CN102177433A - 用于非接触电压检测器的系统测试的屏蔽天线 - Google Patents

Abstract

公开了在非接触电压检测器上进行完全的系统测试，而同时从杂散电场屏蔽该电压检测器天线的系统和方法。当使用者运行自检时，交流电发生器通过天线屏蔽罩电容式耦合至该天线，以检测该天线中的任何断路。该耦合信号被该电压检测器的电子器件增幅和过滤，并且如果该电压检测器为完全可操作状态，则触发指示器。

Description

用于非接触电压检测器的系统测试的屏蔽天线

对相关申请的交叉引用

本申请要求2009年6月3日递交的美国临时专利申请No.61/183,662的优先权，其以参考方式被合并于此。

技术领域

本公开的内容涉及非接触电压检测器的系统测试。

背景技术

非接触电压检测器通常被用于检测交流电(AC)电压，通常是高电压的存在，其无需和电路物理接触。在检测电压时，使用者受征兆提示，例如光，蜂鸣声，或者振动的马达。和在各电极保持与电路物理接触的两极测试器相反，非接触检测器不能被受测电压驱动，因此需要电源(比如电池)向该检测器供电。然而，如果电源被耗尽，或者内部电路断开或者故障，则该指示器将不能开启。在此种情况下，该非接触检测器可能对于正在被检测的电路上的电压呈现假阴性，可能让使用者遭受严重损害。

发明内容

概述

非接触电压检测器配备有用于进行自检的内部交流电压发生器。该内部交流电压被连接至天线屏蔽罩。当使用者按下测试按钮，该内部交流电压耦合至该天线，且该电压检测器电子设备驱动指示器，其提醒使用者该检测器是有功能的。当该电压检测器开启，而测试按钮没有被按下时，该内部交流电压不开启，且该天线屏蔽罩接地或者和直流(DC)电位连接。将该屏蔽罩接地或者连接至固定直流电位可防止该天线与杂散电场耦合。

附图说明

附图示意了屏蔽天线，非接触电压检测器的系统和方法的实施例。这些实施例和附图为说明性而非限制性。

图1描绘了常规的非接触电压检测器的框图。

图2描绘了已知的能进行部分自检的非接触电压检测器的框图。

图3描绘了根据本文公开的一个实施方式的具有屏蔽天线的非接触电压检测器的框图。

图4描绘了流程图，其显示根据本文公开的一个实施方式的非接触电压检测器的示范性自检过程。

图5描绘了流程图，其显示了根据本文公开的一个实施方式用自检式非接触电压检测器检测外部交流电压的示范性过程。

具体实施方式

详细说明

以下说明和附图是说明性的，且不可被解释为限制性的。众多细节为彻底了解本公开的内容而被描述。然而，在某些情况下，众所周知的或者常规的细节没有叙述，以免妨碍说明。

不是为了进一步限制所公开内容的范围，根据本发明实施方式的仪器，装置，方法以及它们的相关结果的实施例被给出如下。此说明书中涉及的“一个实施方式”或者“实施方式”表示与该实施方式有关的特定特征，结构，或者特性被包括于所公开的至少一个实施方式中。在说明书的各处出现的用语“在一个实施方式中”不一定全部指相同的实施方式，也不一定是和其它实施方式互相排斥的分离或者备选实施方式。此外，还描述了各种特征，其可以被显示于一些实施方式而不显示于其它实施方式。类似地，描述了各种需求，其可能是一些实施方式的需求，但不是其它实施方式的需求。

此说明书中使用的术语通常具有它们在本领域中，本公开内容的上下文中，以及各术语被使用的上下文中的普通意义。某些用于描述所公开内容的术语被讨论于下文，或者说明书的别处，以向业界人士提供关于所公开内容的额外教导。此说明书的任何部分采用的例子，包括任何此处所讨论的术语的例子，都仅仅是说明性的，而不是意欲对所公开内容或者任何示例术语的范围和含义作进一步限定。同样地，所公开内容不局限于此说明书给出的各种实施方式。

以下介绍的用于本发明的术语应当以最宽的合理方式解释，即使其正被用于本发明某些特定实例的详细说明。某些词语甚至可以被强调于下；然而，欲以任何限制的方式解释的任何术语将被公开地，特定地在此详细说明部分如此定义。

