CN108089037A - 磁耦合接地参考探头 - Google Patents

Abstract

本发明题为“磁耦合接地参考探头”。本发明提供了系统和方法，所述系统和方法提供了与测试装置（例如，数字万用表(DMM)）一起使用的磁耦合接地参考探头。可使用本文所公开的磁耦合接地参考探头来代替典型的测试探头或鳄鱼夹。可提供磁耦合接地参考探头，所述磁耦合接地参考探头包括围绕导电磁体（例如，永磁体、电磁体）的绝缘外壳。当磁体未耦接到接地参考时，可自动缩入所述绝缘外壳的腔体中，使得当由操作者操控时，磁体不接触高电位源。在至少一些具体实施中，所述外壳的所述绝缘材料的至少一部分可以是可压缩的，以允许所述磁体与接地参考表面物理接触，同时提供足够的爬电距离和电气间隙。

Description

磁耦合接地参考探头

背景技术。

技术领域

本公开整体涉及电和/或电子测量设备的测试，更具体地涉及用于此类测量设备的磁耦合接地参考探头。

相关领域的说明

在高能量环境中工作需要许多安全保障措施，这限制了可使用的工具类型。在这种环境下，工程师或技术人员（“操作者”）还可能需要穿戴笨重的个人防护装备(PPE)用具，这可能会使操纵工具的能力受限。为了使许多类型的测量设备正常工作，需要接地参考。例如，这可以是数字万用表(DMM)的测试导线的形式。该测试导线通常可容纳探头或鳄鱼夹以实现连接。探头和鳄鱼夹具有金属连接点，如果使用不当，可能会有危险，并且戴着厚重的手套很难将其握住。

带有测量工具诸如探头的电测试导线与DMM一起使用，以将面板或电路的端子块与DMM手动连接，以获得电测量。当使用当前的测试导线进行电测量时，操作者通常需要用两只手进行测量：一只手握住公共或接地探头（通常为黑色），并用另一只手握住正电压探头（通常为红色）。因此，腾不出手来握住和/或操作DMM，或者写下或记录笔记。

因此，有利的是为用户提供安全且有效的接地连接，同时还允许在从控制面板或其他电路进行电压测量时把至少一只手腾出来。

发明内容

与测量装置一起使用的接地参考探头可以总结为包括：外壳，该外壳具有底部边缘和从该底部边缘向上延伸到外壳中的向下的凹部，该外壳由绝缘材料形成；可移动地耦接到外壳的导电磁体，该磁体具有底面，并且该磁体可在其中磁体的底面设置在底部边缘上方的凹部内的升高位置和其中磁体的底面被设置为接近底部边缘的降低位置之间移动；偏置致动器，该偏置致动器操作性地耦接以将磁体偏置在升高位置，当外壳的底部边缘被设置为与铁磁材料相邻时，偏置致动器在磁体上施加向上的力，该力小于施加在磁体上的向下的磁力；以及耦合导体，该耦合导体与磁体电耦合，该耦合导体的大小和尺寸被设计成与可与测量装置电耦合的测试导线电耦合。偏置致动器可包括压缩弹簧。

接地参考探头还可以包括电耦合在耦合导体和磁体之间的柔性线。外壳可包括基体部分和盖部分，基体部分通过至少一个紧固件固定到盖部分。该外壳可具有可包括允许操作者抓握外壳的相对凹部的侧壁。耦合导体可被模制到外壳的顶表面中的凹部。外壳的凹部可包括开口，并且磁体可包括延伸穿过外壳的凹部中的开口的凸出部。偏置致动器可包括围绕凸出部的至少一部分设置的压缩弹簧。

磁体的凸出部可包括开口，接地参考探头还可以包括经由磁体的开口耦接到磁体的紧固件，该紧固件保持围绕磁体的凸出部的至少一部分设置的压缩弹簧。

测量装置可以总结为包括：测量装置主体；接地参考探头，该接地参考探头包括：外壳，该外壳具有底部边缘和从该底部边缘向上延伸到外壳中的向下的凹部，该外壳由绝缘材料形成；可移动地耦接到外壳的导电磁体，该磁体具有底面，并且该磁体可在其中磁体的底面设置在底部边缘上方的凹部内的升高位置和其中磁体的底面被设置为接近底部边缘的降低位置之间移动；并且偏置致动器，该偏置致动器操作性地耦接以将磁体偏置在升高位置；以及测试导线，该测试导线将接地参考探头的磁体物理地和电耦合至测量装置主体。接地参考探头的偏置致动器可包括压缩弹簧。接地参考探头的外壳可包括基体部分和盖部分，基体部分通过至少一个紧固件固定到盖部分。接地参考探头的外壳可具有包括允许操作者抓握外壳的相对凹部的侧壁。接地参考探头的外壳的凹部可包括开口，并且磁体可包括延伸穿过外壳的凹部中的开口的凸出部。接地参考探头的偏置致动器可包括围绕凸出部的至少一部分设置的压缩弹簧。

