CN109425845B - 电压测量设备的校准系统 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“电压测量设备的校准系统”。本文提供了用于校准电压测量设备的系统和方法。所述电压测量设备生成参考电流信号并感测被测导体中的所述参考电流信号。校准系统可控制校准电压源以在校准导体中选择性地输出校准电压。所述校准系统可从所述电压测量设备获得由所述电压测量设备在测量所述校准导体时捕获的数据。此类数据可包括一个或多个参考电流测量结果、一个或多个电压测量结果等。所述校准系统利用所获得的测量结果生成校准数据，所述校准数据可存储在所述电压测量设备上以便在后续操作中使用。所述校准数据可包括一个或多个查找表、用于一个或多个数学公式的系数等。

Description

电压测量设备的校准系统
技术领域
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校准系统。
背景技术
电压表是用于测量电路中的电压的仪器。测量不止一种电特性的仪器称为万用表或数字万用表(DMM)，并且用于测量服务、故障排除和维护应用通常需要的许多参数。此类参数通常包括交流(AC)电压和电流、直流(DC)电压和电流以及电阻或通断性。还可以测量其他参数，诸如功率特性、频率、电容和温度，以满足特定应用的要求。
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，因为存在被电击或触电的危险。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。
发明内容
一种操作的用于校准电压测量设备的校准系统可被概括为包括操作的用于选择性地在校准导体中输出电压的可控校准电压源，其中电压测量设备在操作中生成参考电流信号并且通过电压测量设备传感器感测被测导体中的参考电流信号；以及可通信地联接到校准电压源和电压测量设备的控制电路，其中该控制电路在操作中针对多个校准电压中的每个校准电压：控制校准电压源以输出校准导体中的校准电压；获得与校准电压相关联的多个校准点，每个校准点包括：从电压测量设备获得的参考电流信号数据点，该参考电流信号数据点指示当校准电压源输出校准导体中的校准电压时，由电压测量设备通过电压测量设备传感器测量的参考电流信号；以及指示校准电压与从电压测量设备获得的测量的输出电压数据点的比率的校准因子，该校准因子由电压测量设备至少部分地基于参考电流信号数据点确定；基于所获得的多个校准点确定电压测量设备的校准数据，所述校准数据取决于由电压测量设备测量的参考电流信号和多个校准电压；并且将校准数据存储在与电压测量设备相关联的至少一个非暂态处理器可读存储介质上，以便在电压测量设备的后续操作中供电压测量设备使用。
电压测量设备可以是非接触式测量设备，并且对于多个校准电压中的每一个校准电压而言，校准点可包括一系列参考电流信号数据点，该参考电流信号数据点通过选择性地调节电压测量设备的电压测量设备传感器与校准导体之间的物理距离来获得。校准数据可包括查找表，该查找表在操作中允许电压测量设备使用双线性内插确定用于特定参考电流信号测量和特定输出电压测量的校准因子。校准数据可包括用于多个数学公式的系数，其中多个数学公式中的每一个数学公式对应于校准电压中相应的校准电压。对于每个校准电压，控制电路可通过将多个校准点拟合到由数学公式定义的曲线来确定校准数据。对于每个校准电压，数学公式可以是y=a/(x-b)c+d，其中y是校准电压，x是参考电流信号，a、b、c和d是通过分析与相应的校准电压相关联的多个校准点而确定的系数。多个数学公式中的每一个数学公式的系数a、b和c的值可分别等于多个数学公式中其余数学公式的系数a、b和c的值。多个校准电压可包括至少三个校准电压。电压测量设备可包括传感器阵列，该传感器阵列包括第一传感器部分和第二传感器部分，第一传感器部分与第二传感器部分交错，并且第一传感器部分和第二传感器部分中的每一者都可通过可控开关选择性地联接到信号电流放大器和参考电流放大器。电压测量设备可包括具有多个传感器元件的传感器阵列，并且每个传感器元件可选择性地联接到处理电路的输入节点和到导电保护节点。
一种操作的用于校准电压测量设备的校准系统可被概括为包括操作的用于选择性地在校准导体中输出电压的可控校准电压源，该电压测量设备包括多个电压测量设备传感器并且在操作中，该电压测量设备生成至少一个参考电流信号并且通过多个电压测量设备传感器感测被测导体中的至少一个参考电流信号；以及可通信地联接到校准电压源和电压测量设备的控制电路，其中该控制电路在操作中控制校准电压源以输出校准导体中的校准电压；获得与校准电压相关联的多个校准点，每个校准点包括：从电压测量设备获得的多个参考电流信号数据点，该参考电流信号数据点指示当校准电压源输出校准导体中的校准电压时，由电压测量设备通过多个电压测量设备传感器测量的参考电流信号；以及指示校准电压与从电压测量设备获得的测量的输出电压数据点的比率的校准因子，该校准因子由电压测量设备至少部分地基于多个参考电流信号数据点确定；基于所获得的多个校准点确定电压测量设备的校准数据，所述校准数据取决于由电压测量设备通过多个电压测量设备传感器测量的参考电流信号；并且将校准数据存储在与电压测量设备相关联的至少一个非暂态处理器可读存储介质上，以便在电压测量设备的后续操作中供电压测量设备使用。
电压测量设备可以是非接触式测量设备，并且至少一些校准点可通过选择性地调节电压测量设备与校准导体之间的物理距离来获得。校准数据可包括查找表，该查找表在操作中允许电压测量设备使用内插确定用于特定多个参考电流信号测量的校准因子。校准数据可包括用于至少一个数学公式的系数。控制电路可通过将校准点拟合到由数学公式定义的曲线来确定校准数据。每个校准点的多个参考电流信号数据点可包括至少三个参考电流信号数据点。