非接触电压检测器可以通过电容式连接受检电路中的带电电压(live voltage)检测交流电(AC)电压。电容器通常具有两个被绝缘材料分隔的导体。当交流电压被连接于这两个导体时，将由于电子被该相对的导体上的电压交替地吸引或者排斥而形成交流电流。当使用者采用非接触电压检测器从通电电线检测交流电压时，该电压检测器中的导线和天线形成电容器的两个导体，该电压检测器中覆盖该天线的非传导性末端成为隔离该两个导体的绝缘材料。来自该导线的交流电压耦合于该天线，并且该耦合信号可被用于触发该电压检测器上的指示器。图1显示了常规的非接触电压检测器101的框图。标准的非接触电压检测器可以检测导线110上的带电交流电压。可以发现带电交流电压的场所的实例包括，但不限于，电插座内和配电板内。美国的电器系统运行于110-120伏特，而其它国家通常运行于220-240伏特。此外，在不同地区，插口具有不同的形状，以适应不同的插头形状。该非接触电压检测器具有锥形的非传导性末端120，其被设计为适合特定类型的待测插口。

金属天线125的一端位于该非传导性末端120的内部。天线125的另一端被耦合至定义的接地输入阻抗130。该输入阻抗130可以针对不同地区的不同插口电压的敏感度进行变化调节。

该非传导性末端120中的金属天线耦合至带电导线110，且该耦合交流信号被发送至模块140，其具有放大该信号的非常高的增益。该增幅的信号被发送至下一个框150，其具有过滤器及其它电子器件。然后有终端放大器160，当该非接触电压检测器检测到外部交流电压时，其驱动电路用于指示。该指示器可以是灯170或者其它指示器，如振动马达。

电路元件140，150，160，和170由电源(如电池)驱动。然而，如果该电池失效或者电路断开，则该电压检测器的指示器不会开启。因此，当受检测的插口或电路中存在外部交流电压时，使用者用失灵的电压检测器检测外部交流电压将呈现假阴性，可能使该使用者有触电的危险。一些非接触电压检测器采用电池测试按钮或者具有指示器的开启开关显示该单元何时可以检测电压。然而，如果电路被断开，尽管电池有电，仍然会有从未经确认的带电电压触电的危险。

图2显示了非接触电压检测器201的框图，其能够进行类似于标准电压检测器101的部分自检，天线225通过天线225尖端的非传导性鞘220电容式耦合至导线210上的带电交流电压。该连接的交流信号被模块240增幅，并被模块250过滤。然后在外部交流电压被耦合后，模块260驱动指示器270的电路。

非接触电压检测器201还包括DC(直流)电压脉动发生器250，其用于产生双电压脉冲，该双电压脉冲被平行于天线225通过输入阻抗230送入传感装置的输入端。该直流电压发生器250可被用在该电压检测器201中对电子器件进行自检，除了天线225以外。当该电压检测器201被开启时，发生器250自动开启。模块240提供直流电压的高增益放大。模块250过滤该直流电压，然后模块260放大该电压，以驱动指示器。因为直流电压产生双脉冲序列，当该电压检测器201常态工作时，指示灯将发射相应的双闪光。该直流发生器250可以被设计为产生任何区别性的脉冲序列。如果电池失效或者内部电路断开，该指示器不会开启。因此，在用该电压检测器201检测外部交流电压之前，使用者可以首先观察该指示器，以确定该电压检测器201是否为常态功能状态。

模块250中的电子器件可以包括微控制器或状态机或其它硬-布线逻辑，以检查模块240的放大器的输出是否符合发生器250产生的直流电压形态。如果产生的直流电压和检测到的输出之间存在差异，则关闭该直流电压发生器250，该电压检测器仅仅检测外部交流电压，类似于标准电压检测器101。如果检测到外部电压，则该指示器270被放大器模块260开启。当该交流电压的频率非常高时，该指示灯对于人眼将显示为连续开启，由此区别于自检结果的双闪光指示。如果没有外电压被检测到，如该电压检测器是有功能的，则该指示器270将进行如上所述的双闪光。然而，由于相同的指示器被用于两种状态，使用者在区分自检的指示器状态和检测外部交流电压的指示器状态时可能会变得困惑。

因为脉动脉冲发生器250的位置平行于天线225，该电子器件不能检测该天线225中是否存在断路。如果天线225中存在断路，电压检测器201将不可检测外部交流电压，因为可出现的电容式连接极少以至没有。于是该电压检测器201将不会开启该指示器270，即使电压是存在的，使用者也将认为没有检测到电压。