接地参考探头的磁体的凸出部可包括开口，接地参考探头还可以包括经由磁体的开口耦接到磁体的紧固件，该紧固件保持围绕磁体的凸出部的至少一部分设置的压缩弹簧。

与测量装置一起使用的接地参考探头可以总结为包括：绝缘外壳，该绝缘外壳具有基体部分和盖部分，该基体部分耦接到盖部分，该基体部分包括底部边缘和从该底部边缘向上延伸的向下的凹部；可移动地耦接到外壳的基体部分的导电磁体，该磁体具有底面，并且该磁体可在其中磁体的底面设置在底部边缘上方的凹部内的升高位置和其中磁体的底面被设置为接近底部边缘的降低位置之间移动；以及弹簧，该弹簧操作性地耦接以将磁体偏置在升高位置。

接地参考探头还可以包括与磁体电耦合的耦合导体，该耦合导体的大小和尺寸被设计成与可与测量装置电耦合的测试导线电耦合。

接地参考探头还可以包括电耦合在耦合导体和磁体之间的柔性线。外壳的凹部可包括开口，磁体可包括延伸穿过外壳的凹部中的开口的凸出部，并且弹簧可被设置为围绕凸出部的至少一部分。

磁体的凸出部可包括开口，接地参考探头还可以包括经由磁体的开口耦接到磁体的紧固件，该紧固件保持围绕磁体的凸出部的至少一部分设置的弹簧。

附图说明

在附图中，相同的附图标记指示相似的元件或动作。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可能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。

图1是根据一个例示的具体实施的环境的示意图，其中操作者可使用磁耦合接地参考探头来获得电路的测量。

图2是图1所示的磁耦合接地参考探头的俯视透视图。

图3是磁耦合接地参考探头的仰视透视图。

图4是磁耦合接地参考探头的俯视平面图。

图5是磁耦合接地参考探头的仰视平面图。

图6是磁耦合接地参考探头的正视图。

图7是当磁耦合接地参考探头的可移动磁体设置在升高位置时，沿着图4的线7-7截取的磁耦合接地参考探头的剖视正视图。

图8是当磁耦合接地参考探头的可移动磁体设置在降低位置时，沿着图4的线7-7截取的磁耦合接地参考探头的剖视正视图。

图9是当磁耦合接地参考探头的可移动磁体设置在升高位置时，沿着图4的线7-7截取的磁耦合接地参考探头的剖视俯视透视图。

图10是磁耦合接地参考探头的分解俯视透视图，示出了其各种部件。

图11是磁耦合接地参考探头的分解仰视透视图，示出了其各种部件。

图12是根据一个例示的具体实施的磁耦合接地参考探头的正视图。

图13是图12的磁耦合接地参考探头的仰视平面图。

图14是当磁耦合接地参考探头被设置为与铁磁材料的表面相邻时，图12的磁耦合接地参考探头的正视图。

具体实施方式

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，可以在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下，或者使用其他方法、组件、材料等的情况下实现这些具体实施。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这些具体实施的描述。

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，不排除额外的、未被引用的元件或方法动作）。

本说明书通篇对“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，本说明书通篇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。

如本说明书和所附权利要求书所用，单数形式“一个”和“该”包括复数指示物，除非上下文另有明确指示。还应当指出的是，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。

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。

本公开的一个或多个具体实施涉及提供与测试设备（例如，DMM）一起使用的磁耦合接地参考探头的系统和方法。可使用本公开的磁耦合接地参考探头来代替典型的测试探头或鳄鱼夹。在至少一些具体实施中，提供了磁耦合接地参考探头，其包括围绕导电磁体（例如，永磁体、电磁体）的绝缘外壳。外壳在任何高电位源和操作人员之间提供绝缘，从而提供将接地参考（例如，面板外壳）连接到测试设备的安全方式。在至少一些具体实施中，当磁体未耦接到接地参考时，可自动缩入绝缘外壳的腔体中的磁体，使得当由操作者操控时，导电磁体不接触高电位源。在至少一些具体实施中，外壳的绝缘材料的至少一部分可以是可压缩的，以允许磁体与接地参考表面（例如，面板外壳的平坦表面）物理接触，同时提供足够的爬电距离和电气间隙。有利的是，在至少一些具体实施中，绝缘外壳的大小和尺寸允许操作者在佩戴笨重的手套的情况下能够轻松操控磁耦合接地参考探头。此外，磁体和绝缘外壳的大小可被设计成将当磁耦合接地参考探头变松或由操作者意外掉落时探头与通电电路发生短路的可能性最小化。