一种操作校准系统来校准电压测量设备的方法可被概括为包括：针对多个校准电压中的每个校准电压，控制校准电压源以在校准导体中输出校准电压，其中电压测量设备在操作中生成参考电流信号并且通过电压测量设备传感器感测被测导体中的参考电流信号；获得与校准电压相关联的多个校准点，每个校准点包括：从电压测量设备获得的参考电流信号数据点，该参考电流信号数据点指示当校准电压源输出校准导体中的校准电压时，由电压测量设备通过电压测量设备传感器测量的参考电流信号；以及指示校准电压与从电压测量设备获得的测量的输出电压数据点的比率的校准因子，该校准因子由电压测量设备至少部分地基于参考电流信号数据点确定；基于所获得的多个校准点确定电压测量设备的校准数据，所述校准数据取决于由电压测量设备测量的参考电流信号和多个校准电压；并且将校准数据存储在与电压测量设备相关联的至少一个非暂态处理器可读存储介质上，以便在电压测量设备的后续操作中供电压测量设备使用。
确定校准数据可包括生成查找表，该查找表在操作中允许电压测量设备使用双线性内插确定用于特定参考电流信号测量和特定输出电压测量的校准因子。确定校准数据可包括确定用于多个数学公式的系数，多个数学公式中的每一个数学公式对应于校准电压中相应的校准电压。确定校准数据包括，针对每个校准电压，将校准点拟合到由数学公式定义的曲线。
控制校准电压源以输出多个校准电压可包括控制校准电压源以输出至少三个校准电压。电压测量设备可以是非接触式测量设备，并且对于多个校准电压中的每一个校准电压而言，获得多个校准点可包括选择性地调节电压测量设备的电压测量设备传感器与校准导体之间的物理距离。
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1A是根据一个例示的具体实施的环境的示意图，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。
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俯视图，其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。
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。
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。
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。
图5是根据一个例示的具体实施的用于电压测量设备（诸如图1A至图4所示的电压测量设备）的校准系统的示意性框图。
图6是根据一个例示的具体实施的坐标图，其示出了由电压测量设备检测的参考电流与用于两个校准电压的校准因子之间的关系。
图7是根据一个例示的具体实施的坐标图，其示出了由电压测量设备检测的参考电流和信号电流的频域表示。
图8是根据一个例示的具体实施的坐标图，其示出了由电压测量设备检测的参考电流与用于三个校准电压的校准因子之间的关系。
图9是根据一个例示的具体实施的由校准系统（诸如图5的校准系统）生成的查找表，其可以存储在电压测量设备的非暂态处理器可读存储介质上，从而用于确定被测导体中的电压。
图10是根据一个例示的具体实施的坐标图，其示出了由电压测量设备检测的参考电流与用于三个校准电压的校准因子之间的关系并且示出了用于确定校准因子的示例内插过程。
图11是根据一个例示的具体实施的坐标图，其示出了定义由电压测量设备检测的参考电流与校准因子之间的关系的曲线并且还示出了符合曲线的数学公式的多个点以及数学公式的百分比偏差。
图12是根据一个例示的具体实施的包括多个传感器的电压测量设备的前端或探头端的示意图，该前端包括在测量过程期间将导体（例如，绝缘导体）选择性地保持在固定位置处的可移动夹具。
图13是根据一个例示的具体实施的传感器阵列的示意图，该传感器阵列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。
图14是根据一个例示的具体实施的用于非接触式电压测量设备的传感器阵列的示意图，其中传感器阵列包括多个传感器元件。
具体实施方式
本公开的系统和方法有利地提供了接触式和非接触式“参考信号”型电压测量设备的校准。首先，参考图1A至图4，讨论了参考信号型电压测量设备的各种示例。然后，参考图5至图12，讨论了各种校准系统和相关联的方法。
本文所公开的校准系统和方法可用于校准非接触式测量设备，其中执行绝缘线中的一个或多个交流(AC)电参数的测量，而不需要绝缘线和测试电极或探头之间的电流连接。校准系统和方法也可用于校准常规的接触式测量设备，这些设备生成并检测参考信号并利用与被测导体电流接触的导电测试导线或探头。
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、部件、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。
参考信号型非接触式电压测量设备
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，而不需要导体和测试电极或探头之间的电流连接的系统和方法的示例。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，该设备使用电容传感器来测量绝缘导体中相对于接地端的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”包括直接和间接电耦合，除非另有说明。尽管以下讨论主要讲述非接触式参考信号型测量设备，但应当理解，本文所公开的校准系统和方法可附加地或另选地用于校准接触式参考信号电压测量设备（例如，生成并检测参考信号的数字万用表(DMM)）。
