[0001] 背景技术。
技术领域
[0002] 本公开整体涉及电压测量设备，并且更具体地涉及用于电压测量设备的传感器。
背景技术
[0003] 电压表是用于测量
电路中的电压的仪器。测量多于一种电气特性的仪器称为万用表或数字万用表(DMM)，并且操作以测量服务、故障诊断和维护应用通常需要的多个参数。此类参数通常包括交流(AC)电压和
电流、直流(DC)电压和电流和
电阻或导通。还可以测量其他参数，诸如功率特性、
频率、电容和
温度，以符合特定应用的要求。
[0004] 对于测量AC电压的常规电压表或万用表而言，需要使至少两个测量
电极或
探头与导体电流接触，这通常需要
切除绝缘电线的一部分绝缘体或提前提供测量
端子。除了需要暴露的线或端子进行电流接触之外，将电压表探头接触到剥离的线或端子的步骤可能相当危险，由于存在被电击或触电的
风险。可使用“非接触式”电压测量设备来检测交流(AC)电压的存在，而不需要与电路进行电流接触。当检测到电压时，通过指示（诸如灯光、蜂鸣器，或振动
电机）提醒用户。然而，此类非接触式电压检测器仅提供AC电压存在或不存在的指示，并且不提供AC电压的实际幅值（例如，RMS值）的指示。
[0005] 因此，需要一种AC电压测量系统，该AC电压测量系统提供方便且准确的电压测量，而不需要与被测电路进行电流接触。
发明内容
[0006] 一种测量绝缘导体中的交流电(AC)的设备可概括为包括：
外壳；传感器子系统，该传感器子系统物理耦合到外壳，该传感器子系统能够靠近绝缘导体选择性地
定位而不电流接触导体，其中传感器子系统与绝缘导体
电容耦合，传感器子系统包括第一传感器部分和独立于第一传感器部分的第二传感器部分；导电内部接地保护件，该导电内部接地保护件至少部分地围绕传感器子系统并且与传感器子系统电流隔离，内部接地保护件的大小和尺寸被设计成保护传感器子系统免受杂散电流的影响；导电参考屏蔽件，该导电参考屏蔽件围绕外壳的至少一部分并与内部接地保护件电流绝缘，导电参考屏蔽件的大小和尺寸被设计成减小内部接地保护件和外部接地部之间的电流；共模参考电压源，在操作中，该共模参考电压源生成具有参考频率的交流(AC)参考电压，共模参考电压源电耦合在内部接地保护件和导电参考屏蔽件之间；输入电压
信号调节电路，该输入电压信号调节电路能够选择性地交替耦合到传感器子系统的第一传感器部分和第二传感器部分，其中在操作中，输入电压信号调节电路生成传感器电流信号，该传感器电流信号指示由于待测绝缘导体的输入电压而传导流过传感器子系统的电流；参考信号调节电路，该参考信号调节电路能够选择性地交替耦合到传感器子系统的第一传感器部分和第二传感器部分，其中在操作中，参考信号调节电路生成传感器电流信号，该传感器电流信号指示由于在待测绝缘导体中检测的AC参考电压而传导流过传感器子系统的电流；和控制电路，该控制电路通信地耦合到输入电压信号调节电路和参考信号调节电路，其中在操作中，控制电路：接收来自输入电压信号调节电路和参考信号调节电路中的每一者的传感器电流信号；以及至少部分地基于接收到的传感器电流信号、AC参考电压和参考频率来确定绝缘导体中的AC电压。
[0007] 第一传感器部分可包括电耦合在一起的第一多个间隔开的导电传感器，并且第二传感器部分可包括电耦合在一起的第二多个间隔开的导电传感器。第一传感器部分的第一多个导电传感器可与第二传感器部分的第二多个导电传感器交错。输入电压信号调节电路能够经由第一
开关选择性地交替耦合到第一传感器部分和第二传感器部分，并且其中参考信号调节电路能够经由第二开关选择性地交替耦合到第一传感器部分和第二传感器部分。在操作中，控制电路可同步地控制第一开关和第二开关的状态以交替地：将第一传感器部分电耦合到参考信号调节电路，以及将第二传感器部分电耦合到输入电压信号调节电路；
以及将第二传感器部分电耦合到参考信号调节电路，以及将第一传感器部分电耦合到输入电压信号调节电路。在操作中，控制电路可在50%的占空比下同步地控制第一开关和第二开关的状态。在操作中，控制电路：可确定第一传感器部分和第二传感器部分中的哪一者生成最大传感器电流信号；并且可至少部分地基于第一传感器部分和第二传感器部分中的哪一者生成最大传感器电流信号的确定来确定绝缘导体中的AC电压。在操作中，控制电路：可确定第一传感器部分和第二传感器部分中的哪一者生成最大传感器电流信号；可忽略得自第一传感器部分和第二传感器部分中生成最小传感器电流信号的那个传感器部分的传感器电流信号；并且可至少部分地基于得自第一传感器部分和第二传感器部分中生成最大传感器电流信号的那个传感器部分的传感器电流信号来确定绝缘导体中的AC电压。在操作中，控制电路：可确定从输入电压信号调节电路和参考信号调节电路接收到的所接收到的传感器电流信号的加权组合；并且可至少部分地基于接收到的传感器电流信号的加权组合来确定绝缘导体中的AC电压。接收到的传感器电流信号的加权组合可包括线性加权组合或指数加权组合中的至少一种。输入电压信号调节电路和参考信号调节电路中的每一者可包括
