下に論じる。
【００３３】
図４は、２つのキャパシタ（キャパシタ４０１及び４０３と呼ぶ）を用いる可変静電容量サブシステム４０２を含む、非接触式電圧測定システム４００の概略図である。キャパシタ４０１及び４０３は、互いに同じであるか又は互いに異なる静電容量値を有し得る。非制限的な例としては、キャパシタ４０１及び４０３のそれぞれは、１０００ピコファラッド（ｐＦ）の静電容量値を有し得る。別の１つの例としては、キャパシタ４０１が１０００ｐＦの静電容量値を、かつキャパシタ４０３が、２０００ｐＦの静電容量値を有し得る。
【００３４】
可変静電容量サブシステム４０２は、第１静電容量サブシステムノード４０４と第２静電容量サブシステムノード４０６とを含む。キャパシタ４０１は、第１静電容量サブシステムノード４０４と第２静電容量サブシステムノード４０６とを電気的に結合する。第１静電容量サブシステムノード４０４は、導電センサ４０８に更に電気的に結合されるが、同センサ４０８は、上に論じた図２及び図３の、それぞれ非接触式電圧測定システム１０２及び３００の導電センサ１２６及び３０２と類似の又は同じものであり得る。上に論じたように、非接触式電圧測定システム４００が絶縁された電線１０６に隣接して配置されると、導電センサ４０８がセンサキャパシタＣSの半分を形成し、電線１０６の導体１２２（図２）がセンサキャパシタＣSの他の半分を形成する。
【００３５】
可変静電容量サブシステム４０２はまた、キャパシタ４０３をキャパシタ４０１と並列に、選択的に電気的に結合させるように動作する、スイッチＳ1をも含む。このように、スイッチＳ1を選択的に制御することによって、第１静電容量サブシステムノード４０４と第２静電容量サブシステムノード４０６との間の静電容量値が、キャパシタ４０１の静電容量値と、キャパシタ４０１及び４０３の静電容量値の合計値との間で、選択的に変化可能になる。キャパシタ４０１及び４０３が同じ静電容量値（例えば、１０００ｐＦ）を有する場合には、可変静電容量サブシステム４０２の静電容量は、スイッチＳ1が閉じている時には、スイッチＳ1が開いている時の可変静電容量サブシステム４０２の静電容量値の２倍となる（例えば、２０００ｐＦ対１０００ｐＦ）。
【００３６】
第２静電容量サブシステムノード４０６は、動作中に非接触式電圧測定システム４００を保持するオペレータ１０４（図１及び図２）の静電容量である、人体容量ＣBを介して、アース１２８と電気的に結合され得る。一般に、オペレータの身体は、アース１２８に対して、薄い絶縁体により覆われた導体としてモデル化し得る。典型的には、人体容量ＣBは、さまざまな要因に依存して変化し、二桁から三桁前半のピコファラッド（例えば、５０〜３００ｐＦ）の範囲内にある。少なくとも一部の実施形態においては、人体容量ＣBを使用せず、第２静電容量サブシステムノード４０６は、任意選択的に、非接触式電圧測定システム４００とアース１２８との間の好適な電気的接続を介して、アース１２８に電気的に結合され得る。
【００３７】
コントローラ３０８は、スイッチＳ1の動作を選択的に制御するように結合され、次いで同スイッチＳ1は、可変静電容量サブシステム４０２の静電容量値を選択的に制御して、静電容量値Ｃ1又は静電容量値Ｃ2のいずれかとする。この例においては、静電容量値Ｃ1は、キャパシタ４０１の静電容量と等しく、静電容量値Ｃ2は、キャパシタ４０１及び４０３の静電容量の合計と等しい。他の例においては、第１静電容量サブシステムノード４０４と第２静電容量サブシステムノード４０６との間の、キャパシタと１つ以上のスイッチとの配置によって、異なる静電容量値Ｃ1及びＣ2が、可変静電容量サブシステム４０２内で、選択的に実現され得る。
【００３８】