图1A是环境100的示意图，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的俯视图，其示出了操作期间非接触式电压测量设备的各种电特性。非接触式电压测量设备102包括外壳或主体108，该外壳或主体包括握持部分或端部110以及与该握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和/或无线通信接口（例如，USB、Wi-Fi®、Bluetooth®）。
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限定的凹部116。凹部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的凹部116内时，凹部116可包括邻近该绝缘线的绝缘体124安置的传感器或电极126。尽管为了清楚起见未示出，但传感器126可设置在外壳108的内侧，以防止传感器和其他物体之间的物理接触和电接触。
如图1A所示，在使用中，操作者104可抓握外壳108的握持部分110并且将探头部分112放置为接近绝缘线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接地端（或另一参考节点）的AC电压。虽然探头端部112被示出为具有凹部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可包括可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的传感器被定位成接近绝缘线106的其他类型的界面。下面参考图13和图14讨论各种探头部分和传感器的示例。
可能只在某些具体实施中使操作者的身体充当地面/接地参考。另选地，可以使用通过测试导线139直接连接到地128。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。一般来说，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来相对于地面参考。
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和接地端128之间的体电容(CB)。尽管术语“接地端”用于节点128，但是该节点不一定是地面/接地，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。
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。
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”形并被定位成接近待测绝缘线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，也可以使用通过导线（例如，测试导线139）的直接导电接地耦合。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导线。
待测量的线122中的AC电压(VO)具有到外部接地端128（例如，零线）的连接。非接触式电压测量设备102本身也具有对接地端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，并且该回路中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和对接地端128的体电容器(CB)回到外部接地端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的大小和电压电平(VO)。
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(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)。
为了减少或避免杂散电流，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，网眼）。
此外，为了避免内部接地保护件132和外部接地端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，网眼）。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。这种AC参考电压(VR)驱动额外的参考电流(IR)通过耦合电容器(CO)和体电容器(CB)。
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，该直接影响会导致导电传感器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的内部电子接地端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。
如上所述，参考屏蔽件134用于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，最小化保护件132对接地端128的电容。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的部分或全部外壳108。在此类具体实施中，部分或全部电子器件参见参考共模信号，该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接近绝缘线106。