放大器、
滤波器或
模数转换器中的至少一者。输入电压信号调节电路可被优化以对输入电压信号进行调节或处理，并且参考信号调节电路可被优化以对AC参考电压信号进行调节或处理。传感器子系统和导电内部接地保护件可各自在形状上是非平面的。控制电路可在共模参考电压源被禁用时获得第一测量结果，可在共模参考电压源被启用时获得第二测量结果，并且可至少部分地基于第一测量结果和第二测量结果、AC参考电压和参考频率来确定绝缘导体中的AC电压。
[0008] 一种操作用于测量绝缘导体中的交流(AC)电压的设备的方法可总结为：包括外壳、传感器子系统、导电内部接地保护件和导电参考屏蔽件，该传感器子系统物理耦合到外壳，传感器子系统能够靠近绝缘导体选择性地定位而不电流接触导体，其中传感器子系统与绝缘导体电容耦合，传感器子系统包括第一传感器部分和独立于第一传感器部分的第二传感器部分，该导电内部接地保护件至少部分地围绕传感器子系统并且与传感器子系统电流隔离，内部接地保护件的大小和尺寸被设计成保护传感器子系统免受杂散电流的影响，该导电参考屏蔽件围绕外壳的至少一部分并且与内部接地保护件电流绝缘，导电参考屏蔽件的大小和尺寸被设计成减小内部接地保护件和外部接地部之间的电流，该方法还包括：使得共模参考电压源生成具有参考频率的交流(AC)参考电压，共模参考电压源电耦合在内部接地保护件和导电参考屏蔽件之间；经由能够以交流方式电耦合到传感器子系统的第一传感器部分和第二传感器部分的输入电压信号调节电路，生成传感器电流信号，该传感器电流信号指示由于在待测绝缘导体中检测的输入电压而传导流过传感器子系统的电流；经由能够以交流方式电耦合到传感器子系统的第一传感器部分和第二传感器部分的参考电流信号调节电路，生成传感器电流信号，该传感器电流信号指示由于在待测绝缘导体中检测的AC参考电压而传导流过传感器子系统的电流；由控制电路接收来自输入电压信号调节电路和参考信号调节电路中的每一者的传感器电流信号；以及由控制电路至少部分地基于接收到的传感器电流信号、AC参考电压和参考频率来确定绝缘导体中的AC电压。
[0009] 一种测量绝缘导体中的交流电(AC)的设备可概括为包括：第一传感器部分，该第一传感器部分包括第一多个导电传感器；第二传感器部分，该第二传感器部分独立于第一传感器部分，该第二传感器部分包括第二多个导电传感器；输入电压信号调节电路，在操作中，该输入电压信号调节电路生成传感器电流信号，该传感器电流信号指示由于待测绝缘导体的输入电压而传导流过第一传感器部分和第二传感器部分中的至少一者的电流；参考信号调节电路，在操作中，该参考信号调节电路生成传感器电流信号，该传感器电流信号指示由于设备生成的并在待测绝缘导体中检测的AC参考电压而传导流过传感器子系统的电流；第一可控开关，该第一可控开关操作以交替地将第一传感器部分和第二传感器部分中的每一者耦合到输入电压信号调节电路；和第二可控开关，该第二可控开关操作以交替地将第一传感器部分和第二传感器部分中的每一者耦合到参考信号调节电路。
[0010] 该设备还可包括：控制电路，该控制电路通信地耦合到输入电压信号调节电路、参考信号调节电路、第一可控开关和第二可控开关，其中在操作中，该控制电路：控制第一可控开关以交替地：将第一传感器部分耦合到输入电压信号调节电路，以及将第二传感器部分耦合到输入电压信号调节电路；控制第二可控开关以交替地：将第一传感器部分耦合到参考信号调节电路，以及将第二传感器部分耦合到参考信号调节电路；接收来自输入电压信号调节电路和参考信号调节电路中的每一者的传感器电流信号；以及至少部分地基于接收到的传感器电流信号来确定绝缘导体中的AC电压。在操作中，控制电路可在50%的占空比下同步地控制第一可控开关和第二可控开关的状态。第一传感器部分可包括电耦合在一起的第一多个间隔开的导电传感器，并且第二传感器部分可包括电耦合在一起的第二多个间隔开的导电传感器。第一传感器部分的第一多个导电传感器可与第二传感器部分的第二多个导电传感器交错。
附图说明
[0011] 在附图中，相同的附图标号指示类似的元件或动作。附图中的元件的大小和相对
位置不一定按比例绘制。例如，各种元件的形状和
角度不一定按比例绘制，并且这些元件中的一些元件可被任意地放大和定位，以提高附图的可读性。此外，绘制的元件的特定形状不一定意图传达关于特定元件的实际形状的任何信息，并且可能仅为了便于在附图中识别而被选择。