非接触式電圧測定システム４００はまた、第１静電容量サブシステムノード４０４及び第２静電容量サブシステムノード４０６に電気的に結合される、ＡＤＣ４１０をも含む。ＡＤＣ４１０は、好適なインターフェイス（例えば、同期式シリアルインターフェイス（ＳＳＩ））を介して、コントローラ３０８に、通信可能に結合される。ＡＤＣ４１０は、第１静電容量サブシステムノード４０４と第２静電容量サブシステムノード４０６との間のアナログ電圧を、デジタル信号に変換して、デジタル信号を、コントローラ３０８に提供する。少なくとも一部の実施形態においては、ＡＤＣ４１０は、例えば２０以上のビット数（例えば、２２ビット、２４ビット、３０ビット）の分解能のような、比較的高い有効分解能を有し得る。明確には示されていないものの、ＡＤＣ４１０は、可変静電容量サブシステム４０２からの検出電圧を、信号をデジタル形式に変更する前に、バッファ、成形、及び／又は増幅するための条件付け回路（例えば、１つ以上の増幅器及び／又はフィルター）を、含むか又は結合され得る。更に、コントローラ３０８及びＡＤＣ４１０は、別々の構成要素として概略的に示されているが、少なくとも一部の実施形態においては、一部又は全部の機能が、１つのシステム又は構成要素（例えば、単一の集積回路）に集約され得る。
【００３９】
電線１０６内のＡＣ電圧を測定するために、センサ４０８と電線１０６とがセンサキャパシタＣSを形成するように、センサ４０８が電線１０６に隣接して配置されると、コントローラ３０８はまず、可変静電容量サブシステム４０２に、第１静電容量サブシステムノード４０４と第２静電容量サブシステムノード４０６との間の第１静電容量値Ｃ1を取らせ得る。例えば、コントローラ３０８は、それを、スイッチＳ1を開いて、可変静電容量サブシステム４０２に、キャパシタ４０１の静電容量と等しい静電容量値を取らせることにより実現し得る。
【００４０】
次に、可変静電容量サブシステム４０２が第１静電容量値Ｃ1を取っている間に、コントローラ３０８は、ＡＤＣ４１０に、第１静電容量サブシステムノード４０４と第２静電容量サブシステムノード４０６との間の、第１電圧ＶM1をキャプチャ又は測定させ得る。そのような電圧ＶM1は、後の使用のために、プロセッサによって読み取り可能な、非一時的な記録媒体内に、コントローラ３０８によって格納され得る。
【００４１】
次に、第１電圧ＶM1の測定値を取得した後で、コントローラ３０８は、可変静電容量サブシステム４０２に、第１静電容量サブシステムノード４０４と第２静電容量サブシステムノード４０６との間の、第２静電容量値Ｃ2を取らせる。例えば、コントローラ３０８はそれを、スイッチＳ2を閉じて、キャパシタ４０３を、キャパシタ４０１と並列に配置して、可変静電容量サブシステム４０２に、キャパシタ４０１及び４０３の静電容量値の合計と等しい静電容量値を取らせることによって実現し得る。
【００４２】
可変静電容量サブシステム４０２が第２静電容量値Ｃ2を取っている間に、コントローラ３０８は、ＡＤＣ４１０に、第１静電容量サブシステムノード４０４と第２静電容量サブシステムノード４０６との間の、第２電圧ＶM2をキャプチャ又は測定させ得る。
【００４３】
次に、コントローラ３０８は、少なくとも部分的に、検出された第１電圧ＶM1と、検出された第２電圧ＶM2、第１静電容量値Ｃ1、及び第２静電容量値Ｃ2とに基づいて、絶縁された電線１０６内のＡＣ電圧を決定し得る。絶縁された電線１０６内のＡＣ電圧を決定するためのプロセスの１つの例を、図５を参照しつつ以下に論じる。
【００４４】
図５は、図４の非接触式電圧測定システム４００の概略的回路図である。この例においては、絶縁された電線１０６のＡＣ電圧は、ＡＣ電源（ＶAC）により表されている。ＡＣ電源（ＶAC）と、センサキャパシタＣSと、スイッチＳ1の状態次第で、静電容量値Ｃ1又は静電容量値Ｃ2のいずれかである測定静電容量ＣMと、オペレータ１０４（図１及び図２）の人体容量ＣBとの間に、直列容量性回路が形成される。上に論じたように、ＡＤＣ４１０は、可変静電容量サブシステム４０２が第１静電容量値（すなわち、ＣM＝Ｃ1）である間に、ノード４０４と４０６との間の第１電圧測定値ＶM1を取得し、可変静電容量サブシステム４０２が第２静電容量値（すなわち、ＣM＝Ｃ2）を有する間に、ノード４０４と４０６との間の第２電圧測定値ＶM2を取得する。電圧の測定値ＶMは、ノード４０４での電圧（Ｖ404）と、ノード４０６での電圧（Ｖ406）との電位差と等しい（すなわち、ＶM＝Ｖ404−Ｖ406）。
