(57)【要約】      （修正有）【課題】導体とテスト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、絶縁された導体（例えば、絶縁線）の交流（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】非ガルバニック接触（又は「非接触」）電圧測定システム１０２は、導電センサ１２６、内部アースガード１３２、及び基準シールド１３４を含む。コモンモード基準電圧源１３０が内部アースガード１３２と基準シールド１３４との間で電気的に結合され、基準電流ＩＲに導電センサ１２６を通過させるＡＣ基準電圧ＶＲを発生させる。少なくとも１つのプロセッサが、ＡＣ基準電圧ＶＲ及び絶縁導体１０６におけるＡＣ電圧Ｖ０のために導電センサ１２６を通過する電流Ｉ０を示す信号を受信し、受信した信号に少なくとも部分的に基づいて、前記絶縁導体１０６におけるＡＣ電圧Ｖ０を算出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁導体における交流（ＡＣ）電圧を測定するためのシステムであって、
ハウジングと、
前記ハウジングに物理的に結合されており、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の近傍に選択的に配置可能であり、かつ、前記絶縁導体に容量結合している導電センサと、
前記導電センサを少なくとも部分的に包囲し、前記導電センサからガルバニック絶縁されており、かつ、前記導電センサを迷走電流から遮蔽するようにサイズ決め及び寸法決めされている導電性の内部アースガードと、
前記ハウジングの少なくとも一部を包囲し、前記内部アースガードからガルバニック絶縁されており、かつ、前記内部アースガードと外部アースとの間の電流を減少させるようにサイズ決め及び寸法決めされている導電性の基準シールドと、
動作中、基準周波数を有する交流（ＡＣ）基準電圧を発生させ、かつ、前記内部アースガードと前記導電性の基準シールドとの間で電気的に結合されてい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ており、かつ、動作中、前記導電センサに通電する電流を示すセンサ電流信号を生成する電流測定サブシステムと、
前記電流測定サブシステムに通信可能に連結された少なくとも１つのプロセッサであって、動作中、
前記電流測定サブシステムから前記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、前記絶縁導体における前記ＡＣ電圧を算出する少なくとも１つのプロセッサと、を含む、システム。
【請求項２】
動作中、前記電流測定サブシステムは前記導電センサからの入力電流を受信し、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に記載のシステム。
【請求項３】
前記電流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、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのプロセッサは、動作中、
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得る、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのプロセッサは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実施して、前記センサ電流信号の前記周波数領域表現を得る、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記コモンモード基準電圧源は、前記少なくとも１つのプロセッサによって実施されたＦＦＴの窓と同位相となる前記ＡＣ基準電圧を発生させる、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記少なくとも１つのプロセッサは、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含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記センサ電流信号を処理して絶縁導体の電流成分及び基準電流成分を算出し、前記絶縁導体の電流成分は、前記絶縁導体における前記電圧によって前記導電センサを通電する前記電流を示し、前記基準電流成分は、前記コモンモード基準電圧源の前記電圧によって前記導電センサを通電する前記電流を示す、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記センサ電流信号の前記算出された絶縁導体の電流成分の前記周波数を算出する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記絶縁導体の電流成分、前記基準電流成分、前記絶縁導体の電流成分の前記周波数、前記基準周波数、及び前記ＡＣ基準電圧に基づいて、前記絶縁導体における前記ＡＣ電圧を算出する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記センサ電流信号を処理して、前記絶縁導体における前記電圧の前記周波数を算出する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コモンモード基準電圧源はデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記導電性の基準シールドは、前記導電性の内部アースガードを少なくとも部分的に包囲する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記導電センサ及び前記導電性の内部アースガードはそれぞれ、非平面状の形状である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記導電性の基準シールドの少なくとも一部は、円筒状の形状である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記導電性の内部アースガードは、ガード開口を含む表面を含み、前記導電センサは、前記ガード開口を含む前記内部アースガードの前記表面に対して相対的に凹となっている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記コモンモード基準電圧源が動作不能である場合は第１センサ電流信号を取得し、前記コモンモード基準電圧源が動作可能である場合は第２センサ電流信号を取得し、前記第１及び第２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、前記絶縁導体における前記ＡＣ電圧を算出する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
絶縁導体における交流（ＡＣ）電圧を測定するためのシステムを動作させる方法であって、前記システムは、ハウジングと、前記ハウジングに物理的に結合されており、かつ、前記導体にガルバニック接触することなく絶縁導体の近傍に選択的に配置可能な導電センサと、前記導電センサを少なくとも部分的に包囲し、前記導電センサからガルバニック絶縁されており、かつ、前記導電センサを迷走電流から遮蔽するようにサイズ決め及び寸法決めされている導電性の内部アースガードと、前記ハウジングの少なくとも一部を包囲し、前記内部アースガードからガルバニック絶縁されており、かつ、前記内部アースガードと外部アースとの間の電流を減少させるようにサイズ決め及び寸法決めされている導電性の基準シールドとを含み、
前記内部アースガードと前記導電性の基準シールドとの間で電気的に結合されているコモンモード基準電圧源に、基準周波数を有する交流（ＡＣ）基準電圧を発生させることと、
前記導電センサに電気的に結合されている電流測定サブシステムを介して、前記導電センサに通電する電流を示すセンサ電流信号を生成することと、
前記電流測定サブシステムからの前記センサ電流信号を、少なくとも１つのプロセッサによって受信することと、
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、前記絶縁導体における前記ＡＣ電圧を、少なくとも１つのプロセッサによって算出することと、を含む、方法。
【請求項１９】
前記センサ電流信号を生成することは、
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１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記センサ電流信号は、電流電圧変換器として動作する演算増幅器を用いて生成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記絶縁導体における前記ＡＣ電圧を算出することは、