图1示出了环境100，其中操作者104可使用DMM 102形式的测量装置来获得电路的电压、电流、电阻或其他测量，该电路可被容纳在接地的面板外壳106中。第一电测试导线108可插入到DMM 102的主体上的正插孔中，并且可被认为是正测试导线。第二电测试导线110可插入到DMM 102的主体上的负的、中性的、公共的或接地的插孔中，并且可被认为是接地测试导线。

常规的测试导线探头112附接到正测试导线108，并且其大小和尺寸被设计成由操作者104握住并且与待测电路114的端子或触点保持接触。在其中DMM 102是非接触式电压测量系统的具体实施中，DMM可包括前端，该前端包括可被定位成接近待测绝缘导体的传感器（例如，电容传感器）。接地测试导线110可选择性地物理地和电耦合至磁耦合接地参考探头116，该磁耦合接地参考探头继而物理地和电耦合至接地的面板外壳106的平坦的导电表面118。因此，磁耦合接地参考探头116提供到DMM 102的接地连接。如下文进一步讨论的，在至少一些具体实施中，磁耦合接地参考探头116利用磁力使磁耦合接地参考探头保持物理地和电耦合至面板外壳106的平坦表面118或其他接地的铁磁材料，使得接地导线110“无需用手操作”便可保持耦合至接地参考。

磁耦合接地参考探头116（“探头”）的各种视图如图1-图11所示。探头116包括基本上圆柱形的外壳120（图2），该外壳包括基体部分120A和盖部分120B。在该示例中，盖部分120B包括三个井部119（参见图2和图7），每个井部从盖部分的顶表面123向下延伸。在每个井部119的底部有一个开口121，该开口的大小被设计成接纳螺纹螺钉152或其他紧固件的轴。基体部分120A包括三个对应的凸出部分125，每个凸出部分包括螺纹开口127，用于以螺纹方式接纳螺钉152中的一个螺钉，以将基体部分120A物理地耦接到盖部分120B。在其他具体实施中，外壳120可包括整体件，或者可包括以任何合适的方法（例如，螺钉、超声波焊接）被紧固在一起的两个或更多个件。

如图7所示，基体部分120A具有底部边缘或面122，以及从该底部边缘向上延伸到外壳中的向下的凹部124。外壳120可由绝缘材料（例如塑料）形成。外壳120的盖部分120B可包括在盖部分的侧壁上的相对的侧壁凹部或凹口130（图2、图3和图6），这些相对的侧壁凹部或凹口允许用户抓握外壳以选择性地将探头116从探头被磁耦合到的铁磁表面（例如，图1的表面118）移除。

探头116还包括可移动地耦接到外壳120的基体部分120A的导电磁体132。磁体132可具有平面形状的底面或表面134，并且磁体可在其中磁体的底面设置在底部边缘122上方的凹部124内的升高位置（图7）和其中磁体的底面被设置为接近（例如，至少基本上共面）底部边缘的降低位置（图8）之间移动。

探头116还可以包括操作性地耦接以将磁体132偏置在升高位置的偏置致动器136（例如，压缩弹簧）。当外壳120的底部边缘122被设置为与铁磁表面相邻时，偏置致动器136在磁体132上施加向上的力（如图7和图8所示），该力小于施加在磁体上的向下的磁力。因此，当底部边缘被定位成与铁磁表面相邻时，由于磁体和表面之间有相吸的磁力，磁体132的底面134被设置为接近（例如，基本上共面）底部边缘122，并且当操作者将探头116与铁磁表面分开时，致动器136使磁体自动地缩入凹部124。

探头116还可以包括与磁体132电耦合的耦合导体138。耦合导体138的大小和尺寸可被设计成与测试导线（例如，图1的测试导线110）电耦合，该测试导线可与电子测试设备（例如，DMM 102）电耦合。柔性线140可使用螺钉142和144将耦合导体136电耦合至磁体132。耦合导体136包括接纳螺钉142的螺纹开口143，并且磁体132包括容纳螺钉144的螺纹开口145。在至少一些具体实施中，耦合导体136的至少一部分可被模制到外壳120中的凹部146。