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还减少了靠近传感器的相邻线的杂散影响。
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-电压转换器工作的输入放大器136。输入放大器136具有同相端子，该同相端子电耦合至用作非接触式电压测量设备102的内部接地端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。
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)，并将所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可包括数字和/或模拟电路的任何组合。
非接触式电压测量设备102还可包括通信地耦接到信号处理模块140的用户界面142（例如，显示器），以呈现所确定的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。
图3是非接触式电压测量设备300的框图，其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。
非接触式电压测量设备300可与上述非接触式电压测量设备102相似或相同。因此，相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。
线122中的AC电压(VO)与AC参考电压(VR)相关，如等式(1)所示：
Figure 285748DEST_PATH_IMAGE001
(1)
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。
与AC电压(VO)相关的标记为“O”的信号具有和与共模参考电压源130相关的标记为“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的电路可用于分离具有不同频率的信号大小。在其他具体实施中，还可以使用模拟电子滤波器将“O”信号特性（例如，幅度、频率）与“R”信号特性分开。
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，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等式(1)中被使用，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。
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（参见图7）。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)的基本大小。
电流(IR)和/或电流(IO)的大小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，系统可将所测量的电流(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。
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所确定的频率(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)来计算所测量的原始基波或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。
耦合电容器(CO)通常可具有约0.02pF至1pF范围内的电容值，例如具体取决于绝缘导体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。
从上述等式(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)的电流大小。通过选择相对较高的参考频率(fR)，AC参考电压(VR)可能相对较低（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I0的不确定性。
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所示的实施例中，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。
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)以准备好由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。ADC302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。根据所测量的AC电压(VO)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。
在一个实施例中，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。