[0012] 图1A是根据一个例示的具体实施的环境的绘画图，在该环境中操作者可使用包括参考信号型电压传感器的非接触式电压测量设备来测量绝缘线中存在的AC电压，而不需要与该线电流接触。
[0013] 图1B是根据一个例示的具体实施的图1A的非接触式电压测量设备的顶视图，示出了在绝缘线和非接触式电压测量设备的导电传感器之间形成的耦合电容、绝缘导体电流分量以及非接触式电压测量设备和操作者之间的体电容。
[0014] 图2是根据一个例示的具体实施的非接触式电压测量设备的各种内部部件的示意图。
[0015] 图3是根据一个例示的具体实施的示出非接触式电压测量设备的各种
信号处理部件的
框图。
[0016] 图4是根据一个例示的具体实施的实现快速傅里叶变换(FFT)的非接触式电压测量设备的示意图。
[0017] 图5是根据一个例示的具体实施的传感器子系统的示意图，该传感器子系统包括具有第一多个传感器元件的第一传感器阵列部分和具有第二多个传感器元件的第二传感器阵列部分，其中第一多个传感器元件与第二多个传感器元件交错。
具体实施方式
[0018] 本公开的一个或多个具体实施涉及用于测量绝缘导体或未绝缘的裸导体（例如，绝缘线）的交流(AC)电压的系统和方法，而不需要导体和测试电极或探头之间存在电流连接。一般来讲，提供非电流接触式（或“非接触式”）电压测量系统，该电压测量系统使用电容传感器来测量绝缘导体中相对于接地部的AC电压信号。不需要电流连接的此类系统在本文中称为“非接触式”。如本文所用，“电耦合”包括直接电耦合和间接电耦合，除非另有说明。如下文参考图5所进一步讨论的那样，在至少一些具体实施中，两个独立的传感器可被用于通过对待测导体的位置的补偿来提供改进的测量，并且通过使用信号分离方法，诸如滤波器、同步整流，或其他调制方法将信号路径直接分离到传感器输入处，参考信号和
输入信号中。如下文进一步讨论的那样，该分离可用于分别优化，例如，参考信号和输入信号的灵敏度/范围，以提高性能/准确度并降低噪声。
[0019] 在下面的描述中，阐述了某些具体细节以便提供对所公开的各种具体实施的彻底理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在不具有这些具体细节中的一个或多个具体细节的情况下，或者具有其他方法、部件、材料等的情况下实现具体实施。在其他实例中，没有详细示出或描述与
计算机系统、
服务器计算机和/或通信网络相关联的公知结构，以避免不必要地模糊具体实施的描述。
[0020] 除非上下文另有要求，否则贯穿整个
说明书和
权利要求书，单词“包含”与“包括”是同义的，并且是包容性的或开放式的（即，不排除附加的、未被引用的元件或方法动作）。
[0021] 贯穿整个说明书的对“一个具体实施”或“具体实施”的引用意指结合该具体实施描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个具体实施中。因此，贯穿整个说明书的各个地方出现的短语“在一个具体实施中”或“在具体实施中”不一定全部指代相同的具体实施。此外，在一个或多个具体实施中，特定特征、结构或特性可以任何合适的方式组合。
[0022] 如本说明书和所附权利要求书所用，单数形式“一个”和“该”包括复数指代物，除非上下文另有明确指示。还应指出的是，术语“或”通常用作在其意义上包括“和/或”，除非上下文另有明确指示。
[0023] 本文所提供的标题和说明书
摘要仅为了方便而提供，并且不解释具体实施的范围或含义。
[0024] 以下讨论提供了用于测量绝缘导体（例如，绝缘线）或未绝缘的裸导体（例如，汇流条）的交流(AC)电压的系统和方法的示例，而不需要导体和测试电极或探头之间的电流连接。本节中公开的具体实施在本文中可称为“参考信号型电压传感器”或系统。一般来讲，提供了非电流接触式（或“非接触式”）电压测量设备，该电压测量设备使用电容传感器来测量绝缘导体中相对于接地部的AC电压信号。不需要电流连接的此类系统在本文中称为“非接触式”。如本文所用，“电耦合”包括直接电耦合和间接电耦合，除非另有说明。
[0025] 图1A是环境100的绘画图，在该环境中操作者104可使用包括参考信号型电压传感器或系统的非接触式电压测量设备102来测量绝缘线106中存在的AC电压，而不需要非接触式电压测量设备和线106之间的电流接触。图1B是图1A的非接触式电压测量设备102的顶部平面图，示出了操作期间非接触式电压测量设备的各种电气特性。非接触式电压测量设备102包括外壳或主体108，该外壳或主体包括抓持部分或端部110以及与该抓持部分相对的探头部分或端部112（在本文中也称为前端）。外壳108还可包括便于用户与非接触式电压测量设备102交互的