在至少一些具体实施中，磁体132可具有凸出部154，该凸出部向上延伸穿过外壳120的凹部124中的开口156。凸出部154的最上部分包括以螺纹方式接纳螺钉144的螺纹开口145。偏置致动器136可设置为围绕凸出部（例如，两个垫圈158和160之间）的至少一部分，以将磁体132偏置在升高或凹进的位置。在该示例中，偏置致动器136通过垫圈158保持在凸出部154上，该垫圈由耦接到磁体132的螺钉144保持。

图12-图14示出了根据一个例示的具体实施的磁耦合接地参考探头200的另一具体实施。在该具体实施中，探头200包括导电磁体202和外壳204，该外壳的至少一部分由压缩绝缘材料形成。外壳204包括柄部206和耦接到该柄部的底端的磁体支撑部分208。例如，导电磁体202可例如通过嵌入在外壳204中的导电触点212耦接到绝缘导线210。如图12所示，当探头200与铁磁表面214（诸如图1的面板外壳118）分开时，磁体202的底表面218升高处于外壳204的下边缘216的上方。此类特征允许用户在佩戴笨重的手套的情况下轻易操控探头200，同时将当探头从探头所附接到的电气设备松动或被操作者无意中掉落时探头与通电电路发生短路的可能性最小化。

如图14最佳所示，当操作者将磁体支撑部分208定位成与铁磁表面214相邻时，磁体由于磁引力而被拉向铁磁表面214，这使外壳204的下边缘216压缩以允许磁体202的平面底表面218与铁磁表面物理接触以提供接地参考。外壳204的下边缘216的大小、尺寸和压缩性可能如此以提供足够的爬电距离和电气间隙。

对于非接触式测量仪器，可通过铁磁材料（例如，图1的面板外壳118）的地面接地和测量仪器之间的阻抗耦合（即，电容和电阻的组合）实现高效的接地参考。这可经由位于操作者的手和脚之间的内在体电容来实现。当用户被完全绝缘到体电容降至太小以至于不能提供准确的电压测量的程度时，本公开的探头116或200可连接在仪器和铁磁地面接地表面之间（例如，面板外壳118），以提供合适的接地参考。

前述具体实施方式已通过使用框图、示意图和示例阐述了装置和/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，可通过大范围的变化或组合来单独地和/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。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另外的动作，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。

可组合上述各种具体实施来提供进一步的具体实施。当与本文的具体教导和定义不矛盾时，包括在2016年11月11日提交的美国临时专利申请序列号62/421,124的在本说明书中提及的所有美国专利、美国专利申请公布、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利公布据此全文以引用方式并入本文中。必要时，可修改具体实施的方面以采用各种专利、申请和公布的系统、电路和概念来提供进一步的具体实施。

鉴于上文的具体实施方式，可对这些具体实施做出这些及其他改变。一般来说，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，权利要求并不受本公开内容所限定。

Claims (21)

1.一种用于与测量装置一起使用的接地参考探头，所述接地参考探头包括：

外壳，所述外壳具有底部边缘和从所述底部边缘向上延伸到所述外壳中的向下的凹部，所述外壳由绝缘材料形成；

导电磁体，所述导电磁体可移动地耦接到所述外壳，所述磁体具有底面，并且所述磁体可在其中所述磁体的所述底面设置在所述底部边缘上方的所述凹部内的升高位置和其中所述磁体的所述底面被设置为接近所述底部边缘的降低位置之间移动；

偏置致动器，所述偏置致动器操作性地耦接以将所述磁体偏置在所述升高位置，当所述外壳的所述底部边缘被设置为与铁磁材料相邻时，所述偏置致动器在所述磁体上施加向上的力，所述向上的力小于施加在所述磁体上的向下的磁力；和