图3所示的电压检测器301能够进行完全自检，包括检测天线中的断路。图3显示了根据本文公开的一个实施方式的具有屏蔽天线的非接触电压检测器301的框图300。

该非接触电压检测器301具有用于电容式耦合外部导线310中的交流电压的金属天线325。该金属天线325的末端被套在非传导性末端320内，而该天线的另一端耦合至该输入放大器340。因为该非传导性末端320应具有适应特定电器插口的适当形状，该天线需要有至少几厘米长度，以达到该第一放大器模块340。超过该非传导性末端320的天线长度可检测并响应不是从目标插口或者待测导线发出的围绕电场。例如，在三相电路插口中，如果三相之一被熔断丝或者断路器关闭，而另外两相仍然带电，则一些电场可能仍然存在，导致误读。因此，该天线长度可能在无意中耦合至杂散电场，导致电压检测器301读数为假阳性。

为了最小化天线325的长度与该天线附近的杂散电场电容式耦合的可能性，该天线325可以用屏蔽罩328屏蔽，该屏蔽罩328包围没有被非传导性末端320包围的天线325的长度，并且覆盖天线325直到输入放大器340的大部分。该天线屏蔽罩328不直接接地，而是被耦合至内部交流电压发生器350的输出端，该内部交流电压发生器350默认在该发生器关闭时具有地电位或者固定的直流电位。因此当该电压检测器301被用于测试未知的导线或者插口时，该天线屏蔽罩328接地或者固定于直流电位，以防止杂散电场影响测量。

该内部交流电压发生器380还可被用于完全自检该电压检测器301。当使用者按下并按住测试按钮385时，电源390被耦合至发生器380，且该发生器380产生交流电压。因为该电压为交流，并被耦合至天线屏蔽罩328，其可以电容式耦合至天线325。输入放大器340即可检测和放大该耦合的交流电压。

模块350可以包括过滤器及其他电子器件。来自模块350的输出被发送至驱动指示器电路的放大器模块360。该指示器170可以是灯或者任何其它指示器。电路元件340，350，360，370，380由电源(未示出)(如电池)驱动。

在自检模式中，如果该电压检测器301正确运行，包括电源仍能给电压检测器301供电，以及该电路或者天线中是否存在断路，当使用者按下测试按钮时，指示器将发亮。在该外部交流电压检测模式中，当装置301开启但是测试按钮未被激活时，该指示器只有在检测到交流电压时才发亮。应当了解，该指示器可以是任何类型的装置，比如灯，声源，振动马达，或者任何它们的组合。

天线屏蔽罩328由包裹该金属天线325的至少一层绝缘层，以及包裹该绝缘层的导电层组成，其中该交流电压发生器耦合至该导电层。任选地，其它层可以包裹该外部导电层。在一个实施方式中，该屏蔽罩328可以是同轴电缆。该同轴电缆用第一电介质绝缘层包围该天线325。金属层则包裹该绝缘层，并且第二绝缘层包裹该金属层。

在一个实施方式中，屏蔽罩328可以包括金属片，其适当弯曲以围绕天线325，该天线和该金属片之间绝缘。

在一个实施方式中，屏蔽罩328可以包括多层印刷电路板(PCB)，其中该PCB可以是电压检测器301的电子器件所处的同一块PCB。例如，可以使用两层PCB，其中该PCB用金属片覆盖。然后该PCB和金属包裹围绕该天线325。

在一个实施方式中，屏蔽罩328可以包括多层PCB的一层或多层最外层，并且该天线325为该多层PCB的最内层。

图4描绘流程图400，其示意了根据本文公开的一个实施方式的非接触电压检测器的示范性的自检过程。在判定模块405，电压检测器等待系统自检应当执行的信号。该电压检测器具有测试按钮或者与其相当的开关，当被用户按下时，即将内部交流电压发生器耦合至天线325的屏蔽罩328。当该测试按钮没有被按下时，该天线325的屏蔽罩328接地或者被固定于直流电位。如果该电压检测器没有接收到自检信号(模块405-否)，则该系统保持在判定模块405。如果该电压检测器接收到自检该系统的信号(模块405-是)，则在模块410，该电压检测器用该内部交流发电机产生交流电压。

然后在模块415，该电压检测器电路响应该耦合的交流电压。在判定模块420，该电压检测器测定该系统是否通过自检。如果电路为正常运行并且电源足以向该电压检测器供电，则该系统通过自检。如果该电压检测器中存在故障，比如电池耗尽，天线断开，或者电路断开，则系统不通过自检。

如果系统不通过自检(模块420-否)，则在模块425该电压检测器指示测试故障，并且该进程返回判定模块405。自检的故障指示可以包括，但不限于，灯不发亮，或者蜂鸣器不响。如果该系统通过自检(模块420-是)，则在模块430该电压检测器指示该系统通过自检。该系统通过自检的指示可以包括，但不限于，光电二极管或其它发光体发光，或者蜂鸣器发声。进程返回判定模块405。