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得ることと、を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記デジタル信号を処理することは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実施して、前記センサ電流信号の前記周波数領域表現を得ることを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記絶縁導体における前記ＡＣ電圧を算出することは、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１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記絶縁導体における前記ＡＣ電圧を算出することは、前記センサ電流信号を処理して絶縁導体の電流成分及び基準電流成分を算出することを含み、前記絶縁導体の電流成分は、前記絶縁導体における前記電圧によって前記導電センサを通電する前記電流を示し、前記基準電流成分は、前記コモンモード基準電圧源の前記電圧によって前記導電センサを通電する前記電流を示す、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記絶縁導体における前記ＡＣ電圧を算出することは、前記センサ電流信号の前記算出された絶縁導体の電流成分の前記周波数を算出することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記絶縁導体における前記ＡＣ電圧は、前記絶縁導体の電流成分、前記基準電流成分、前記絶縁導体の電流成分の前記周波数、前記基準周波数、及び前記ＡＣ基準電圧に基づいて算出される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記絶縁導体における前記ＡＣ電圧を算出することは、前記センサ電流信号を処理して、前記絶縁導体における前記電圧の前記周波数を算出することを含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２８】
前記絶縁導体における前記ＡＣ電圧を算出することは、
前記コモンモード基準電圧源が動作不能である場合は、少なくとも１つのプロセッサによって第１センサ電流信号を取得することと、
前記コモンモード基準電圧源が動作可能である場合は、少なくとも１つのプロセッサによって第２センサ電流信号を取得することと、
前記第１及び第２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、前記絶縁導体における前記ＡＣ電圧を、少なくとも１つのプロセッサによって算出することと、を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２９】
絶縁導体における交流（ＡＣ）電圧を測定するためのシステムであって、
ハウジングと、
前記ハウジングに物理的に結合されており、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の近傍に選択的に配置可能であり、かつ、前記絶縁導体に容量結合している導電センサと、
前記導電センサを少なくとも部分的に包囲し、かつ、前記導電センサからガルバニック絶縁されている導電性の内部アースガードと、
前記ハウジングの少なくとも一部を包囲し、かつ、前記内部アースガードからガルバニック絶縁されている導電性の基準シールドと、
動作中、基準周波数を有する交流（ＡＣ）基準電圧を発生させ、かつ、前記内部アースガードと前記導電性の基準シールドとの間で電気的に結合されてい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ており、かつ、動作中、前記導電センサに通電する電流を検出する測定サブシステムと、
前記測定サブシステムに通信可能に連結された少なくとも１つのプロセッサであって、動作中、
前記測定サブシステムから、前記検出した電流を示す信号を受信し、
前記受信した信号、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、前記絶縁導体における前記ＡＣ電圧を算出する少なくとも１つのプロセッサと、を含む、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、電気特性の測定に関し、より詳細には、交流（ＡＣ）電圧の非接触測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧計は、電気回路における電圧測定に使用される機器である。１種類以上の電気特性を測定する機器はマルチメータ又はデジタルマルチメータ（digital multimeter、ＤＭＭ）と呼ばれ、概してサービス、トラブルシューティング、及び保守の用途に必要な多数のパラメータを測定するように動作する。かかるパラメータは、典型的には、交流（ＡＣ）電圧及び電流、直流（ＤＣ）電圧及び電流、並びに抵抗又は導通を含む。他のパラメータ（例えば、電力特性、周波数、容量、及び温度）が、特定の用途の要求に応じて測定されることもある。
【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した場合、少なくとも１つの測定電極又はプローブの導体へのガルバニック（galvanic）接触を必要とする。このことにより、絶縁電線の絶縁体の一部を切除すること、あるいは測定用の端子を事前に提供することがしばしば必要となる。ガルバニック接触用の露出した線又は端子を必要とすることに加え、被覆が剥がれた線又は端子に電圧計のプローブを接触させる工程は、電気ショック又は感電死のリスクという理由で比較的危険であることがある。
【０００４】
一般的には、非接触電圧検出器が、回路へのガルバニック接触を必要とせずに、交流（ＡＣ）電圧、典型的には高電圧の存在を検出するために使用される。電圧が検出されると、ライト、ブザー、又は振動モータなどの表示によって、ユーザは警告を受ける。しかし、かかる非接触電圧検出器は、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）は示さない。
【０００５】
そのため、テスト対象の回路へのガルバニック接触を必要とせずに、便利かつ正確な電圧測定を行うＡＣ電圧測定システムが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１１１０８７
【特許文献２】実用新案公開平６−２８７４８
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
絶縁導体における交流（ＡＣ）電圧を測定するためのシステムの概略としては、ハウジングと、ハウジングに物理的に結合されており、導体にガルバニック接触することなく絶縁導体の近傍に選択的に配置可能であり、かつ、絶縁導体に容量結合している導電センサと、導電センサを少なくとも部分的に包囲し、導電センサからガルバニック絶縁されており、かつ、導電センサを迷走電流から遮蔽するようにサイズ決め及び寸法決めされている導電性の内部アースガードと、ハウジングの少なくとも一部を包囲し、内部アースガードからガルバニック絶縁されており、かつ、内部アースガードと外部アースとの間の電流を減少させるようにサイズ決め及び寸法決めされている導電性の基準シールドと、動作中、基準周波数を有する交流（ＡＣ）基準電圧を発生させ、かつ、内部アースガードと導電性の基準シールドとの間で電気的に結合されてい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ており、かつ、動作中、導電センサに通電する電流を示すセンサ電流信号を生成する電流測定サブシステムと、電流測定サブシステムに通信可能に連結された少なくとも１つのプロセッサであって、動作中、電流測定サブシステム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、絶縁導体におけるＡＣ電圧を算出する少なくとも１つのプロセッサとを含んでもよい。動作中、電流測定サブシステムは導電センサからの入力電流を受信してもよく、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んでもよい。電流測定サブシステムは、電流電圧変換器として動作し得る演算増幅器を含んでもよい。