用户界面114。用户界面114可包括任何数量的输入件（例如，按钮、拨盘、开关、触摸传感器）和任何数量的输出件（例如，显示器、LED、扬声器、蜂鸣器）。非接触式电®
压测量设备102还可包括一个或多个有线通信
接口和/或无线
通信接口（例如，USB、Wi-Fi 、蓝牙®）。
[0026] 在至少一些具体实施中，如图1B中最佳地示出，探头部分112可包括由第一延伸部分118和第二延伸部分120限定的凹入部分116。凹入部分116接纳绝缘线106（参见图1A）。绝缘线106包括导体122和围绕导体122的绝缘体124。当绝缘线106位于非接触式电压测量设备102的凹入部分116内时，凹入部分116可包括靠近该绝缘线的绝缘体124安置的传感器或电极126。虽然为了清楚起见未示出，但是传感器126可设置在外壳108的内部，以防止传感器和其他物体之间的物理接触和电接触。
[0027] 如图1A所示，在使用中，操作者104可抓紧外壳108的抓持部分110并且将探头部分112放置为靠近绝缘线106，使得非接触式电压测量设备102可准确地测量该线中存在的相对于地面接地部（或另一参考
节点）的AC电压。虽然探头端部112被示出为具有凹入部分
116，但是在其他具体实施中，探头部分112可被不同地配置。例如，在至少一些具体实施中，探头部分112可包括能够选择性地移动的夹具、钩、包括传感器的平坦或弓形表面，或允许非接触式电压测量设备102的传感器被定位成靠近绝缘线106的其他类型的界面。下文参考图5讨论各种探头部分和传感器的示例。
[0028] 可只在一些具体实施中使操作者的身体充当地面/接地部参考。另选地，可以使用经由测试引线139到地面128的直接连接。本文讨论的非接触式测量功能不限于仅相对于地面测量的应用。外部参考可电容耦合或直接耦合到任何其他电位。例如，如果外部参考电容耦合到三相系统中的另一相，则测量相间电压。一般来讲，本文讨论的概念不限于仅使用连接到参考电压和任何其他参考电位的体电容耦合件来相对于地面参考。
[0029] 如下面进一步讨论的那样，在至少一些具体实施中，非接触式电压测量设备102可在AC电压测量期间利用操作者104和接地部128之间的体电容(CB)。虽然术语接地部用于节点128，但是该节点不一定是地面/接地部，而是可通过电容耦合以电流隔离的方式连接到任何其他参考电位。
[0030] 下面参考图2至图4讨论非接触式电压测量设备102测量AC电压使用的特定系统和方法。
[0031] 图2示出了也在图1A和图1B中示出的非接触式电压测量设备102的各种内部部件的示意图。在该示例中，非接触式电压测量设备102的导电传感器126大体上为“V”形并被定位成靠近待测绝缘线106，并且与绝缘线106的导体122电容耦合，从而形成传感器耦合电容器(CO)。操控非接触式电压测量设备102的操作者104具有对地体电容(CB)。如图1A和图1B所示，也可以使用通过线（例如，测试引线139）耦合的直接导电接地部。因此，如图1B和图2所示，线122中的AC电压信号(VO)通过
串联连接的耦合电容器(CO)和体电容(CB)生成绝缘导体电流分量或“信号电流”(IO)。在一些具体实施中，体电容(CB)还可包括生成对地或对任何其他参考电位的电容的电流隔离的测试引线。
[0032] 待测量的线122中的AC电压(VO)具有到外部接地部128（例如，零线）的连接。非接触式电压测量设备102本身也具有对接地部128的电容，当操作者104（图1）将非接触式电压测量设备握在其手中时，该对地电容主要由体电容(CB)组成。电容CO和CB两者形成导电回路，并且该回路内部的电压生成信号电流(IO)。信号电流(IO)由电容耦合到导电传感器126的AC电压信号(VO)生成，并且通过非接触式电压测量设备的外壳108、和对接地部128的体电容器(CB)回到外部接地部128。电流信号(IO)取决于非接触式电压测量设备102的导电传感器126、和待测绝缘线106之间的距离、导电传感器126的特定形状、以及导体122的尺寸和电压电平(VO)。
[0033] 为了补偿直接影响信号电流(IO)的距离方差和随之而来的耦合电容器(CO)方差，非接触式电压测量设备102包括共模参考电压源130，该共模参考电压源生成具有与信号电压频率(fO)不同的参考频率(fR)的AC参考电压(VR)。