【００４５】
ノード４０４における電流は、次の式で表され得る：
ＩCS−ＩCM＝０                            （１）
【００４６】
電流（ＩCS）は次の式で与えられる：
【００４７】
【数１】
2018105848.tif 000003
式中、（ＶAC−Ｖ404）は、センサキャパシタＣSの両側での電圧であり、ｓは、ラプラス変数であり、かつ（１／（ｓ×ＣS））は、センサキャパシタＣSのインピーダンスである。電流（ＩCM）は次の式で与えられる：
【００４８】
【数２】
2018105848.tif 000004
式中（Ｖ404−Ｖ406）は、キャパシタＣMの両側の電圧であり、かつ（１／（ｓ×ＣM））は、静電容量ＣMのインピーダンスである。
【００４９】
同様に、ノード４０６における電流は、次の式で表され得る：
ＩCM−ＩCB＝０                          （４）
【００５０】
電流（ＩCB）は次の式で与えられる：
【００５１】
【数３】
2018105848.tif 000005
式中（Ｖ406−０）は、人体容量ＣBの両側の電圧であり、かつ（１／（ｓ×ＣB））は、人体容量ＣBのインピーダンスである。電流（ＩCM）は、上のようにして提供される。
【００５２】
上の式（１）及び（４）と、ＶM＝Ｖ404−Ｖ406を用いて、ＶMは、以下の式によって表され得る：
【００５３】
【数４】
2018105848.tif 000006
【００５４】
上に論じたように、ＡＤＣ４１０は、可変静電容量システム４０２が静電容量値Ｃ1を取る間に第１電圧測定値ＶM1を取得し、可変静電容量システム４０２が静電容量値Ｃ2を取る間に第２電圧測定値ＶM2を取得する。したがって、ＶM1及びＶM2は以下の式で表され得る：
【００５５】
【数５】
2018105848.tif 000007
【００５６】
式（８）及び（９）は、絶縁された電線１０６内のＡＣ電圧（ＶAC）について解くことができ、以下の式によってそれは与えられる：
【００５７】
【数６】
2018105848.tif 000008
【００５８】
式（１０）からわかるように、ＡＣ電圧（ＶAC）は、既知の静電容量値Ｃ1及びＣ2（又は、静電容量値Ｃ1とＣ2との比率）並びに電圧の測定値ＶM1及びＶM2を用いての実行時に、決定し得る。すなわち、センサキャパシタＣS及び人体容量ＣBは、絶縁された電線１０６におけるＡＣ電圧（ＶAC）を得るためには、決定する必要がないということになる。ＡＣ電圧の周波数が式に入っていないものの、システム４００の全体のインピーダンスは、回路内のキャパシタの最も小さいものの周波数と静電容量とに依存するという点に更に留意せねばならない。例えば、センサ静電容量ＣSが、回路内の最小のキャパシタである１ｐＦである場合に、回路のインピーダンスは、５０Ｈｚで、３．５ＧΩ台である。
【００５９】
図６は、３つのキャパシタ（すなわち、キャパシタ６０２、６０４、及び６０６と呼ぶ）を用いる可変静電容量サブシステム６０１を含む、非接触式電圧測定システム６００の概略図である。非接触式電圧測定システム６００は、上に論じた非接触式電圧測定システムと類似の又は同じものであり、そのため実質的な相違点のみを、以下では簡潔に論じるものとする。
【００６０】
非接触式電圧測定システム６００は、センサ４０８に電気的に結合された第１静電容量サブシステムノード６０８と、オペレータ１０４（図１及び図２）の人体容量ＣBを介してアース１２８に電気的に結合された第２静電容量サブシステムノード６１０とを含む。少なくとも一部の実施形態においては、第２容量性サブシステムノード６１０は、任意選択的に、好適な電気的接続６１２（「基準接続」）を介して、アース１２８と直接電気的に結合され得る。
【００６１】