少なくとも１つのプロセッサは、動作中、受信したセンサ電流信号をデジタル信号に変換してもよく、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得てもよい。少なくとも１つのプロセッサは、高速フーリエ変換（fast Fourier transform、ＦＦＴ）を実施して、センサ電流信号の周波数領域表現を得てもよい。コモンモード基準電圧源は、少なくとも１つのプロセッサによって実施されたＦＦＴの窓と同位相となるＡＣ基準電圧を発生させてもよい。少なくとも１つのプロセッサは、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んでもよい。少なくとも１つのプロセッサは、センサ電流信号を処理して絶縁導体の電流成分及び基準電流成分を算出してもよく、絶縁導体の電流成分は、絶縁導体における電圧によって導電センサを通電する電流を示し、基準電流成分は、コモンモード基準電圧源の電圧によって導電センサを通電する電流を示す。少なくとも１つのプロセッサは、センサ電流信号の算出された絶縁導体の電流成分の周波数を算出してもよい。少なくとも１つのプロセッサは、絶縁導体の電流成分、基準電流成分、絶縁導体の電流成分の周波数、基準周波数、及びＡＣ基準電圧に基づいて、絶縁導体におけるＡＣ電圧を算出してもよい。少なくとも１つのプロセッサは、センサ電流信号を処理して、絶縁導体における電圧の周波数を算出してもよい。コモンモード基準電圧源はデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を含んでもよい。導電性の基準シールドは、導電性の内部��ースガードを少なくとも部分的に包囲してもよい。導電センサ及び導電性の内部アースガードはそれぞれ、非平面状の形状であってもよい。導電性の基準シールドの少なくとも一部は、円筒状の形状であってもよい。導電性の内部アースガードは、ガード開口を含む表面を含んでもよく、導電センサは、ガード開口を含む内部アースガードの表面に対して相対的に凹となっていてもよい。少なくとも１つのプロセッサは、コモンモード基準電圧源が動作不能である場合は第１センサ電流信号を取得してもよく、コモンモード基準電圧源が動作可能である場合は第２センサ電流信号を取得してもよく、第１及び第２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、絶縁導体におけるＡＣ電圧を算出してもよい。
【０００８】
絶縁導体における交流（ＡＣ）電圧を測定するためのシステムを動作させる方法の概略としては、システムは、ハウジングと、ハウジングに物理的に結合されており、かつ、導体にガルバニック接触することなく絶縁導体の近傍に選択的に配置可能な導電センサと、導電センサを少なくとも部分的に包囲し、導電センサからガルバニック絶縁されており、かつ、導電センサを迷走電流から遮蔽するようにサイズ決め及び寸法決めされている導電性の内部アースガードと、ハウジングの少なくとも一部を包囲し、内部アースガードからガルバニック絶縁されており、かつ、内部アースガードと外部アースとの間の電流を減少させるようにサイズ決め及び寸法決めされている導電性の基準シールドとを含み、内部アースガードと導電性の基準シールドとの間で電気的に結合されているコモンモード基準電圧源に、基準周波数を有する交流（ＡＣ）基準電圧を発生させることと、導電センサに電気的に結合されている電流測定サブシステムを介して、導電センサに通電する電流を示すセンサ電流信号を生成することと、電流測定サブシステムからのセンサ電流信号を、少なくとも１つのプロセッサによって受信することと、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、絶縁導体におけるＡＣ電圧を、少なくとも１つのプロセッサによって算出することとを含む。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んでもよい。センサ電流信号は、電流電圧変換器として動作する演算増幅器を用いて生成されてもよい。絶縁導体におけるＡＣ電圧を算出することは、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得ることとを含んでもよい。デジタル信号を処理することは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実施して、センサ電流信号の周波数領域表現を得ることを含んでもよい。絶縁導体におけるＡＣ電圧を算出することは、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んでもよい。絶縁導体におけるＡＣ電圧を算出することは、センサ電流信号を処理して絶縁導体の電流成分及び基準電流成分を算出することを含んでもよく、絶縁導体の電流成分は、絶縁導体における電圧によって導電センサを通電する電流を示してもよく、基準電流成分は、コモンモード基準電圧源の電圧によって導電センサを通電する電流を示してもよい。絶縁導体におけるＡＣ電圧を算出することは、センサ電流信号の算出された絶縁導体の電流成分の周波数を算出することを含んでもよい。絶縁導体におけるＡＣ電圧は、絶縁導体の電流成分、基準電流成分、絶縁導体の電流成分の周波数、基準周波数、及びＡＣ基準電圧に基づいて算出されてもよい。絶縁導体におけるＡＣ電圧を算出することは、センサ電流信号を処理して、絶縁導体における電圧の周波数を算出することを含んでもよい。絶縁導体におけるＡＣ電圧を算出することは、コモンモード基準電圧源が動作不能である場合は、少なくとも１つのプロセッサによって第１センサ電流信号を取得することと、コモンモード基準電圧源が動作可能である場合は、少なくとも１つのプロセッサによって第２センサ電流信号を取得することと、第１及び第２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、絶縁導体におけるＡＣ電圧を、少なくとも１つのプロセッサによって算出することとを含んでもよい。
【０００９】
絶縁導体における交流（ＡＣ）電圧を測定するためのシステムの概略としては、ハウジングと、ハウジングに物理的に結合されており、導体にガルバニック接触することなく絶縁導体の近傍に選択的に配置可能であり、かつ、絶縁導体に容量結合している導電センサと、導電センサを少なくとも部分的に包囲し、かつ、導電センサからガルバニック絶縁されている導電性の内部アースガードと、ハウジングの少なくとも一部を包囲し、かつ、内部アースガードからガルバニック絶縁されている導電性の基準シールドと、動作中、基準周波数を有する交流（ＡＣ）基準電圧を発生させ、かつ、内部アースガードと導電性の基準シールドとの間で電気的に結合されてい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ており、かつ、動作中、導電センサに通電する電流を検出する測定サブシステムと、測定サブシステムに通信可能に連結された少なくとも１つのプロセッサであって、動作中、測定サブシステムから、検出した電流を示す信号を受信し、受信した信号、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、絶縁導体におけるＡＣ電圧を算出する少なくとも１つのプロセッサとを含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図面では、同一の参照番号は、類似の要素又は作用を示す。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、種々の要素及び角度は、必ずしも尺度どおりに描かれておらず、これらの要素の一部は、図を見やすくするために任意に拡大されたり配置されたりしていることがある。更に、描かれている要素の特定の形状については、特定の要素の実際の形状に関する情報を伝えることを必ずしも意図しておらず、図中で認識しやすくするためだけに選択されたものであり得る。
【図１Ａ】図１Ａは、図示された一実施態様による、絶縁線へのガルバニック接触を必要とせずに、絶縁線内に存在するＡＣ電圧を測定するために、オペレータが非接触電圧測定システムを用いることができる環境の絵図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図示された一実施態様による、絶縁線と非接触電圧測定システムの導電センサとの間に形成された結合容量と、絶縁導体の電流成分と、非接触電圧測定システムとオペレータとの間の人体容量とを示す、図１Ａの非接触電圧測定システムの上面図である。
【図２】図２は、図示された一実施態様による、非接触電圧測定システムの種々の内部構成部品の概略図である。
【図３】図３は、図示された一実施態様による、非接触電圧測定システムの種々の信号処理構成部品を示すブロック図である。