[0034] 为了减小或避免杂散电流，非接触式电压测量设备102的至少一部分可被导电内部接地保护件或遮蔽件132围绕，这使得大部分电流流过与绝缘线106的导体122形成耦合电容器(CO)的导电传感器126。内部接地保护件132可由任何合适的导电材料（例如，
铜）形成，并且可以是实心的（例如，箔片）或者具有一个或多个开口（例如，网孔）。
[0035] 此外，为了避免内部接地保护件132和外部接地部128之间的电流，非接触式电压测量设备102包括导电参考屏蔽件134。参考屏蔽件134可由任何合适的导电材料（例如，铜）形成，并且可以是实心的（例如，金属片、塑料壳体内部的溅
镀金属），柔性的（例如，箔片）或者具有一个或多个开口（例如，网孔）。共模参考电压源130电耦合在参考屏蔽件134和内部接地保护件132之间，这可产生用于非接触式电压测量设备102的具有参考电压(VR)和参考频率(fR)的共模电压或参考信号。此类AC参考电压(VR)驱动附加的参考电流(IR)通过耦合电容器(CO)和体电容器(CB)。
[0036] 围绕导电传感器126的至少一部分的内部接地保护件132保护导电传感器免受AC参考电压(VR)的直接影响，该直接影响使得导电传感器126和参考屏蔽件134之间的参考电流(IR)发生不期望的偏移。如上所述，内部接地保护件132是用于非接触式电压测量设备102的内部
电子接地部138。在至少一些具体实施中，内部接地保护件132还围绕非接触式电压测量设备102的电子器件中的部分或全部电子器件，以避免AC参考电压(VR)耦合到电子器件中。
[0037] 如上所述，参考屏蔽件134被利用将参考信号注入到输入AC电压信号(VO)上，并且作为第二功能，使保护件132对地面接地部128的电容最小化。在至少一些具体实施中，参考屏蔽件134围绕非接触式电压测量设备102的外壳108中的部分或全部外壳。在此类具体实施中，电子器件中的部分或全部电子器件参见参考共模信号，该参考共模信号还生成导电传感器126、和绝缘线106中的导体122之间的参考电流(IR)。在至少一些具体实施中，参考屏蔽件134中的唯一间隙可以是用于导电传感器126的开口，该开口允许导电传感器在非接触式电压测量设备102的操作期间被定位成靠近绝缘线106。
[0038] 内部接地保护件132和参考屏蔽件134可提供围绕非接触式电压测量设备102的外壳108（参见图1A和图1B）的双层遮蔽件。参考屏蔽件134可设置在外壳108的外表面上，并且内部接地保护件132可用作内部屏蔽件或保护件。导电传感器126通过保护件132屏蔽参考屏蔽件134，使得任何参考电流均由导电传感器126和待测导体122之间的耦合电容器(CO)生成。围绕传感器126的保护件132还减小靠近传感器的相邻线的杂散影响。
[0039] 如图2所示，非接触式电压测量设备102可包括作为反相电流-电压转换器操作的输入放大器136。输入放大器136具有同相端子，该同相端子电耦合到用作非接触式电压测量设备102的内部接地部138的内部接地保护件132。输入放大器136的反相端子可电耦合到导电传感器126。反馈电路137（例如，反馈
电阻器）还可耦接在输入放大器136的反相端子和输出端子之间，以提供用于输入信号调节的反馈和适当的增益。
[0040] 输入放大器136从导电传感器126接收信号电流(IO)和参考电流(IR)，并将接收的电流转换成指示输入放大器的输出端子处的导电传感器电流的传感器电流电压信号。该传感器电流电压信号可例如是模拟电压。该模拟电压可被馈送到信号处理模
块140，如下文进一步讨论的，该信号处理模块处理传感器电流电压信号以确定绝缘线106的导体122中的AC电压(VO)。信号处理模块140可包括数字电路和/或模拟电路的任何组合。
[0041] 非接触式电压测量设备102还可包括通信地耦合到信号处理模块140的用户界面142（例如，显示器），以呈现确定的AC电压(VO)或通过接口传送给非接触式电压测量设备的操作者104。
[0042] 图3是非接触式电压测量设备300的框图，该框图示出了该非接触式电压测量设备的各种信号处理部件。图4是图3的非接触式电压测量设备300的更详细的图。
[0043] 非接触式电压测量设备300可与上面讨论的非接触式电压测量设备102类似或相同。因此，类似或相同的部件用相同的附图标号标记。如图所示，输入放大器136将来自导电传感器126的输入电流(IO+IR)转换成指示输入电流的传感器电流电压信号。使用模数转换器(ADC) 302将传感器电流电压信号转换成数字形式。