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），可关断共模参考电压源130。可在共模参考电压源130被关断的情况下进行测量（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)中的信号谐波的大小，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)设置为所识别的候选参考频率。参考频率的这种切换可避免或减少信号频谱中可能的参考频率分量的影响，这种影响可增加所测量的参考信号并降低准确度，并且可能产生不稳定的结果。具有相同特性的除2419Hz之外的其他频率包括例如2344Hz和2679Hz。
校准系统和方法
如上所述，由电压测量设备生成的参考电压(VR)和参考频率(fR)是已知的并且可在参考电压源130（图2）的输出处进行测量。输出电压(VO)由上述等式(1)定义。在理想情况下，如果参考电压(VR)是已知的，并且所需的所有其他参数是比率IO/IR和fR/fO，则无需校准电压测量设备。然而，在实施过程中，存在若干影响因素，诸如信号处理电路的带宽和泄漏电容，这导致输出电压测量结果与被测导体中的实际输出电压存在偏差。主要因素是传感器126（参见图2）与环境之间的杂散泄漏电容，其往往会使得参考电流(IR)增加并由此使得比率IO/IR减小。而且，传感器126与参考屏蔽件134之间的直接电容耦合导致偏移，这进一步增加了参考电流(IR)。参考电流(IR)从理想情况的此类增加导致输出电压(VO)的计算结果小于被测导体中的实际输出电压。因此，本文所讨论的校准系统和方法允许使用确定的校准参数或取决于耦合电容(CO)或换句话讲传感器126与被测导体之间的距离的因子精确测量被测导体中的输出电压(VO)。
图5示出了可用于校准电压测量设备502的校准系统500的示意性框图。电压测量设备可以是生成并感测参考信号的任何非接触式或接触式测量设备，诸如上文讨论的电压测量设备。校准系统500可包括控制校准系统的各种功能的控制电路504。校准系统500还可包括校准电压源506，其操作的用于选择性地将校准或测试电压输出至校准导体508。控制电路504可操作性地联接到校准电压源506以控制其操作。校准导体508可以是用于校准非接触式电压测量设备的绝缘导体，或者可以是用于校准接触式电压测量设备的非绝缘导体。
校准系统500的控制电路504可通过任何合适的有线或无线连接操作性地联接到电压测量设备502。如下文进一步讨论的那样，控制电路504可操作的用于将指令或数据发送至电压测量设备500或接收来自该电压测量设备指令或数据。控制电路504还控制线122与传感器126之间的距离以改变CO并由此修改不同校准点的IR。
一般来讲，控制电路504可包括至少一个通信地联接到校准电压源506和至少一个非暂态处理器可读存储介质的处理器，该非暂态处理器可读存储介质存储处理器可执行指令或数据中的至少一者。控制电路504可包括任何类型的处理单元，诸如一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑控制器(PLC)、人工神经网络电路或系统，或任何其他离散的或集成的逻辑部件。联接到控制电路504的非暂态处理器可读存储介质可包括任何类型的非暂态易失性和/或非易失性存储器。
在至少一些具体实施中，控制电路504可包括通信接口或用户界面。用户界面可促进用户与校准系统500的交互。用户界面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）。例如，用户界面可包括允许操作者修改校准系统500或电压测量设备502的一个或多个可调设置的输入件。通信接口可实现允许校准系统500与电压测量设备502或与一个或多个本地或远程基于外部处理器的设备进行通信的一个或多个有线和/或无线通信技术（例如，USB、Wi-Fi®、Bluetooth®）。
本公开的发明人已经发现电压测量设备502的输出电压(VO)测量结果可能取决于测量的参考电流信号(IR)和/或被测导体中的实际输出电压。因此，本文所讨论的校准系统和方法为此类参数中的一个或两个提供了补偿，以允许在各种电压和电压测量设备502的传感器与被测导体之间的各种距离下精确测量输出电压(VO)，所述各种距离对应于各种水平的参考电流(IR)。
一般来讲，在校准过程中，控制电路504控制校准电压源506以向校准导体508输出已知校准电压（例如，100VAC、250VAC、800VAC）。然后，控制电路504接收来自电压测量设备502的数据，该数据在测量校准导体508中的校准电压的过程中由电压测量设备获得。此类数据可包括测量的参考电流信号(IR)、确定的输出电压(VO)等。电压测量设备502可以以例如上文参考图1A至图4所讨论的方式获得此类数据。该过程可在不同的校准电压下重复多次。此外，可通过选择性地改变电压测量设备502的传感器（例如，传感器126）与校准导体508之间的距离获得不同的参考电流信号测量结果，因为检测到的参考电流信号(IR)取决于距离随耦合电容(CO)（参见图2）的改变而改变的此类距离。
针对多个校准电压中的每一个校准电压（例如，100VAC、250VAC、800VAC），控制电路504可获得与校准电压相关联的多个校准点。在至少一些具体实施中，每个校准点包括参考电流信号数据点和校准因子。参考电流信号数据点是从电压测量设备502获得的测量结果，其指示当校准电压源506在校准导体508中输出校准电压时由电压测量设备测量的参考电流信号。校准因子是指示已知校准电压与从电压测量设备获得的测量的未校准输出电压(VO)数据点的比率，该校准因子由电压测量设备至少部分地基于参考电流信号数据点确定（例如，使用上述等式(1)）。例如，如果控制电路504使校准电压源506在校准导体508中输出100VAC，并且电压测量设备502测量110VAC的输出电压，则校准因子将为100/110=0.909。对于特定测量，由电压测量设备502测量的未校准输出电压可乘以校准因子以提供正确的输出电压。继续上文的示例，110VAC的未校准输出电压可乘以0.909的校准因子以在被测导体中提供100VAC的实际输出电压。