【図４】図４は、図示された一実施態様による、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実施する非接触電圧測定システムの概略図である。
【図５】図５は、信号と基準信号とを分離する別の例による、アナログ電子フィルタを実施する非接触電圧測定システムのブロック図である。
【図６】図６は、図示された一実施態様による、非接触電圧測定システムの概略回路図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図示された一実施態様による、種々の漏れや浮遊容量を示す、非接触電圧測定システムの概略図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図示された一実施態様による、種々の漏れや浮遊容量を示し、かつ、基準電圧信号に対する補償を含む、非接触電圧測定システムの概略図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図示された一実施態様による、図７Ｂのシステムのための例示的なセンサ構成を示す。
【図８】図８は、図示された一実施態様による、非接触電圧測定システムのセンサと外部アースとの間の容量を示す、非接触電圧測定システムの概略回路図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図示された一実施態様による、非接触電圧測定システムの内部アースガードと外部アースとの間の容量を示す、非接触電圧測定システムの概略回路図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図示された一実施態様による、非接触電圧測定システムの内部アースガードと外部アースとの間の容量を示す、非接触電圧測定システムの概略回路図である。
【図１０】図１０は、図示された一実施態様による、非接触電圧測定システムのセンサ及び内部アースガード組立体の斜視図である。
【図１１】図１１は、図示された一実施態様による、非接触電圧測定システムの「Ｕ」形又は「Ｖ」形センサの前端の断面図である。
【図１２】図１２は、図示された一実施態様による、非接触電圧測定システムの円弧状センサ前端の正面図である。
【図１３】図１３は、図示された一実施態様による、非接触電圧測定システムの円筒状センサ前端の斜視図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、図示された一実施態様による、内部アースガードのガードリングクランプが閉位置にある場合の、非接触電圧測定システムのセンサ前端の上面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図示された一実施態様による、内部アースガードのガードリングクランプが開位置にある場合の、図１４Ａに示す非接触電圧測定システムの前端の上面図である。
【図１５】図１５は、図示された一実施態様による、内部アースガードのガードリングクランプを取り外した状態の、図１４Ａに示すセンサ前端の一部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の説明では、本開示の種々の実施態様を完全に理解するために、特定の詳細を順を追って明らかにする。しかし、当業者であれば、これらの特定の詳細のうちの１以上を欠いても、あるいは他の方法、構成部品、材料などを用いても、実施態様が実現可能であることを理解するであろう。他の例では、実施態様の説明が不必要に不明確になることを回避するため、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連する既知の構造についての詳細は、図示したり説明されたりしていない。
【００１２】
その内容が特別に必要としない限り、明細書及びそれに続く請求項において、「含む（comprising）」という単語は「含む（including）」と同義であり、包括的又はオープンエンドな単語である（すなわち、記載されていない追加的な要素又は方法の動作を除外しない）。
【００１３】
本明細書全体の「一実施態様」又は「実施態様」について言及したことは、かかる実施態様に関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つの実施態様に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な箇所におけるフレーズ「一実施態様では」又は「実施態様では」とは、必ずしも全てが同一の実施態様に対する言及ではない。更に、特定の特徴部、構造体又は特性は、１つ以上の実施態様において任意の好適な方法で組み合わせることができる。
【００１４】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用するとき、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。また、用語「又は／あるいは／もしくは（or）」は、概して、その内容について別段の明確な指示がない限り、「及び／又は（and/or）」の意味を含むものとして用いられている。
【００１５】
本明細書中の見出し及び本開示の要約は、便宜上用いられているだけであり、本実施態様の範囲又は意味を説明するものではない。
【００１６】
本開示の１つ以上の実施態様は、導体とテスト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、絶縁された又は裸の（blank）絶縁されていない導体（例えば、絶縁線）の交流（ＡＣ）電圧を測定するためのシステム及び方法に関する。概して、アースに対する絶縁導体におけるＡＣ電圧信号を容量センサを使用して測定する、非ガルバニック接触（又は「非接触」）電圧測定システムを提供する。ガルバニック接触を必要としないかかるシステムは、本明細書中では「非接触」と称される。本明細書で使用するとき、「電気的に結合」とは、別段の記載がない限り、直接的な電気的結合及び間接的な電気的結合の両方を含む。
【００１７】
図１Ａは、非接触電圧測定システム１０２と絶縁線１０６との間のガルバニック接触を必要とせずに、絶縁線１０６内に存在するＡＣ電圧を測定するために、オペレータ１０４が本開示の非接触電圧測定システムを用い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システムの種々の電気特性を示す、図１Ａの非接触電圧測定システム１０２の上面図である。非接触電圧測定システム１０２は、グリップ部又はグリップ端１１０と、グリップ部に対向するプローブ部又はプローブ端１１２（本明細書においては前端とも呼ばれる）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、非接触電圧測定システム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を含んでもよい。ユーザインターフェース１１４は、任意の数の入力（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（例えば、ディスプレイ、ＬＥＤ、スピーカ、ブザー）を含んでもよい。非接触電圧測定システム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））を含んでもよい。
【００１８】
少なくともいくつかの実施態様では、図１Ｂにおいて最もよく示されるように、プローブ部１１２は、第１延在部１１８及び第２延在部１２０によって画定される凹部１１６を含んでもよい。凹部１１６は絶縁線１０６（図１Ａ参照）を受ける。絶縁線１０６は、導体１２２と、導体１２２を包囲する絶縁体１２４とを含む。凹部１１６はセンサ又は電極１２６を含んでもよい。かかるセンサ又は電極は、絶縁線が非接触電圧測定システム１０２の凹部１１６内に配置されたときに、絶縁線１０６の絶縁体１２４の近傍に位置する。明確さのために図示されていないが、センサと他の物体との間の物理的かつ電気的接触を防止するために、センサ１２６はハウジング１０８の内側に配置されてもよい。
【００１９】
図１Ａに示すように、使用中、オペレータ１０４はハウジング１０８のグリップ部１１０を把持して、プローブ部１１２を絶縁線１０６の近傍に配置してもよい。それによって、非接触電圧測定システム１０２は、接地（又は別の基準ノード）に対する、線内に存在するＡＣ電圧を正確に測定することができる。プローブ端１１２は凹部１１６を有するものとして図示されているが、他の実施態様では、プローブ部１１２はそれとは異なるように構成されていてもよい。例えば、少なくともいくつかの実施態様では、プローブ部１１２は、センサを含む選択的に移動可能なクランプ、フック、平ら又は円弧状の表面、あるいは、非接触電圧測定システム１０２のセンサを絶縁線１０６の近傍に配置することができる他のタイプの界面を含んでもよい。種々のプローブ部及びセンサの例を、図１０〜図１５を参照して以下で説明する。