图5描绘流程图500，其示意了根据本文公开的一个实施方式用自检式非接触电压检测器检测外部交流电压的示范性进程。在判定模块510，该电压检测器判断该内部交流电压发生器是否关闭。如果该内部交流电压发生器为开启(模块510-否)，则该电压检测器保持在判定模块510。

如果该内部交流电压发生器为关闭(模块510-是)，则该电压检测器在判定模块520测定外部交流电压的存在。如果没有外部交流电压被检测到(模块520-否)，则该电压检测器在模块540指示不存在外部交流电压。缺乏外部交流电压的指示可以包括，但不限于，灯不发光或者蜂鸣器不发声。然后该进程返回判定模块510。如果该电压检测器检测到外部交流电压存在(模块520-是)，则该电压检测器在模块530作出适当的指示。存在外部交流电压的指示可以包括，但不限于，光电二极管发光或者蜂鸣器发声。然后该进程返回判定模块510。

除非上下文明确要求，在本说明书和权利要求全文中，词语“包括”或者类似用词应解释为包含的意义，和排他或穷尽的意义相反；亦即“包括而不限于”之意。在此应用时，术语“连接的”，“耦合”，或者其任何变体表示两个或两个以上元件之间直接或者间接的连接或者耦合。这些元件之间的耦合或者连接可以是物理的，逻辑的，或者它们的组合。另外，词语“此处”，“以上”，“以下”，以及有类似含义的词语被用于本专利申请时，应指本申请的整体而不是此申请的任何特定部分。如果上下文容许，上述详细说明中使用单数或者复数的单词也可以分别包括复数或者单数。与两个或两个以上项目的列举有关的词语“或者”覆盖所有以下该词语的解释：任何该列举中的项目，全部该列举中的项目，以及任何该列举中的项目组合。

以上所公开的实施方式的详细说明不是为了穷尽所教导的内容或者将其限定至以上公开的精确形式。相关技术人员将了解，虽然为了说明性目的而将所公开的具体实施方式和具体实施例描述如上，在本发明范围内各种等价改进均是合理的。例如，虽然进程或者程序在此申请中为给定次序，其它实施方式也可以实现具有不同步骤次序的方法，或者采用具有不同程序次序的系统。一些进程或者程序可以被删除，移动，增加，再分，结合，和/或修改，以提供其它组合或者子组合。每一个这些步骤或者程序均可以用各种不同方式加以实现。此外，虽然进程或者程序被多次显示为被串联执行，也可以替代性地将这些进程或者程序并联执行或者在不同时期执行。此处进一步记录的任何具体数字仅仅是实施例。其它设备可以采用不同值或者范围。

此处提供的公开内容的教导可以被用于其它系统，而不一定是上述的系统。上述的各种实施方式的要素和行为可以被合并，以提供进一步的实施方式。

虽然上述说明描述了所公开内容的某些实施方式，并描述了预期的最佳方式，但无论上述内容在文中显得如何具体，此类教导都可以在许多方面加以实施。在实施细节上，系统的细节可以极大地变化，而仍然被此处公开的主题包括在内。如上所述，当描述本发明的某些特征或者方面时，所使用的特定术语不应被认为表示该术语在此处被再定义，以将其限定为该术语相关的任何本发明的特定特性，特征，方面。通常，以下权利要求中所采用的术语不应当被解释为将本发明限定至说明书中公开的特定实施例，除非上述详细说明部分明确定义了此种术语。相应地，本发明的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括权利要求之下实现或者实施本发明的全部等价方式。

Claims (20)

1.一种具有内部交流电压源的自供电非接触电压检测器，其中该自供电非接触电压检测器被设置为自检若干部分该非接触电压检测器。

2.如权利要求1所述的自供电非接触电压检测器，其中所述部分包括，设置为检测外部交流电压的天线；内部交流电压源；电源；耦合至该天线的电路。

3.如权利要求1所述的自供电非接触电压检测器，其中该天线在远端具有非传导性的鞘，该内部交流电压源被耦合至该天线的屏蔽罩，并且该交流电压源产生的交流脉冲通过该屏蔽罩耦合至该天线。