[0044] 线122中的AC电压(VO)与AC参考电压(VR)相关，如公式(1)所示：其中(IO)是由于导体122中的AC电压(VO)而通过导电传感器126的信号电流，(IR)是由于AC参考电压(VR)而通过导电传感器126的参考电流，(fO)是正被测量的AC电压(VO)的频率，并且(fR)是参考AC电压(VR)的频率。
[0045] 与AC电压(VO)相关的索引为“O”的信号具有和与共模参考电压源130相关的索引为“R”的信号不同的特性，如频率。在图4的具体实施中，数字处理诸如实现快速傅里叶变换(FFT)
算法306的电路可用于分开具有不同频率的信号幅值。在其他具体实施中，还可使用模拟电子滤波器将“O”信号特性（例如，幅值、频率）与“R”信号特性分开。
[0046] 电流(IO)和(IR)由于耦合电容器(CO)分别取决于频率(fO)和(fR)。流过耦合电容器(CO)和体电容(CB)的电流与频率成比例，并且因此需要测量待测导体122中AC电压(VO)的频率(fO)，以确定参考频率(fR)与信号频率(fO)的比率，该比率在上面列出的公式(1)中被利用，或者参考频率是已知的，因为参考频率是由系统本身生成的。
[0047] 在输入电流(IO+IR)已由输入放大器136调节并由ADC 302数字化之后，可通过使用FFT 306表示频域中的信号来确定
数字传感器电流电压信号的频率分量。当已经测量频率(fO)和(fR)两者时，可确定频率窗口，以计算来自FFT 306的电流(IO)和(IR)的基波幅值。
[0048] 电流(IR)和/或电流(IO)的幅值可作为参考信号传感器或电极（例如，电极126）与绝缘线106的导体122之间的距离的函数而变化。因此，系统可将测量的电流(IR)和/或电流(IO)与期望的各个电流进行比较，以确定参考信号传感器或电极与导体122之间的距离。
[0049] 接下来，如图3的框308所示，分别
指定为IR,1和IO,1的电流(IR)和(IO)的基波谐波的比率可通过确定的频率(fO)和(fR)来校正，并且该因数可用于通过在线122中添加谐波(VO)来计算测量的原始基波或RMS电压，这通过计算平方谐波和的平方根来完成，并且可在显示器312上呈现给用户。
[0050] 耦合电容器(CO)通常可具有大约0.02pF至1pF范围内的电容值，例如具体根据绝缘导体106和导电传感器126之间的距离以及传感器126的特定形状和尺寸。体电容(CB)可例如具有约20pF至200pF的电容值。
[0051] 从上述公式(1)可以看出，由共模参考电压源130生成的AC参考电压(VR)不需要处于与导体122中的AC电压(VO)相同的范围来实现类似的信号电流(IO)和参考电流(IR)的电流幅值。通过选择相对高的参考频率(fR)，AC参考电压(VR)可能相对低（例如，小于5V）。例如，可将参考频率(fR)选择为3kHz，这比具有60Hz的信号频率(fO)的典型的120V VRMS AC电压(VO)高50倍。在这种情况下，可将AC参考电压(VR)选择为仅2.4V（即，120V÷50），以生成与信号电流(IO)相同的参考电流(IR)。一般来讲，将参考频率(fR)设置为信号频率(fO)的N倍允许AC参考电压(VR)具有线122中的AC电压(VO)的(1/N)倍的值，以产生处于彼此相同范围的电流(IR)和(IO)，从而实现类似的IR和IO的不确定性。
[0052] 可使用任何合适的信号发生器来生成具有参考频率(fR)的AC参考电压(VR)。在图3所示的示例中，使用Σ-Δ
数模转换器(Σ-Δ DAC) 310。Σ-Δ DAC 310使用比特流来产生具有限定的参考频率(fR)和AC参考电压(VR)的
波形（例如，
正弦波形）信号。在至少一些具体实施中，Σ-Δ DAC 310可生成与FFT 306的窗口同相的波形以减少抖动。任何其他参考电压发生器都可以使用，诸如可使用比Σ-Δ DAC更少的计算功率的PWM。
[0053] 在至少一些具体实施中，ADC 302可具有14位的
分辨率。在操作中，对于标称的50Hz输入信号，ADC 302可以10.24kHz的
采样频率对来自输入放大器136的输出进行采样，以在100ms（FFT 306的10Hz窗口）中提供2n个样本(1024)以准备好通过FFT 306进行处理。
对于60Hz的输入信号，
采样频率可例如为12.288kHz，以在每个周期获得相同数量的样本。
ADC 302的采样频率可与参考频率(fR)的全数周期同步。例如，输入信号频率可在40Hz至
70Hz的范围内。根据AC电压(VO)的测量的频率，可使用FFT 306来确定AC电压(VO)的窗口，并使用汉宁窗函数进行进一步的计算，以抑制由在聚合间隔中捕获的不完整信号周期引起的
相移抖动。