【００２０】
接地／アースへの基準としてオペレータの身体が作用するのは、いくつかの実施態様においてのみであることがある。本明細書で説明する非接触測定機能は、接地に対する測定を行うだけの用途に限定されない。外部基準が、任意の他の電位に容量結合されていてもよい。例えば、外部基準が三相系統の別の相に容量結合されている場合、相間電圧が測定される。概して、本明細書で説明される概念は、基準電圧及び他の任意の基準電位に接続された人体容量結合のみを用いた接地への言及に限定されない。
【００２１】
後で更に説明するように、少なくともいくつかの実施態様では、非接触電圧測定システム１０２は、ＡＣ電圧測定中のオペレータ１０４とアース１２８との間の人体容量（ＣＢ）を利用することができる。アースという用語はノード１２８に対して使用されるが、かかるノードは必ずしも接地／アースでなくてもよく、容量結合によって他の任意の基準電位にガルバニック絶縁された状態で接続されていることもあり得る。
【００２２】
ＡＣ電圧を測定するために非接触電圧測定システム１０２によって用いられる特定のシステム及び方法について、図２〜図１５を参照して以下で説明する。
【００２３】
図２は、図１Ａ及び図１Ｂにも示されている、非接触電圧測定システム１０２の種々の内部構成要素の概略図である。この例では、非接触電圧測定システム１０２の導電センサ１２６は、略「Ｖ形」であり、テスト対象の絶縁線１０６の近傍に配置され、かつ、絶縁線１０６の導体１２２に容量結合されており、それによって、センサ結合コンデンサ（ＣＯ）を形成している。非接触電圧測定システム１０２を操作するオペレータ１０４は、アースに対して人体容量（ＣＢ）を有している。このため、図１Ｂ及び図２に示すように、線１２２におけるＡＣ電圧信号（ＶＯ）が、絶縁導体の電流要素又は「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）に対して発生させる。いくつかの実施態様では、人体容量（ＣＢ）はまた、アース又は任意の他の基準電位に対して容量を発生させる、ガルバニック絶縁されたテストリードも含み得る。
【００２４】
測定対象の線１２２におけるＡＣ電圧（ＶＯ）は、外部アース１２８（例えば、中性線）に接続している。非接触電圧測定システム１０２自体もまた、オペレータ１０４（図１）が手で非接触電圧測定システムを保持しているときに、主に人体容量（ＣＢ）からなるアース１２８に対する容量を有している。容量ＣＯ及びＣＢの両方によって導体ループが形成され、かかるループ内の電圧によって信号電流（ＩＯ）が発生する。信号電流（ＩＯ）は、導電センサ１２６に容量結合したＡＣ電圧信号（ＶＯ）によって発生し、非接触電圧測定システムのハウジング１０８とアース１２８に対する人体コンデンサ（ＣＢ）とを通って外部アース１２８へとループバックする。電流信号（ＩＯ）は、非接触電圧測定システム１０２の導電センサ１２６とテスト対象の絶縁線１０６との間の距離、導電センサ１２６の特定の形状、及び導体１２２のサイズ及び電圧レベル（ＶＯ）に依存する。
【００２５】
信号電流（ＩＯ）に直接影響する距離のバラツキ及びその結果生じる結合コンデンサ（ＣＯ）のバラツキを補償するために、非接触電圧測定システム１０２は、基準周波数（ｆＲ）を有するＡＣ基準電圧（ＶＲ）を発生させるコモンモード基準電圧源１３０を含む。
【００２６】
迷走電流を低減又は回避するために、非接触電圧測定システム１０２の少なくとも一部は、導電性の内部アースガード又はスクリーン１３２によって包囲されていてもよい。それによって、絶縁線１０６の導体１２２と共に結合コンデンサ（ＣＯ）を形成する導電センサ１２６を、大部分の電流が通過するようにする。内部アースガード１３２は任意の好適な導電性材料（例えば、銅）から形成することができ、中実であってもよく（例えば、フォイル）、１つ以上の開口を有していてもよい（例えば、メッシュ）。
【００２７】
更に、内部アースガード１３２と外部アース１２８との間の電流を回避するために、非接触電圧測定システム１０２は、導電性の基準シールド１３４を含む。基準シールド１３４は任意の好適な導電性材料（例えば、銅）から形成することができ、中実であってもよく（例えば、フォイル）、１つ以上の開口を有していてもよい（例えば、メッシュ）。コモンモード基準電圧源１３０は、基準シールド１３４と内部アースガード１３２との間で電気的に結合されており、それによって、非接触電圧測定システム１０２用の基準電圧（ＶＲ）及び基準周波数（ｆＲ）を有するコモンモード電圧が生成される。かかるＡＣ基準電圧（ＶＲ）は、追加の基準電流（ＩＲ）を、結合コンデンサ（ＣＯ）及び人体コンデンサ（ＣＢ）を通過するように駆動する。
【００２８】
導電センサ１２６の少なくとも一部を包囲する内部アースガード１３２は、導電センサ１２６と基準シールド１３４との間で基準電流（ＩＲ）の望ましくないオフセットを生じさせる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、内部アースガード１３２は、非接触電圧測定システム１０２用の内部電気アース１３８である。少なくともいくつかの実施態様では、内部アースガード１３２はまた、非接触電圧測定システム１０２の電子部品の一部又は全てを包囲して、ＡＣ基準電圧（ＶＲ）が電子部品に結合するのを回避する。
【００２９】
上述したように、基準シールド１３４は、基準信号を入力ＡＣ電圧信号（ＶＯ）に注入するために用いられる。また、２つ目の機能として、接地アース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態様では、基準シールド１３４は、非接触電圧測定システム１０２のハウジング１０８の一部又は全てを包囲する。かかる実施態様では、電子部品の一部又は全ては、導電センサ１２６と絶縁線１０６内の導体１２２との間で基準電流（ＩＲ）も生成する基準コモンモード信号を参照する。少なくともいくつかの実施態様では、基準シールド１３４の間隙のみが、非接触電圧測定システム１０２の動作中に導電センサ１２６を絶縁線１０６の近傍に配置させるための、導電センサ用の開口であってもよい。
【００３０】
内部アースガード１３２及び基準シールド１３４は、非接触電圧測定システム１０２のハウジング１０８（図１Ａ及び図１Ｂ参照）の周りに二層スクリーンを提供してもよい。基準シールド１３４はハウジング１０８の外面上に配置されてもよく、内部アースガード１３２は内部シールド又はガードとして機能してもよい。導電センサ１２６は、ガード１３２によって基準シールド１３４から遮蔽されている。その結果、導電センサ１２６とテスト対象の導体１２２との間の結合コンデンサ（ＣＯ）によって、任意の基準電流の流れが生じる。
【００３１】
センサ１２６を包囲するガード１３２はまた、センサの近くにある隣接線の漂遊的な影響も低減する。
【００３２】
図２に示すように、非接触電圧測定システム１０２は、反転電流電圧変換器として動作する入力増幅器１３６を含んでもよい。入力増幅器１３６は、非接触電圧測定システム１０２の内部アース１３８として機能する内部アースガード１３２に電気的に結合した非反転端末を有している。入力増幅器１３６の反転端子は導電センサ１２６に電気的に結合していてもよい。フィードバック回路１３７（例えば、フィードバック抵抗器）を入力増幅器１３６の反転端子と出力端子との間に結合することもでき、それによって、フィードバック及び適切なゲインを提供して入力信号の調整を行い得る。
【００３３】
入力増幅器１３６は、導電センサ１２６から信号電流（ＩＯ）及び基準電流（ＩＲ）を受信して、受信した電流を、入力増幅器の出力端末において、導電センサの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、例えば、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へと送られ得る。このモジュールは、後で更に述べるように、センサ電流電圧信号を処理して絶縁線１０６の導体１２２におけるＡＣ電圧（ＶＯ）を算出する。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んでもよい。
【００３４】
非接触電圧測定システム１０２はまた、算出したＡＣ電圧（ＶＯ）を提示するために、あるいは、インターフェースによって非接触電圧測定システムのオペレータ１０４と通信するために、信号処理モジュール１４０に通信可能に連結されたユーザインターフェース１４２（例えば、ディスプレイ）を含み得る。
【００３５】