耦合导体，所述耦合导体与所述磁体电耦合，所述耦合导体的大小和尺寸被设计成与可与所述测量装置电耦合的测试导线电耦合。

2.根据权利要求1所述的接地参考探头，其中所述偏置致动器包括压缩弹簧。

3.根据权利要求1所述的接地参考探头，还包括电耦合在所述耦合导体和所述磁体之间的柔性线。

4.根据权利要求1所述的接地参考探头，其中所述外壳包括基体部分和盖部分，所述基体部分通过至少一个紧固件固定到所述盖部分。

5.根据权利要求1所述的接地参考探头，其中所述外壳具有侧壁，所述侧壁包括允许操作者抓握所述外壳的相对凹部。

6.根据权利要求1所述的接地参考探头，其中所述耦合导体被模制到所述外壳的顶表面中的凹部。

7.根据权利要求1所述的接地参考探头，其中所述外壳的所述凹部包括开口，并且所述磁体包括延伸穿过所述外壳的所述凹部中的所述开口的凸出部。

8.根据权利要求7所述的接地参考探头，其中所述偏置致动器包括围绕所述凸出部的至少一部分设置的压缩弹簧。

9.根据权利要求8所述的接地参考探头，其中所述磁体的所述凸出部包括开口，所述接地参考探头还包括经由所述磁体的所述开口耦接到所述磁体的紧固件，所述紧固件保持围绕所述磁体的所述凸出部的至少一部分设置的所述压缩弹簧。

10.一种测量装置，包括：

测量装置主体；

接地参考探头，所述接地参考探头包括：

外壳，所述外壳具有底部边缘和从所述底部边缘向上延伸到所述外壳中的向下的凹部，所述外壳由绝缘材料形成；

导电磁体，所述导电磁体可移动地耦接到所述外壳，所述磁体具有底面，并且所述磁体可在其中所述磁体的所述底面设置在所述底部边缘上方的所述凹部内的升高位置和其中所述磁体的所述底面被设置为接近所述底部边缘的降低位置之间移动；和

偏置致动器，所述偏置致动器操作性地耦接以将所述磁体偏置在所述升高位置；以及

测试导线，所述测试导线将所述接地参考探头的所述磁体物理地和电耦合至所述测量装置主体。

11.根据权利要求10所述的测量装置，其中所述接地参考探头的所述偏置致动器包括压缩弹簧。

12.根据权利要求10所述的测量装置，其中所述接地参考探头的所述外壳包括基体部分和盖部分，所述基体部分通过至少一个紧固件固定到所述盖部分。

13.根据权利要求10所述的测量装置，其中所述接地参考探头的所述外壳具有侧壁，所述侧壁包括允许操作者抓握所述外壳的相对凹部。

14.根据权利要求10所述的测量装置，其中所述接地参考探头的所述外壳的所述凹部包括开口，并且所述磁体包括延伸穿过所述外壳的所述凹部中的所述开口的凸出部。

15.根据权利要求14所述的测量装置，其中所述接地参考探头的所述偏置致动器包括围绕所述凸出部的至少一部分设置的压缩弹簧。

16.根据权利要求15所述的测量装置，其中所述接地参考探头的所述磁体的所述凸出部包括开口，所述接地参考探头还包括经由所述磁体的所述开口耦接到所述磁体的紧固件，所述紧固件保持围绕所述磁体的所述凸出部的至少一部分设置的所述压缩弹簧。

17.一种用于与测量装置一起使用的接地参考探头，所述接地参考探头包括：

绝缘外壳，所述绝缘外壳具有基体部分和盖部分，所述基体部分耦接到所述盖部分，所述基体部分包括底部边缘和从所述底部边缘向上延伸的向下的凹部；

导电磁体，所述导电磁体可移动地耦接到所述外壳的所述基体部分，所述磁体具有底面，并且所述磁体可在其中所述磁体的所述底面设置在所述底部边缘上方的所述凹部内的升高位置和其中所述磁体的所述底面被设置为接近所述底部边缘的降低位置之间移动；和

弹簧，所述弹簧操作性地耦接以将所述磁体偏置在所述升高位置。

18.根据权利要求17所述的接地参考探头，还包括与所述磁体电耦合的耦合导体，所述耦合导体的大小和尺寸被设计成与可与所述测量装置电耦合的测试导线电耦合。

19.根据权利要求18所述的接地参考探头，还包括电耦合在所述耦合导体和所述磁体之间的柔性线。

20.根据权利要求17所述的接地参考探头，其中所述外壳的所述凹部包括开口，所述磁体包括凸出部，所述凸出部延伸穿过所述外壳的所述凹部中的所述开口，并且所述弹簧设置为围绕所述凸出部的至少一部分。

21.根据权利要求20所述的接地参考探头，其中所述磁体的所述凸出部包括开口，所述接地参考探头还包括经由所述磁体的所述开口耦接到所述磁体的紧固件，所述紧固件保持围绕所述磁体的所述凸出部的至少一部分设置的所述弹簧。