キャパシタ６０２は、ノード６０８及び６１０の間に直列に、コントローラ３０８によって制御可能なスイッチＳ2を介して、選択的に結合され得る。キャパシタ６０４は、ノード６０８及び６１０の間に直列に、コントローラ３０８によって制御可能なスイッチＳ3を介して、選択的に結合され得る。キャパシタ６０６は、ノード６０８及び６１０の間に直列に、コントローラ３０８によって制御可能なスイッチＳ4を介して、選択的に結合され得る。少なくとも一部の実施形態においては、コントローラ３０８は、一度に、スイッチＳ2、Ｓ3、及びＳ4のうちの１つを閉じて、一度に、キャパシタのうちの１つを、ノード６０８とノード６１０との間に、直列に結合させる。そのような例においては、キャパシタ６０２、６０４、及び６０６のそれぞれは、互いに異なる静電容量値を有し得る。例えば、キャパシタ６０２は、１０００ｐＦの静電容量値を有し、キャパシタ６０４は、２０００ｐＦの静電容量値を有し、キャパシタ６０６は、４０００ｐＦの静電容量値を有し得る。一般に、静電容量値は、キャパシタのそれぞれが回路に切り替えられて入った場合にも、電圧測定において比較的大きなバリエーションを提供するように選ばれるべきである。
【００６２】
電線１０６内のＡＣ電圧（ＶAC）を測定するために、センサ４０８と電線１０６とがセンサキャパシタＣSを形成するように、センサ４０８が電線１０６に隣接して配置されると、コントローラ３０８はまず、可変静電容量サブシステム４０２に、第１静電容量サブシステムノード６０８と第２静電容量サブシステムノード６１０との間の第１静電容量値Ｃ1を取らせ得る。例えば、コントローラ３０８は、それを、スイッチＳ2を閉じて、スイッチＳ3とスイッチＳ4とを開いて、可変静電容量サブシステム６０１に、キャパシタ６０２の静電容量と等しい静電容量値を取らせることにより実現し得る。
【００６３】
次に、可変静電容量サブシステム４０２が第１静電容量値Ｃ1を取っている間に、コントローラ３０８は、ＡＤＣ４１０に、第１静電容量サブシステムノード６０８と第２静電容量サブシステムノード６１０との間の、第１測定電圧ＶM1をキャプチャさせ得る。そのような電圧ＶM1は、後の使用のために、プロセッサによって読み取り可能な、非一時的な記録媒体内に、コントローラ３０８によって格納され得る。
【００６４】
次に、第１電圧ＶM1の測定値を取得した後で、コントローラ３０８は、可変静電容量サブシステム６０１に、第１静電容量サブシステムノード６０８と第２静電容量サブシステムノード６１０との間の、第２静電容量値Ｃ2を取らせる。例えば、コントローラ３０８は、それを、スイッチＳ3を閉じて、スイッチＳ2とスイッチＳ4とを開いて、可変静電容量サブシステム６０１に、キャパシタ６０４の静電容量値と等しい静電容量値を取らせることにより実現し得る。
【００６５】
可変静電容量サブシステム６０１が第２静電容量値Ｃ2を取っている間に、コントローラ３０８は、ＡＤＣ４１０に、第１静電容量サブシステムノード６０８と第２静電容量サブシステムノード６１０との間の、第２測定電圧ＶM2をキャプチャさせ得る。
【００６６】
第２電圧ＶM2の測定値を取得した後で、コントローラ３０８は、可変静電容量サブシステム６０１に、第１静電容量サブシステムノード６０８と第２静電容量サブシステムノード６１０との間の、第３静電容量値Ｃ3を取らせ得る。例えば、コントローラ３０８は、それを、スイッチＳ4を閉じて、スイッチＳ2とスイッチＳ3とを開いて、可変静電容量サブシステム６０１に、キャパシタ６０６の静電容量値と等しい静電容量値を取らせることにより実現し得る。
【００６７】
可変静電容量サブシステム６０１が第３静電容量値Ｃ3を取っている間に、コントローラ３０８は、ＡＤＣ４１０に、第１静電容量サブシステムノード６０８と第２静電容量サブシステムノード６１０との間の、第３測定電圧ＶM3をキャプチャさせ得る。
【００６８】