図３は、非接触電圧測定システムの種々の信号処理構成部品を示す、非接触電圧測定システム３００のブロック図である。図４は、図３の非接触電圧測定システム３００の詳細図である。
【００３６】
非接触電圧測定システム３００は、上述した非接触電圧測定システム１０２と類似又は同一であり得る。したがって、類似又は同一の構成部品には、同じ参照番号が付与されている。図示されているように、入力増幅器１３６は、導電センサ１２６からの入力電流（ＩＯ＋ＩＲ）を、かかる入力電流を示すセンサ電流電圧信号へと変換する。そして、センサ電流電圧信号は、アナログ−デジタル変換器（analog-to-digital converter、ＡＤＣ）３０２を用いてデジタル変換される。
【００３７】
線１２２における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：
2018141769.tif 000003
このとき、（ＩＯ）は導体１２２におけるＡＣ電圧（ＶＯ）によって導電センサ１２６を流れる信号電流であり、（ＩＲ）はＡＣ基準電圧（ＶＲ）によって導電センサ１２６を流れる基準電流であり、（ｆＯ）は測定中の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。
【００３８】
ＡＣ電圧（ＶＯ）に関連するインデックス「Ｏ」を伴う信号は、コモンモード基準電圧源１３０に関連するインデックス「Ｒ」を伴う信号とは異なる特性を有する。図４の実施態様では、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズム３０６を実施する回路などのデジタル処理を用いて、信号の大きさを分離することができる。後述する図５の実施態様では、「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ために、アナログ電子フィルタを用いることもできる。
【００３９】
電流（ＩＯ）及び（ＩＲ）は、周波数（ｆＯ）及び（ｆＲ）にそれぞれ依存する。これは、結合コンデンサ（ＣＯ）によるものである。結合コンデンサ（ＣＯ）及び人体容量（ＣＢ）を通って流れる電流は周波数に比例する。そのため、上記の式（１）に用いられる信号周波数（ｆＯ）に対する基準周波数（ｆＲ）の比率を算出するためには、テスト対象の導体１２２におけるＡＣ電圧（ＶＯ）の周波数（ｆＯ）を測定する必要がある。あるいは、基準周波数はシステム自体が発生させるものであるため、既知である。
【００４０】
入力電流（ＩＯ＋ＩＲ）が入力増幅器１３６によって調整されてＡＤＣ  ３０２によってデジタル化された後、デジタルのセンサ電流電圧信号をＦＦＴ  ３０６を用いて周波数領域で表現することによって、かかる信号の周波数成分を算出することができる。周波数（ｆＯ）及び（ｆＲ）の両方が測定された場合、周波数ビンを算出して、ＦＦＴ  ３０６からの電流（ＩＯ）及び（ＩＲ）の基本の大きさを計算してもよい。
【００４１】
次に、ブロック３０８によって示すように、電流（ＩＲ）及び（ＩＯ）の基本高調波の比率（それぞれＩＲ，１及びＩＯ，１と示す）は、算出した周波数（ｆＯ）及び（ｆＲ）によってそれぞれ補正され得る。そして、この要素を用いて、線１２２における高調波（ＶＯ）を加算することにより、測定した元の基本電圧又はＲＭＳ電圧を計算してもよい。これは、ディスプレイ３１２上でユーザに対して提示されてもよい。
【００４２】
結合コンデンサ（ＣＯ）は、概して、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の範囲内の容量値を有し得る。人体容量（ＣＢ）は、例えば、約２０ｐＦ〜２００ｐＦの容量値を有し得る。
【００４３】
上記の式（１）から、コモンモード基準電圧源１３０が発生させるＡＣ基準電圧（ＶＲ）は、信号電流（ＩＯ）及び基準電流（ＩＲ）が同様の電流の大きさとなるようにするために、導体１２２におけるＡＣ電圧（ＶＯ）と同じ範囲内である必要はないことが理解できる。基準周波数（ｆＲ）を比較的高く選択することにより、ＡＣ基準電圧（ＶＲ）を比較的低くすることができる（例えば、５Ｖ未満）。一例では、基準周波数（ｆＲ）として、信号周波数（ｆＯ）６０Ｈｚを有する典型的な１２０ＶＲＭＳ  ＡＣ電圧（ＶＯ）の５０倍高い、３ｋＨｚを選択することができる。このような場合、信号電流（ＩＯ）と同じ基準電流（ＩＲ）を発生させるために、ＡＣ基準電圧（ＶＲ）として選択できるのは２．４Ｖ（すなわち、１２０Ｖ÷５０）のみである場合がある。概して、基準周波数（ｆＲ）として信号周波数（ｆＯ）のＮ倍を設定することによって、ＡＣ基準電圧（ＶＲ）の値を線１２２におけるＡＣ電圧（ＶＯ）の（１／Ｎ）倍とすることができ、互いに同じ範囲内の電流（ＩＲ）及び（ＩＯ）を生じさせ、ＩＲとＩ０に対して類似の不確実性が得られる。
【００４４】
任意の好適な信号生成器を使用して、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に示す例では、シグマ−デルタ・デジタル−アナログ変換器（Sigma-Delta digital-to-analog converter、Σ−Δ  ＤＡＣ）３１０が用いられている。Σ−Δ  ＤＡＣ  ３１０は、ビットストリームから、定義済みの基準周波数（ｆＲ）及びＡＣ基準電圧（ＶＲ）を用いて波形（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態様では、Σ−Δ  ＤＡＣ  ３１０は、ＦＦＴ  ３０６の窓と同位相となる波形を発生させて、ジッタを低減してもよい。
【００４５】
少なくともいくつかの実施態様では、ＡＤＣ  ３０２は、１４ビットの解像度を有していてもよい。動作中、ＡＤＣ  ３０２は、入力増幅器１３６からの出力を、公称５０Ｈｚの入力信号に対してサンプリング周波数１０．２４ｋＨｚでサンプリングして、ＦＦＴ  ３０６による処理に備えて１００ｍｓで２ｎ個のサンプル（１０２４）（ＦＦＴ３０６のために１０Ｈｚのビン）を提供してもよい。６０Ｈｚの入力信号に対しては、サンプリング周波数は、例えば１２．２８ｋＨｚであってもよい。ＡＤＣ  ３０２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化されていてもよい。入力信号周波数は、例えば、４０〜７０Ｈｚの範囲内であってもよい。ＡＣ電圧（ＶＯ）の測定した周波数に応じて、ＡＣ電圧（ＶＯ）のビンをＦＦＴ  ３０６を用いて算出してもよい。また、ハニング窓関数を用いて更に計算を行い、集約間隔内に取り込まれた不完全な信号サイクルによって生じる位相シフトジッタを抑制してもよい。
【００４６】
一例では、コモンモード基準電圧源１３０が、２４１９Ｈｚの基準周波数（ｆＲ）を有するＡＣ基準電圧（ＶＲ）を発生させる。この周波数は、６０Ｈｚの信号については４０番目の高調波と４１番目の高調波の間にあり、５０Ｈｚの信号については４８番目の高調波と４９番目の高調波との間にある。期待されるＡＣ電圧（ＶＯ）の高調波でない基準周波数（ｆＲ）を有するＡＣ基準電圧（ＶＲ）を提供することにより、ＡＣ電圧（ＶＯ）は、より基準電流（ＩＲ）の測定に影響しにくくなる。
【００４７】
少なくともいくつかの実施態様では、コモンモード基準電圧源１３０の基準周波数（ｆＲ）として、テスト対象の導体１２２におけるＡＣ電圧（ＶＯ）の高調波によって最も影響を受けにくい周波数が選択される。例を挙げると、基準電流（ＩＲ）が限界を超えるとコモンモード基準電圧源１３０はオフになってもよい。それによって、導電センサ１２６がテスト対象の導体１２２に接近していることを示してもよい。測定（例えば、１００ｍｓ測定）をコモンモード基準電圧源１３０がオフの状態で行って、候補の基準周波数の数（例えば、３つ、５つ）だけ信号高調波を検出してもよい。そして、ＡＣ電圧（ＶＯ）における信号高調波の大きさを、候補の基準周波数の数だけ算出して、候補の基準周波数のうちのいずれがＡＣ電圧（ＶＯ）の信号高調波によって最も影響を受けにくいかを識別してもよい。そして、識別された候補の基準周波数を、基準周波数（ｆＲ）として設定してもよい。このようにして基準周波数を切り替えることにより、信号スペクトル内のあり得る基準周波数成分の影響（かかる影響は、測定した基準信号を増加させたり精度を低下させたりすることがあり、それによって不安定な結果をもたらすことがある）を回避又は低減することができる。
【００４８】
図５は、電子フィルタを実施する非接触電圧測定システムの信号処理部５００のブロック図である。信号処理部５００は、電流測定サブシステム（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し得る。
【００４９】