如下文进一步讨论的那样，在获得校准点之后，控制电路504可基于获得的多个校准点确定电压测量设备502的校准数据。校准数据可取决于由电压测量设备测量的参考电流信号。在至少一些具体实施中，校准数据还可取决于多个校准电压。然后，控制电路504可将校准数据存储在与电压测量设备502相关联的至少一个非暂态处理器可读存储介质上，以便在后续操作中供电压测量设备使用。校准数据可包括一个或多个查找表和/或用于一个或多个数学公式的系数，如下所述。
图6示出了映射到在100VAC的校准电压下获得的校准点603的曲线602以及映射到在250VAC的校准电压下获得的校准点605的曲线604的坐标图600。每个校准点包括参考电流信号(IR)值和对应的校准因子，该校准因子使用已知校准电压（即，100VAC或250VAC）和从电压测量设备获得的计算的未校准输出电压(VO)确定。
图7是示出了由电压测量设备测量的测量的信号电流(IO)（参照箭头702）和测量的参考电流(IR)（参照箭头704）的频域表示的坐标图700。如上所述，电压测量设备可利用FFT将信号电流与参考电流分开。信号频率(fO)下的信号电流(IO)和参考频率(fR)下的参考电流(IR)的频率窗口幅度分别用于信号幅度和参考幅度。在图7的示例中，汉宁窗在50Hz的信号频率(fO)和450Hz的参考频率(fR)下产生50%的侧窗口。
图8是示出了分别映射到100VAC、250VAC和800VAC的校准电压的校准点的曲线802、804、806的坐标图800。在其他具体实施中，可使用更多或更少的校准电压。在例示示例中，校准电压被选择为接近115VAC和230VAC的通用电源电压，并且接近选定的1000VAC上限，该上限可根据特定目的的应用选择为其他值。
对于每个校准电压，校准系统的控制电路在电压测量设备的传感器与校准导体之间的不同距离下获得测量结果，以提供一定范围的参考电流(IR)。在例示示例中，对于每个校准电压，获得从约16,000个FFT单元到约200,000个FFT单元的约20个参考电流值。在校准过程中获得的参考电流值的具体范围和数量可取决于各种因素，诸如所需的内存或计算量、所需的精度、正常使用期间电压测量设备的传感器与校准导体之间可接受的物理距离等。
图9是由校准系统（诸如图5的校准系统500）生成的示例校准数据的二维查找表900。在至少一些具体实施中，在校准系统已经生成校准数据之后，可将校准数据存储在电压测量设备的非暂态处理器可读存储介质上，以便用于精确地确定被测导体中的电压。在该示例中，针对多个校准电压中的每一个校准电压，获得了19个校准点。在该示例中，校准电压为100VAC、250VAC和800VAC。对于每个校准电压，校准点包括参考电流信号值(IR)和校准因子值(CALFAC)。对于查找表900顶部的校准点编号1，为参考电流人工选择较大的值999998，并将每个校准电压的校准点2的校准因子被复制为校准点1的校准因子。这样做是为了避免在参考电流信号大于在校准过程中获得的最大参考电流信号的情况下的外推不确定性。例如，测量比用于校准的线更厚或具有较高介电常数的较厚绝缘材料的线也可将IR增加到可能高于最大校准电流IR的值。
使用查找表900，电压测量设备可利用取决于参考电流(IR)和未校准输出电压(VO)的双线性校准函数确定用于在操作中校正未校准输出电压(VO)测量结果的校准因子。电压测量设备可利用内插和外推来基本上覆盖参考电流测量结果的所有可能值。当电压测量设备的传感器被定为成非常接近被测导体时，人工校准点1允许使用内插而不是外推来执行获得的高参考电流值。
图10示出了坐标图1000，其描绘了针对100VAC、250VAC和800VAC的校准电压的校准因子/参考电流曲线。在该示例中，电压测量设备测量175VAC的未校准输出电压和60,000个FFT单元的参考电流。坐标图1000示出了用于使用校准数据确定此类输入值的校准因子的示例内插过程，电压测量设备可使用该校准因子校正未校准的输出电压测量结果。
在图10的简化示例中，175VAC的校准因子被确定为等于1.1000，这是在60,000个FFT单位的参考电流下100VAC和250VAC的校准因子之间的中间值。在实施过程中，由于未校准的测量输出电压（例如，175VAC）可能不是非常精确，因此可使用更复杂的计算来说明特定电压测量设备如何在校准点处执行。
在至少一些具体实施中，与使用存储在电压测量设备上的查找表不同，可以将一个或多个数学公式拟合到校准数据。在此类具体实施中，与查找表需要大量数据不同，可将一个或多个数学公式的系数存储在电压测量设备的非暂态处理器可读存储介质上，并且在运行期间，电压测量设备可简单地使用系数和测量值（例如，参考电流、未校准输出电压）来评估一个或多个数学公式以确定将应用于未校准输出电压测量结果的校准因子。
已经确定，未校准测量结果的大部分测量误差源于参考电压(VR)直接联接到电压测量设备的传感器，这将对参考电流(IR)生成偏移电流(IRO)。这可以用下面的公式来表示：
Figure 61943DEST_PATH_IMAGE002
(2)
由此产生以下形式的二次曲线拟合函数：
Figure 310521DEST_PATH_IMAGE003
(3)
其中‘y’是输出电压，‘x’是参考电流，‘a’、‘b’和‘d’是可以使用求解器（例如，Microsoft Excel®中可用的求解器）和获得的校准数据求解的变量。为了进一步提高逼近程度，平方函数也可以是变量‘c’，其提供以下公式：