次に、コントローラ３０８は、少なくとも部分的に、検出された第１電圧ＶM1と、検出された第２電圧ＶM2と、検出された第３電圧ＶM3と、第１静電容量値Ｃ1と、第２静電容量値Ｃ2と、第３静電容量値Ｃ3とに基づいて、絶縁された電線１０６内のＡＣ電圧（ＶAC）を決定し得る。絶縁された電線１０６内のＡＣ電圧（ＶAC）を決定するためのプロセスの１つの例を、以下に論じる。
【００６９】
スイッチＳ2が閉じられて、スイッチＳ3及びＳ4が開かれた場合、絶縁された電線１０６内のＡＣ電圧（ＶAC）は、次式で表現され得る：
ＶAC＝Ｉ1（ＺS＋ＺB＋Ｚ602）                      （１１）
式中、Ｉ1は、直列電流であり、ＺSは、センサキャパシタＣSの未知のインピーダンスであり、ＺBは、オペレータ１０４（図１及び図２）の人体容量ＣBの未知のインピーダンスであり、Ｚ602は、キャパシタ６０２のインピーダンスである。
【００７０】
スイッチＳ3が閉じられて、スイッチＳ2及びＳ4が開かれた場合、絶縁された電線１０６内のＡＣ電圧は、次式で表現され得る：
ＶAC＝Ｉ2（ＺS＋ＺB＋Ｚ604）                      （１２）
式中、Ｉ2は、直列電流であり、ＺSは、センサキャパシタＣSの未知のインピーダンスであり、ＺBは、オペレータ１０４（図１及び図２）の人体容量ＣBの未知のインピーダンスであり、Ｚ604は、キャパシタ６０４のインピーダンスである。
【００７１】
スイッチＳ4が閉じられて、スイッチＳ2及びＳ3が開かれた場合、絶縁された電線１０６内のＡＣ電圧（ＶAC）は、次式で表現され得る：
ＶAC＝Ｉ3（ＺS＋ＺB＋Ｚ606）                      （１３）
式中、Ｉ3は、直列電流であり、ＺSは、センサキャパシタＣSの未知のインピーダンスであり、ＺBは、オペレータ１０４（図１及び図２）の人体容量ＣBの未知のインピーダンスであり、Ｚ606は、キャパシタ６０６のインピーダンスである。
【００７２】
式（１１）と式（１２）とを互いに等しいものとして、ＺS＋ＺBについて解くと、次の式が得られる：
【００７３】
【数７】
2018105848.tif 000009
【００７４】
式（１４）を式（１３）に代入して、次式が得られる：
【００７５】
【数８】
2018105848.tif 000010
【００７６】
ＩX＝ＶX／ＺX、及びＺX＝１／（２πωＣX）を代入して、結果を簡単にすると、絶縁された電線１０６内のＡＣ電圧（ＶAC）は、次式で表され得る：
【００７７】
【数９】
2018105848.tif 000011
【００７８】
絶縁された電線１０６の、決定されたＡＣ電圧は次に、オペレータに提示されるか、又は、外部の装置に、好適な通信インターフェイスを介して通信され得る。
【００７９】
図７は、絶縁された電線に存在するＡＣ電圧を、ガルバニック接触せずに測定するために、非接触式電圧測定システムを操作する方法７００のフローチャートである。非接触式電圧測定システムは、上に論じた非接触式電圧測定システムの実施形態の任意のものと類似の又は同じものであり得るか、かつ／又は、そのような非接触式電圧測定システムをさまざまに組み合わせたものを含み得る。
【００８０】
方法７００は、工程７０２で、オペレータが非接触式電圧測定システムの導電センサを、試験対象の絶縁された電線に隣接して配置することで開始され得る。上に論じたように、導電センサが絶縁された電線に隣接して配置されると、センサと絶縁された電線内の導体とが容量性結合されて、センサキャパシタＣSを形成する。
【００８１】
工程７０４では、非接触式電圧測定システムの少なくとも１つのプロセッサ（コントローラ）が、センサに電気的に結合された可変静電容量サブシステムに、第１静電容量値を取らせ得る。少なくとも一部の実施形態においては、可変静電容量サブシステムは、例えば、少なくとも第１キャパシタ、第２キャパシタ、及びプロセッサによって制御されるスイッチを含む。
【００８２】