[0054] 在一个示例中，共模参考电压源130生成具有2419Hz的参考频率(fR)的AC参考电压(VR)。对于60Hz的信号，该频率介于第40个谐波和第41个谐波之间，并且对于50Hz的信号，该频率介于第48个谐波和第49个谐波之间。通过提供具有不是预期AC电压(VO)的谐波的参考频率(fR)的AC参考电压(VR)，AC电压(VO)不太可能影响参考电流(IR)的测量。
[0055] 在至少一些具体实施中，将共模参考电压源130的参考频率(fR)选择为最不可能受到待测导体122中的AC电压(VO)的谐波的影响的频率。例如，当参考电流(IR)超过极限时（这可指示导电传感器126正在接近待测导体122），可断开共模参考电压源130。可在共模参考电压源130断开的情况下进行测量（例如，100ms测量），以检测一定数量的（例如，三个、五个）候选参考频率处的信号谐波。然后，可在该数量的候选参考频率处确定AC电压(VO)中的信号谐波的幅值，以识别哪个候选参考频率可能受到AC电压(VO)的信号谐波的影响最小。然后可将参考频率(fR)设置为识别的候选参考频率。参考频率的这种切换可避免或减小信号
频谱中可能的参考频率分量的影响，这可增加测量的参考信号并降低准确度，并且可产生不稳定的结果。除2419Hz之外，具有相同特性的其他频率包括例如2344Hz和2679Hz。
[0056] 图5是包括传感器阵列402的传感器子系统400的示意图。传感器阵列402可类似于上面讨论的图1B和图2所示的传感器阵列126进行定位和操作。传感器阵列402在形状上可以是平面的（如图所示）或者可以是非平面的（例如，U形、V形）。传感器阵列402包括具有第一多个传感器元件404的第一独立传感器阵列部分（“第一传感器部分”）。传感器阵列402还包括具有第二多个传感器元件406的第二独立传感器阵列部分（“第二传感器部分”）。在至少一些具体实施中，多个传感器元件中的每一个传感器元件是细长的矩形形状。在例示的示例中，第一多个传感器元件404中的传感器元件与第二多个传感器元件406中的传感器元件交错。
[0057] 第一多个传感器元件404中的每一个传感器元件耦接到节点V1，该节点分别经由可控开关412和414交替耦合到输入电压信号调节或处理电路408和参考电流信号调节或处理电路410，该可控开关由控制电路（例如，处理器）操作的开关
控制信号（fsynch）416控制。类似地，第二多个传感器元件406中的每一个传感器元件耦接到节点V2，该节点分别经由开关412和414交替耦合到输入电压信号调节电路408和参考电流信号调节电路410。输入电压信号调节电路408可包括被配置用于处理信号电流IO的处理电路，并且参考电流信号调节电路410可被配置用于处理参考电流IR。输入电压信号调节电路408和参考电流信号调节电路
410可各自包括与上面讨论的类似的处理电路（例如，放大器、滤波器、ADC等），特别配置用于分别测量电压输入信号和参考电流信号。
[0058] 第一多个传感器元件404和第二多个传感器元件406中的每一者可具有相同的形状，以便在信号调节电路之前分开信号电流和参考电流。这种配置允许对信号电流和参考电流使用不同的滤波和放大，以优化两种信号的信号
质量和范围。
[0059] 为了补偿任何取决于位置的
不平衡，尤其是边缘处的不平衡，开关控制416可以50%的占空比操作以交替地将第一多个传感器404耦合到输入电压信号调节电路408和信号调节电路410，并且交替地将第二多个传感器406耦合到输入电压信号调节电路408和信号调节电路410。这具有对任何局部几何不平衡进行平均的效果。
[0060] 在至少一些具体实施中，第一多个传感器404和第二多个传感器406中的每一者的信号幅值将是单个较大传感器的信号幅值的50%。然而，由于信号电流和参考电流被分开处理，因此针对特定电流优中的每个特定电流可有利地优化信号调节电路（例如，增益、频率）。
[0061] 在至少一些具体实施中，切换频率(fsynch)可与测量间隔（例如，100ms）同步以确保对整个周期进行平均。例如，切换频率可被选择为以参考频率fR的整个周期或大于参考频率2倍以及在参考频率的多个值处进行切换。
[0062] 在至少一些具体实施中，第一组传感器元件404和第二组传感器元件406将被“轮询”，并且具有最强信号（例如，参考电流信号、输入电压信号）的该组传感器元件将用于处理。在至少一些具体实施中，来自这两组的信号将同样使用。在至少一些具体实施中，可使用两组404和406的加权组合，例如，线性加权、指数加权，或基于来自第一组传感器元件和第二组传感器元件中的信号中的每个信号的幅值以其他方式的加权。