Figure 33627DEST_PATH_IMAGE004
(4)
在至少一些具体实施中，校准数据用于求解每个校准电压的变量‘a’、‘b’、‘c’和‘d’。求解器可用于求解使曲线与对应的内插曲线之间的偏差最小的变量‘a’、‘b’、‘c’和‘d’的值（参见图11）。因此，针对每个校准电压，电压测量设备仅需要存储四个参数（即，参数‘a’、‘b’、‘c’和‘d’）。在利用三个校准电压的上述示例中，电压测量设备需要存储总共12个参数，即3个校准电压中每一个校准电压4个参数。
图11是示出了拟合到针对特定校准电压获得的多个校准点1103的曲线1102的坐标图1100。使用上述数学公式(4)拟合曲线1102。坐标图1100还示出了偏差点1105的偏差曲线1104。如图所示，与内插曲线的最大偏差小于0.15%。因此，使用仅12个参数而非包括120个参数的查找表（参见图9）实现类似的精度。
已经观察到，对于至少一些电压测量设备，每个校准电压的曲线特性差别不大，所述差别仅在于由上述数学公式(3)和(4)中的变量‘d’确定的垂直偏移。因此，在至少一些具体实施中，对于每个校准电压而言，曲线参数‘a’、‘b’和‘c’可以相同，并且对于每个校准电压而言，只有偏移参数‘d’可能不同。在这种情况下，电压测量设备可存储总共仅6个参数，一个‘a’参数、一个‘b’参数、一个‘c’参数和三个‘d’参数，每一个‘d’参数用于三个校准电压中的每一个校准电压。
在操作中，对于测量的参考电流和确定的未校准输出电压，电压测量设备可内插与测量的未校准电压相邻的校准电压曲线。例如，如果电压测量设备测量175VAC，则电压测量设备可在100VAC校准电压与250VAC校准电压的曲线之间内插。
图12是电压测量设备的前端或探头端1200的示意图。前端1200包括将被测导体1204接纳在其中的V形区域1202。V形区域1202由固定的第一部分1206和与第一部分相对的可移动的第二部分1208限定。在该示例中，可移动的第二部分可选择性地从虚线所示的打开位置（其中导体1204可自由地插入V形区域1202以及从该V形区域中移除）以及实线所示的关闭位置（其中导体夹持到固定位置以便测量导体的电特性（例如，电压、电流））旋转。在至少一些具体实施中，前端1200的第二部分1208是固定的，这允许在测量操作期间将导体1204定位在V形区域1202中的基本上任何地方。
在例示具体实施中，前端1200包括多个传感器1210（示出两个）。传感器的数量可以是两个传感器、三个传感器、十个传感器或更多。如上文参考包括单个传感器的具体实施所讨论的那样，一个或多个传感器可用于感测由一个或多个参考电压源（例如，图2的参考电压源130）生成的参考电流。为了进一步减小流向传感器1210的环境杂散电流，可移动的第二部分1208还可用于通过包括导电保护件（类似于上文讨论的保护件132）来屏蔽传感器。
在上文讨论的具体实施中，参考电流(IR)和输出电压(VO)用于双线性校准。在至少一些具体实施中，可能不需要输出电压参数，因此校准可仅取决于参考电流。在利用两个传感器（诸如图12所示的传感器1210）的具体实施中，可检测到两个参考电流(IR1)和(IR2)并将其用于双线性校准，类似于上文讨论的利用一个参考电流信号和一个电压信号的方法。该特征不仅可用于补偿传感器与被测导体之间的距离，而且还可用于补偿导体在感测区域中的位置（例如，图12所示的V形区域1202）。
作为附加的校准改进，传感器可分成多对传感器。图13是包括传感器阵列1302的传感器子系统1300的示意图。传感器阵列1302包括具有第一多个传感器元件1304的第一传感器阵列部分（“第一传感器部分”）和具有第二多个传感器元件1306的第二传感器阵列部分（“第二传感器部分”）。第一多个传感器元件1304与第二多个传感器元件1306交错。
第一多个传感器元件1304中的每一个联接到节点V1，该节点分别通过开关1312和1314交替联接到信号电流放大器1308和参考电流放大器1310，所述开关由开关控制信号(fsynch) 1316控制。类似地，第二多个传感器元件1306中的每一个联接到节点V2，该节点分别通过开关1312和1314交替联接到放大器1308和1310。信号电流放大器1308可联接到被配置为处理信号电流IO的处理电路，参考电流放大器1310可联接到被配置为处理参考电流IR的处理电路。放大器1308和1310可与上文讨论的放大器136相似或相同。
第一多个传感器元件1304和第二多个传感器元件1306中的每一个可具有相同的形状，以便在模拟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。
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1316可以以50%的占空比操作以交替地将第一多个传感器1304联接到信号电流放大器1308和参考电流放大器1310，并且交替地将第二多个传感器1306联接到信号电流放大器1308和参考电流放大器1310。这具有平均掉任何局部几何不平衡的效果。
第一多个传感器和第二多个传感器中的每一个的信号幅度将是单个较大传感器的信号幅度的50%。然而，由于信号电流和参考电流被分开处理，因此可有利地针对每个特定的电流优化信号调节电路（例如，增益、频率）。
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。
在至少一些具体实施中，可使用三个或更多个传感器来补偿被测导体的xy位置。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，其中被测导体的位置可以是钳口内的任何位置。