工程７０６では、少なくとも１つのプロセッサが、可変静電容量サブシステムの両側の第１電圧を検出又は測定し、第１電圧の測定値を、プロセッサによって読み取り可能な、非一時的な記録媒体に格納し得る。上に論じたように、少なくとも一部の実施形態においては、少なくとも１つのプロセッサが、可変静電容量サブシステムの両側の電圧を、比較的高い有効分解能（例えば、２０ビット、２２ビット）を有するＡＤＣを介して検出又は測定し得る。
【００８３】
工程７０８では、非接触式電圧測定システムの少なくとも１つのプロセッサが、可変静電容量サブシステムに、第１静電容量値とは異なる第２静電容量値を取らせ得る。少なくとも一部の実施形態においては、第１静電容量値と第２静電容量値とのうちの一方は、第１静電容量値と第２静電容量値とのうちの他方の、少なくとも２倍であり得る。非制限的な例としては、第１及び第２静電容量値のそれぞれは、１０００ｐＦと５０００ｐＦの間の値であり得る。
【００８４】
工程７１０では、少なくとも１つのプロセッサが、可変静電容量サブシステムの両側の第２電圧を検出又は測定し、その第２電圧の測定値を、プロセッサによって読み取り可能な、非一時的な記録媒体に格納し得る。
【００８５】
工程７１２では、少なくとも１つのプロセッサは、少なくとも部分的には、第１及び第２電圧の測定値と、第１及び第２静電容量値とに基づいて、絶縁導体内のＡＣ電圧を決定し得る。例えば、上に論じたように、少なくとも１つのプロセッサプロセッサは、絶縁導体内のＡＣ電圧（ＶAC）を、次式にしたがって決定し得る：
2018105848.tif 000012
【００８６】
式中、Ｃ1及びＣ2は、それぞれ、第１及び第２静電容量値であり、かつＶM1及びＶM2は、可変静電容量サブシステムの両側の、第１及び第２電圧の測定値である。
【００８７】
絶縁導体内のＡＣ電圧を決定した後で、少なくとも１つのプロセッサは、少なくとも１つのプロセッサに通信可能に結合されているユーザーインターフェイスを介して、オペレータに結果を提示し得る。ユーザーインターフェイスは、視覚的な構成要素（例えば、ディスプレイ、発光素子（例えば、ＬＥＤ）、複数の発光素子（例えば、ＬＥＤ））、及び／又は、音声による構成要素（例えば、スピーカー、ブザー）を含み得る。追加的にあるいは代替的に、少なくとも１つのプロセッサは、好適な有線及び／又は無線通信インターフェイスを介して、結果を外部の装置に通信し得る。
【００８８】
少なくとも一部の実施形態においては、第２電圧の測定値を取得した後で、少なくとも１つのプロセッサは、可変静電容量サブシステムに、第３静電容量値を取らせ得る。そのような例では、少なくとも１つのプロセッサは、次に、可変静電容量サブシステムの両側で、第３の測定電圧を検出又は測定し得る。
【００８９】
次に、少なくとも１つのプロセッサは、少なくとも部分的に、第１電圧の測定値（ＶM1）、第２電圧の測定値（ＶM2）、第３電圧の測定値（ＶM3）、第１静電容量値（Ｃ1）、第２静電容量値（Ｃ2）、及び第３静電容量値（Ｃ3）に基づいて、絶縁導体内のＡＣ電圧（ＶAC）を決定し得る。例えば、少なくとも１つのプロセッサは、絶縁導体内のＡＣ電圧（ＶAC）を次式にしたがって決定し得る。
2018105848.tif 000013
【００９０】
決定されたＡＣ電圧（ＶAC）は、次に、オペレータに対して、好適なインターフェイスを介して提示されてもよく、かつ／又は、有線及び／又は無線の通信インターフェイスを介して、外部の装置に通信され得る。
【００９１】
ここまでの詳細な説明では、装置及び／又は方法のさまざまな実施形態を、ブロック図、概略図、及び具体例を用いて、明らかにしてきた。それらのブロック図、概略図、及び具体例が、１つ以上の機能及び／又は操作を含む限りにおいて、当業者には、ということが理解できるであろう。そのようなブロック図、フローチャート、又は具体例に含まれるそれぞれの機能及び／又は操作は、個別に実行することも、かつ／又はまとめて実行することも、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの事実上いかなる任意の組み合わせによって実行することも可能である。