上述したように、信号電流（ＩＯ）は、基準電流（ＩＲ）とは異なる周波数を有する。信号電流（ＩＯ）を基準電流（ＩＲ）から分離するために、信号処理部５００は、信号電流（ＩＯ）は通過させるが基準電流（ＩＲ）は遮断するように動作する第１フィルタ５０２を含み得る。フィルタリングされた信号は、その後、第１整流器５０４によって整流され、第１  ＡＤＣ  ５０６によってデジタル化され得る。デジタル化された信号は、上述したように、好適なプロセッサ５０８に供給され、計算に用いられ得る。同様に、基準電流（ＩＲ）を信号電流（ＩＯ）から分離するために、信号処理部５００は、基準電流（ＩＲ）は通過させるが信号電流（ＩＯ）は遮断するように動作する第２フィルタ５１０を含み得る。フィルタリングされた信号は、その後、第２整流器５１２によって整流され、第２  ＡＤＣ  ５１４によってデジタル化され得る。デジタル化された信号は、好適なプロセッサ５０８に供給され、計算に用いられ得る。第１フィルタ５０２及び第２フィルタ５１０は任意の好適なアナログフィルタであってもよく、また、多数の個別部品（例えば、コンデンサ、インダクタ）をそれぞれ含んでもよい。
【００５０】
図６は、上述の非接触電圧測定システムのうちのいずれかなどの非接触電圧測定システムを部分的に示す概略回路図であり、コモンモード基準電圧源１３０、人体容量（ＣＢ）、結合コンデンサ（ＣＯ）、線１２２、外部アース１２８、及び内部アース１３８によって形成されるループを示している。
【００５１】
図７Ａは、種々の漏れや浮遊容量を示す、非接触電圧測定システム１０２の概略図である。概して、システム（例えば、センサ１２６）から見られる様々な浮遊コンデンサの影響の除去は、たとえ高度な遮蔽技術を有する特殊なセンサ設計及びスクリーニング法によっても、完全に達成することはできない。上述したように、本開示の実施態様は、コモンモード基準電圧源１３０を用いて、測定した信号周波数（ｆＯ）とは異なる基準周波数（ｆＲ）を有する基準電圧を発生させて、システムから見られる浮遊容量を補償する。
【００５２】
特に、結合コンデンサ（ＣＯ）に加えて、図７Ａは、人体容量（ＣＢ）、容量（ＣＸ）、容量（ＣＳＥＮＳ−ＲＥＦ）、及び容量（ＣＧ）を示している。人体容量（ＣＢ）は結合コンデンサ（ＣＯ）と直列の関係にあり、典型的な応用例では、人体容量（ＣＢ）は結合コンデンサ（ＣＯ）よりもはるかに大きい。そのため、人体容量（ＣＢ）は電流（ＩＯ＋ＩＲ）の大きさにのみ影響し、電流の比率（ＩＯ／ＩＲ）には影響しない。
【００５３】
図７Ａ及び図８に示すように、容量（ＣＸ）は、導電センサ１２６と外部アース１２８との間のセンサ容量である。結合コンデンサ（ＣＯ）は、線１２２とセンサ１２６との間の唯一の容量ではない。容量（ＣＸ）もまた、センサ１２６と外部アース１２８との間、特にセンサ１２６の領域を実質的に覆っていない細い線に対して存在する。容量（ＣＸ）は、信号電流（ＩＯ）に対して容量性分圧効果を有しており、ＡＣ電圧（ＶＯ）が低電圧測定となることがある。そのため、容量（ＣＸ）は、電流（ＩＯ＋ＩＲ）の大きさを低下させる。しかし、基準電流（ＩＲ）が同じ比率で分割され、また、浮遊コンデンサ（ＣＸ）を補償するため、比率（ＩＯ／ＩＲ）には影響しない。非接触電圧測定システムの外部への内部電流の流れを回避するためにも、少なくともいくつかの実施態様で上述したように、感知領域を除く測定システム全体が基準シールド１３４によって外部環境から遮蔽されており、基準電流（ＩＲ）を生じさせるためにコモンモード基準電圧源１３０の出力に接続されている。
【００５４】
図７Ａに示すように、容量（ＣＳＥＮＳ−ＲＥＦ）は、基準シールド１３４と導電センサ１２６との間の残存容量である。容量（ＣＳＥＮＳ−ＲＥＦ）は、線１０６におけるＡＣ電圧（ＶＯ）の測定中でなくても、存在するセンサ電流（ＩＯ＋ＩＲ）に対するオフセットを生じさせる。
【００５５】
図７Ａ及び図９Ａに示すように、容量（ＣＧ）は、内部アース１３８と外部アース１２８又は基準電位との間の容量である。容量（ＣＧ）は基準電流（ＩＲ）の並列経路であり、基準電流を低減させる。このため、容量（ＣＧ）は、線１０６おけるＡＣ電圧（ＶＯ）の計算結果に増加を生じさせる。容量（ＣＧ）の影響を示す図９Ｂを参照されたい。特に、容量（ＣＧ）がＩＲ及びＩＯに与える影響は異なるため、比率ＩＯ／ＩＲに影響を与える。
2018141769.tif 000004
【００５６】
上記の式（２）〜（５）から分かるように、比率ＩＯ／ＩＲはＣＢ／ＣＧに依存する。基準スクリーンが非接触電圧測定システム１０２の包囲体及びセンサの周囲にあるとき、容量ＣＧは非常に小さい。
【００５７】
図７Ｂは、反転基準信号（−ＶＲ）と、反転基準信号をセンサ１２６に結合させる構成とを用いることによって、基準電圧（ＶＲ）のセンサ１２６への影響に対する補償を提供する実施態様を示している。図７Ｃは、反転基準信号補償を有する例示的なセンサ構成を示している。
【００５８】
図７Ｂでは、調節可能な反転増幅器１４１を使用してセンサ１２６に反転基準信号（−ＶＲ）を提供して、基準電圧（＋ＶＲ）のセンサへの影響を補償している。これは、センサ１２６の近傍に位置する容量結合（ＣＣ）によって達成され得る。容量結合（ＣＣ）は、センサの近傍に位置する線、スクリーン、シールドなどの形状であってもよい。かかる補償は、絶縁導体１０６が比較的小径を有している場合に特に有利であり得る。というのは、そのような場合、基準シールド１３４からの基準電圧（ＶＲ）は、センサ１２６に対して最も大きい影響を有し得るからである。
【００５９】
図７Ｃは、上述の基準信号補償を提供する実施態様で用いられる例示的なセンサ構成１３９を示している。センサ構成１３９は、センサ１３９ａと、絶縁層１３９ｂ（例えば、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）テープ）と、内部アースガード１３９ｃと、反転基準信号層１３９ｄ（−ＶＲ）と、絶縁層１３９ｅと、基準信号層１３９ｆ（＋ＶＲ）とを含んでいる。
【００６０】
図１０は、上述した非接触電圧測定システムのうちのいずれかなどの非接触電圧測定システム用の例示的なセンサ及びガード組立体１０００の斜視図である。この例では、センサ及びガード組立体１０００は、導電センサ１００２、内部アースガード１００４、及びかかるセンサと内部アースガードとの間に配置された分離層１００６を含んでいる。概して、センサ組立体１０００は、センサ１００２とテスト対象の線との間に良好な結合容量（ＣＯ）を提供するべきであり、他の隣接する線との容量及び外部アースとの容量を抑制するべきである。センサ組立体１０００はまた、センサ１００２と基準シールド（例えば、基準シールド１３４）との間の容量（ＣＳＥＮＳ−ＲＥＦ）を最小化するべきである。
【００６１】
シンプルな例として、センサ１００２、ガード１００４、及び分離層１００６は、一片のフォイルをそれぞれ含んでもよい。ガード１００４はキャリアに連結されていてもよく（図１１参照）、分離層１００６（例えば、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）テープ）はガードに連結されていてもよく、センサ１００４は分離層に連結されていてもよい。
【００６２】
図１１は、センサ組立体１０００とあらゆる物体との間の直接的なガルバニック接触を避けるためにセンサ組立体を覆うハウジング層１１０２（例えば、プラスチック）を含む非接触電圧測定システムの、プローブ又は前端１１００のセンサを実現したものの例を示す断面図である。前端１１００は、図１Ａ及び図１Ｂに示す非接触電圧測定システム１０２の前端１１２に類似又は同一であり得る。この図では、センサ１００２と、ガード１００４と、分離層１００６とを含むセンサ組立体１０００は「Ｕ」形又は「Ｖ」形であり、これによって、センサ組立体１０００が異なる径の絶縁線を包囲すること、結合容量（ＣＯ）を増加させること、並びに、ガードによって、隣接する導電性物体に対する良好な遮蔽を行うことを可能にしている。
【００６３】
図１１に示す例では、センサ組立体１０００は、比較的大きい径を有する絶縁線１１０４や比較的小さい径を有する絶縁線１１０６などの、様々な径の絶縁線を収容するような形状を有している。いずれの場合でも、センサ組立体１０００は、線が前端１１００の凹部１１０８内に配置されたときに、かかる線を実質的に包囲する。凹部１１０８を画定し、かつ、センサ組立体１０００とテスト対象の線との間に配置される、前端１１００の壁は比較的薄くてもよく（例えば、１ｍｍ）、それによって、ガルバニック絶縁を提供しつつ、好適な容量結合を可能としている。
【００６４】