4.如权利要求3所述的自供电非接触电压检测器，其中该屏蔽罩是传导性的，并且其减少杂散的外部电场与该天线的电容性耦合。

5.如权利要求3所述的自供电非接触电压检测器，其中该屏蔽罩位于该非传导性鞘和耦合至该天线的电路之间。

6.一种非接触电压检测器，包括：

天线，其被设置为电容式耦合至交流电压；

内部交流电压源，其被设置为在被开启时产生交流电压脉冲以耦合至该天线，并且在被关闭时具有地电位或者直流电位；

开关，其被设置为由用户激活以对该非接触电压检测器进行自检，其中该开关的激活开启该内部交流电压源，并且该开关的去激活关闭该内部交流电压源；

天线，其被设置为用指示器指示该开关被激活时的第一状态，以及开关被去激活时外部交流电压的存在的第二状态；和

电源，其被设置为向该内部交流电压源和该指示器供电。

7.如权利要求6所述的非接触电压检测器，进一步包括用于该天线的屏蔽罩，其被设置为最小化杂散的外部电场与该天线的耦合，其中该屏蔽罩包括多层印刷电路板的一个或多个外层，并且该天线为该多层印刷电路板的最内层，进一步地，其中该内部交流电压源被耦合至用于该天线的屏蔽罩，并且该交流电压源产生的交流脉冲通过该屏蔽罩耦合至该天线。

8.如权利要求6所述的非接触电压检测器，还包括用于该天线的屏蔽罩，其被设置为最小化杂散的外部电场与该天线的连接，其中该天线在远端具有非传导性的鞘，该内部交流电压源被耦合至该天线的屏蔽罩，并且该交流电压源产生的交流脉冲通过该屏蔽罩耦合至该天线。

9.如权利要求8所述的非接触电压检测器，其中该屏蔽罩包括包裹围绕该天线的绝缘层，以及包裹围绕该绝缘层的导电层。

10.如权利要求8所述的非接触电压检测器，其中该屏蔽罩包括同轴电缆。

11.如权利要求8所述的非接触电压检测器，其中该屏蔽罩包括包裹围绕该天线的用金属片覆盖的印刷电路板。

12.一种非接触电压检测器，包括：

天线，其被设置为电容式耦合至交流电压；

内部交流电压源，其被设置为在被开启时产生交流电压脉冲以耦合至该天线，并且在被关闭时具有地电位或者直流电位；

开关装置，其被设置为由用户激活以对该非接触电压检测器进行自检，其中该开关装置的激活开启该内部交流电压源，并且该开关的去激活关闭该内部交流电压源；

指示装置，其被设置为，当该开关装置被激活时指示自检的第一状态，当该开关装置被去激活时指示外部交流电压存在的第二状态；和

供电装置，其被设置为向该内部交流电压源和该指示装置供电。

13.如权利要求12所述的非接触电压检测器，进一步包括用于屏蔽该天线的装置，其被设置为最小化杂散的外部电场与该天线的耦合，其中该屏蔽装置包括多层印刷电路板的一个或多个外层，并且该天线为该多层印刷电路板的最内层，进一步地，其中该内部交流电压源被耦合至该天线的屏蔽装置，并且该交流电压源产生的交流脉冲通过该屏蔽罩耦合至该天线。

14.如权利要求12所述的非接触电压检测器，还包括用于屏蔽该天线的装置，其被设置为最小化杂散的外部电场与该天线的连接，其中该天线在远端具有非传导性的鞘，该内部交流电压源被耦合至该天线的屏蔽装置，并且该交流电压源产生的交流脉冲通过该屏蔽装置耦合至该天线。

15.如权利要求14所述的非接触电压检测器，其中该屏蔽装置包括包裹围绕该天线的绝缘层，以及包裹围绕该绝缘层的导电层。

16.如权利要求14所述的非接触电压检测器，其中该屏蔽装置包括同轴电缆。

17.如权利要求14所述的非接触电压检测器，其中该屏蔽装置包括包裹围绕该天线的用金属片覆盖的印刷电路板。

18.一种自检非接触电压检测器的方法，包括：

接收用户输入以对非接触电压检测器进行自检；

开启内部交流电压发生器，其中该交流电压发生器被耦合至该非接触电压检测器的天线的屏蔽罩；和

驱动指示电路以提供该非接触电压检测器是否具有功能的指示。

19.如权利要求18所述的方法，还包括：

在不再收到自检输入时关闭该内部交流电压发生器，其中该交流电压发生器在关闭状态具有地电位或者直流电位，并保持与该天线的屏蔽罩耦合；

通过该天线的远端耦合任何外部交流电压；和

驱动该指示电路以提供任何外部交流电压是否存在的指示。

20.如权利要求19所述的方法，其中该天线的远端具有非传导性的鞘，且该屏蔽罩是传导性的。

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