[0063] 如上所述，将输入电压信号和参考电流信号直接分开的优点是提高了准确度和动态范围。增益和频率带宽可在用于低频率输入电压信号（例如，50Hz至60Hz）和较高频率参考电流信号（例如，2.5kHz）的分离信号路径中优化。这个特征还降低噪声效应并降低ADC所需的动态范围。附加地，如上面讨论的物理地切换传感器条使得位置效应（在两侧上）独立于待测导体的位置。
[0064] 在至少一些具体实施中，可使用三个或更多个传感器或传感器阵列来进一步补偿待测导体的位置（例如，XY、XYZ）。一个示例应用是利用硬钳口电流钳的非接触式电压测量设备，其中待测导体的位置可以是钳口内的任何位置。
[0065] 在本文所讨论的电压测量设备的至少一些具体实施中，参考电压(VR)可具有多个频率以减小由信号电压(VO)的较高频率分量引起的对测量的参考电流(IR)的信号谐波或间谐波影响。例如，可周期性地断开参考电压源（例如，图2的源130），并且可针对相对限制分析并检查多个参考频率周围的FFT频率窗口。可使用最低值来限定受信号电压(VO)或其他影响因素干扰最小的选择的参考频率(fR)。
[0066] 在至少一些具体实施中，参考电压源的断开可能不一定会在测量流中生成间隙。例如，当断开参考电压源时，仍可测量信号电流(IO)，并且在先前的间隔内测量的参考电流(IR)可用于估计该间隔的参考电流，其中参考电压源断开。
[0067] 除了上面讨论的参考频率切换之外，可使用参考信号的其他专用信号特性。示例包括幅值或频率调制、同步或伪随机切换、
正交调制、
相位切换等。
[0068] 作为使用调制信号的示例，可用调制频率fm来调制参考信号。在至少一些具体实施中，可选择调制频率fm以准确地处在整数个FFT窗口。例如，对于100ms的FFT间隔，此类频率将是10Hz、20Hz、30Hz等。在载波或参考频率(fR)下没有噪声的情况下，这产生两个对称的边带，参考频率每侧上一个边带。
[0069] 如果两个边带都不具有相同的幅值，则可以确定参考信号受到干扰（例如，信号电压(VO)）。这是一个相对简单的识别过程，该识别过程不需要断开参考电压源。如果发现参考信号受到干扰，则系统可使参考频率以量Δf偏移，并再次检查边带的对称性，直到识别合适的（未受干扰的）参考频率。
[0070] 为进一步
加速该过程，在至少一些具体实施中，可同时使用多个参考频率。例如，可以通过预定的表和比特流（例如，ΣΔDAC比特流），或者通过模拟添加脉宽
调制器(PWM)的低通滤波输出来形成该频率混合。如果使用PWM，一对PWM可提供参考频率和调制频率，并且可使用多对PWM来提供多个参考频率和多个相应的调制频率。
[0071] 前述具体实施方式已通过使用框图、示意图和示例阐述了设备和/或过程的各种具体实施。在此类框图、示意图和示例包含一个或多个功能和/或操作的情况下，本领域的技术人员将会理解，可通过广泛的
硬件、
软件、
固件或几乎其任何组合来单独地和/或共同地实现此类框图、
流程图或示例内的每个功能和/或操作。在一个具体实施中，本主题可经由
专用集成电路(ASIC)来实现。然而，本领域的技术人员将认识到，本文公开的具体实施可全部或部分地在标准集成电路中被等同地实现为在一个或多个计算机上运行一个或多个
计算机程序（例如，在一个或多个计算机系统上运行一个或多个程序）、在一个或多个
控制器（例如，
微控制器）上运行一个或多个程序、在一个或多个处理器（例如，
微处理器）上运行一个或多个程序、固件或几乎其任何组合，并且鉴于本公开，为软件和/或固件设计电路和/或编写代码将完全在本领域的普通技术人员的技能内。
[0072] 本领域的技术人员将认识到，本文陈述的许多方法或算法可采用附加的动作，可省去某些动作，并且/或者可以与指定顺序不同的顺序来执行动作。
[0073] 此外，本领域的技术人员将理解，本文提出的机构能够作为各种形式的程序产品分配，并且不管用于实际实行该分配的信号承载介质为何种特定类型，例示性具体实施都同样适用。信号承载介质的示例包括但不限于以下：可记录型介质诸如
软盘、
硬盘驱动器、CD ROM、数字磁带和计算机
存储器。
[0074] 可组合上述各种具体实施来提供另外的具体实施。必要时，可以
修改具体实施的各个方面，以采用各
专利、专利
申请和专利公布的系统、电路和概念来提供另外的具体实施。
[0075] 鉴于上述的具体实施方式，可对具体实施做出这些及其他改变。一般来讲，在以下权利要求书中，所用的术语不应被解释为将权利要求书限制于本说明书和权利要求书中公开的具体实施，而应被解释为包括所有可能的具体实施以及此类权利要求赋予的等效物的全部范围。因此，权利要求书并不受本公开内容所限定。