図１２は、非接触電圧測定システムの円弧状の前端１２００の正面図である。前端１２００は、第１延在部１２０４及び第２延在部１２０６によって画定される凹部１２０２を含んでいる。凹部１２０２は、比較的大きい上部円弧状部１２０８を含んでおり、これは比較的大きい径を有する絶縁線１２１０を受ける。凹部１２０２はまた、かかる部１２０８の下に、比較的小さい下部円弧状部１２１２を含んでおり、これは比較的小さい径を有する絶縁線１２１４を受ける。センサ組立体１２１６は、図１０に示すセンサ組立体１０００と類似していてよく、部１２０８及び１２１２によって覆われており、円弧状部１２０８及び１２１２に実質的に沿うような形状を有していてもよい。その結果、センサ組立体１２１６は、比較的大きい径を有する線（例えば、１２１０）及び比較的小さい径を有する線（例えば、１２１４）を実質的に包囲する。
【００６５】
図１３は、非接触電圧測定システムの円筒状の前端１３００の斜視図である。この例では、前端１３００は、テスト対象の線の近傍に配置され得る側壁１３０４及び前面１３０６を有する円筒状の内部アースガード１３０２を含んでいる。内部アースガード１３０２の前面１３０６は、中央開口１３０８を含んでいる。テスト対象の線と共に結合コンデンサ（ＣＯ）を形成する導電センサ１３１０は、内部アースガード１３０２の開口１３０８より後方に凹んでおり、それによって、隣接する物体との容量結合を回避する。センサ１３１０は、例えば、内部アースガード１３０２の前面１３０６からある距離（例えば、３ミリ）だけ凹んでいてもよい。
【００６６】
内部アースガード１３０２の側壁１３０４は、分離層１３１４によって内部アースガードから分離されている円筒状の基準シールド１３１２によって包囲されていてもよい。コモンモード基準電圧源（例えば、電圧源１３０）は、内部アースガード１３０２と基準シールド１３１２との間で接続されていてもよく、それによって、上述の機能を提供し得る。
【００６７】
図１４Ａ及び図１４Ｂは非接触電圧測定システムの前端１４００の上面図であり、図１５はかかる前端の一部を示す斜視図である。この例では、前端１４００は、前面１４０４を含む内部アースガード１４０２を含み、かかる前面に対して、テスト対象の線１４０６（図１５）が配置され得る。前面１４０４は、この場合は長方形の縁１４０７を含み、かかる縁は、前面における開口１４０８を画定する。この小さい長細い長方形の開口は、長細いが側方から見ると薄い形状を有する線形状を収容する。これによっても、隣接する線の影響が低減される。テスト対象の線と共に結合コンデンサ（ＣＯ）を形成する導電センサ１４１０は、内部アースガード１４０２の前面１４０４の開口１４０８よりある距離（例えば、３ｍｍ）だけ後方に凹んでいる。
【００６８】
内部アースガード１４０２はまた、前面１４０４の側方縁から前方へ（テスト対象の線に向かって）延在する側壁１４１２及び１４１４を含んでいる。内部アースガード１４０２はまた、第１クランプアーム１４１６Ａ及び第２クランプアーム１４１６Ｂを含む、導電性ガードリングクランプ１４１６を含んでもよい。クランプアーム１４１６Ａ及び１４１６Ｂは、図１４Ｂに示すように、開口位置へと選択的に移動することができ、それによって、テスト対象の線を内部アースガード１４０２の前面１４０４の近傍に配置することができる。線が適所に配置されると、クランプアーム１４１６Ａ及び１４１６Ｂは、図１４Ａに示すように、閉位置へと選択的に移動することができ、それによって、センサ１４１０の周りに、外部環境（例えば、隣接する導体、隣接する物体）との結合に対するシールドを提供し得る。閉位置においては、ガードリングクランプ１４１６は、例えば、センサ１４１０の上下に延伸する高さを有する略円筒形状であり得る。クランプアーム１４１６Ａ及び１４１６Ｂは、任意の好適な手動又は自動作動サブシステム１４１８を用いて、選択的に移動可能でもよい。例えば、クランプアーム１４１６Ａ及び１４１６Ｂは、作動システム１４１８として機能するばね又は他の付勢機構によって閉位置（図１４Ａ）に向けて付勢され得る。かかる付勢は、クランプアームを開位置（図１４Ｂ）へと移動させるために、オペレータによって克服することができる。その結果、テスト対象の線を、内部アースガード１４０２の前面１４０４の近傍に配置することができる。
【００６９】
上述の詳細な説明では、ブロック図、図式、及び例を用いて、本装置及び／又はプロセッサの種々の実施態様について説明した。かかるブロック図、図式、及び例が１つ以上の機能及び／又は動作を含む限りにおいて、当業者であれば、かかるブロック図、フローチャート、又は例における各機能及び／又は動作は、独立して及び／又は共同で、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの実質的に任意の組み合わせによって実施可能であることを理解するであろう。一実施態様では、本主題は、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）を介して実施することができる。しかし、当業者であれば、本明細書に開示された実施態様の全体又は一部が、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の（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の）、１つ以上のコントローラ（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の、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の、ファームウェアとしての、又はこれらの実質的に任意の組み合わせとしての、標準的な集積回路において同等に実施可能であること、並びに、回路の設計、及び／又はソフトウェア及び／又はファームウェア用のコードを書き込むことは、本開示を参照して為される当分野における通常の技術範囲内であることを理解するであろう。
【００７０】
当業者であれば、本明細書で述べた方法又はアルゴリズムは追加の動作を用いることができ、いくつかの動作を省略することができ、及び／又はここで述べた順序とは異なる順序で動作を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態様では、非接触電圧測定システムは、指示の実行にプロセッサを用いなくてもよい。例えば、非接触電圧測定システムは、本明細書で説明した機能の一部又は全てを提供するために、ハードウェアで実現（hardwired）されていてもよい。更に、少なくともいくつかの実施態様では、非接触電圧測定システムは、本明細書で説明した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用いなくてもよい。例えば、かかる非接触電圧測定システムは、１つ以上の別個の入力（例えば、測定を生じさせるための、ユーザにより作動されるボタン）に依存していることがある。
【００７１】
更に、当業者であれば、本明細書で教示されたメカニズムは、種々の形態のプログラム製品として配布することができること、並びに、例示的な実施態様は、実際に配布を行うために用いられる特定タイプの信号担持媒体を問わず、等しく適用されることを理解するであろう。信号担持媒体の例としては、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型媒体が挙げられるが、これらに限定されない。
【００７２】
上述の様々な実施態様を組み合わせて、更なる実施態様を提供することができる。本明細書中の特定の教示及び定義と矛盾しない限りにおいて、本明細書中で参照した及び／又は出願データシートに列挙された全ての米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、及び非特許文献が、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。かかる文献には、例えば、２０１６年１１月１１日にファイルされた米国特許仮出願第６２／４２１，１２４号が挙げられるが、これに限定されない。本実施態様の側面は、必要に応じて修正を加えて、種々の特許、出願、及び文献のシステム、回路、概念を採用することができ、それによって、更なる実施態様を提供することができる。
【００７３】
これらの及び他の変更を、上述の説明を考慮して、実施態様に対して行うことができる。概して、以下の請求項で用いられる用語は、本請求項を、本明細書及び本請求項に開示された特定の実施態様に制限するものと解釈するべきでなく、かかる請求項が権利を有する全範囲の等価物と共に全ての可能な実施態様を含むものと解釈するべきである。したがって、請求項は、本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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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【外国語明細書】
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