１つの実施形態においては、本開示の主題は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を介して実施され得る。しかしながら、本明細書において開示した実施形態は、１つ以上のコンピュータで実行される１つ以上のコンピュータプログラム（例えば、１つ以上のコンピュータシステムで実行される１つ以上のプログラム）として、１つ以上のコントローラ（例えば、マイクロコントローラ）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）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、それらの事実上いかなる任意の組み合わせとして、その実施形態の一部又は全部を、標準的な集積回路内で等価的に実施可能であること、かつ、本開示の観点から、回路を設計すること、及び／又はソフトウェア又はファームウェア用のコードを書くことは、当業者のスキルの範囲内であるということを、当業者であれば認識するであろう。
【００９２】
当業者であれば、本明細書において明らかにした方法又はアルゴリズムの多くは、追加的な行為を採用しても、一部の行為を省いても、かつ／又は、明らかにされている順序とは異なる順序で実行してもよいということを理解するであろう。例えば、ＶACを決定するための式に、追加的な静電容量と電圧測定とを考慮して適切な数学的調整をすれば、４つ以上のキャパシタが、可変静電容量サブシステムに含まれてもよい。
【００９３】
別の１つの例として、少なくとも一部の実施形態においては、非接触式電圧測定システムは、命令を実行するためのプロセッサを使用しなくてもよい。例えば、非接触式電圧測定システムは、本明細書において論じた機能の一部又は全部を提供するために、実際に配線で繋がっていてもよい。また、少なくとも一部の実施形態においては、非接触式電圧測定システムは、本明細書において論じた、異なる測定を引き起こしたり開始するためにプロセッサを使用しなくてもよい。例えば、そのような非接触式電圧測定システムは、１つ以上の別々の入力装置に頼ることが可能であり得るが、例えば、ユーザーによって作動されるボタンによって、可変静電容量サブシステムが異なる静電容量を有するようになり、引き続いて測定が行われる場合などが挙げられる。
【００９４】
加えて、本明細書において教示したメカニズムは、プログラム製品として、さまざまな形態で流通させられ得ることと、その流通に実際に携わった信号担持媒体が、どのようなタイプのものであるかは問わず、例示された実施形態が等しく適用可能であることを、当業者であれば理解するであろう。信号担持媒体の例としては、例えば、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、及びコンピュータのメモリのような、記録可能なタイプの媒体が挙げられるが、それらに限られない。
【００９５】
上記の説明を考慮すれば、実施形態への上記の及び他の変更を行うことができる。概して、以下の請求項においては、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請求項を限定するものと解釈すべきではなく、こうした請求項によってその資格をありとされる等価物の全範囲と共に、すべ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１】
2018105848.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
2018105848.tif 000017
【図５】
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【図６】
2018105848.tif 000019
【図７】
2018105848.tif 000020
【外国語明細書】
2018105848000001.pdf