与使用可移动部件（例如，图12所示的可移动部分1208）将线定位在传感器附近不同，可使用多个传感器阵列。图14是用于非接触式电压测量设备的传感器阵列1400的示意图。传感器阵列包括多个传感器元件1402。多个传感器元件1402中的每一个联接到相应的开关1404，所述开关由联接到开关的开关控制器1410控制。开关控制器1410操作的用于控制开关1404以选择性地将每个传感器元件1402联接到馈送到ADC 1412的输入的输入节点1408或导电保护节点1406（例如，上文讨论的保护件132）。
如上所述，传感器阵列1400可用于使用多个参考电流获得具有多参数校准的更多信息，所述多个参考电流IR由传感器在二维校准过程中使用多参数（例如，3个传感器的三线性等）内插而不是上述双线性内插进行测量。测量可并联使用所有传感器1402，其中传感器阵列1400中的每个传感器1402具有到处理电子器件（例如，ADC等）的单独连接，或者如图14所示，传感器1402可被多路复用并且在某个时刻传感器阵列1400中仅一个传感器处于激活状态。
在至少一些具体实施中，可在测量之前测试来自每个传感器1402的各个传感器电流以识别产生最大参考电流IR的传感器，并且仅将该识别的传感器用于测量。该特征可被描述为电子定位最接近被测线的一个（或多个）传感器1402，然后使用该传感器进行测量。在至少一些具体实施中，其他未使用的传感器可通过开关1404联接到保护节点1406，因此其他传感器在测量期间充当保护件。测量本身可以以与上述一个传感器布置类似或相同的方式进行操作。
这种用于取决于线位置的校准的方法也可用于补偿电流测量的磁偏差。例如，该方法可用于罗戈夫斯基线圈中以提高与被测导体的位置无关的精度。
在利用三个传感器的此类具体实施中，可执行取决于参考电流(IR1)、(IR2)和(IR3)的三线性校准以获得测量设备的钳口区域内所有可能的xy坐标的线性近似。结果是可在由测量设备的三个传感器检测到的实际参考电流(IR1)、(IR2)和(IR3)之间内插校准因子阵列（例如，C(x,y)）。
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参考电流(IR)的信号谐波或间谐波影响。例如，可周期性地关闭参考电压源（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。最低值可用于定义受信号电压(VO)或其他影响因素干扰最小的选定参考频率(fR)。
在至少一些具体实施中，关闭参考电压源可能不一定在测量流中生成间隙。例如，当关闭参考电压源时，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，其中参考电压源关闭。
为了进一步减少由参考频率(fR)的可变频率的带宽影响引起的任何误差，可通过将校准因子与取决于参考频率(fR)的恒定校准因子相乘来修改该校准因子，通过在附加的校准周期中存储与默认参考频率（例如，2419Hz）相关的不同的参考频率下的校准因子的偏差来确定该校准因子。
除了上文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。示例包括幅度或频率调制、同步或伪随机切换、正交调制、相位切换等。
作为使用调制信号的示例，可利用调制频率fm调制参考信号。在至少一些具体实施中，调制频率fm可被选择为精确地位于整数个FFT窗口处。例如，对于100ms的FFT间隔，此类频率将是10Hz、20Hz、30Hz等频率。在载波或参考频率(fR)没有噪声的情况下，这导致两个对称的边带，每一个位于参考频率的每一侧上。
如果两个边带都不具有相同的幅度，则可以确定参考信号受到（例如，信号电压(VO)）的干扰。这是一个相对简单的识别过程，不需要关闭参考电压源。如果发现参考信号受到干扰，则系统可使参考频率偏移量Δf，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。
为了进一步加速该过程，至少在一些具体实施中，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，ΣΔ DAC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，则一对PWM可提供参考频率和调制频率，并且多对PWM可用于提供多个参考频率和多个对应的调制频率。
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，本主题可通过专用集成电路(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。
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。
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可记录型介质诸如软盘、硬盘驱动器、CDROM、数字磁带和计算机存储器。
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。
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这些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 (22)

1.一种操作的用于校准电压测量设备的校准系统，其中所述电压测量设备在操作中生成参考电流信号并且通过电压测量设备传感器感测校准导体中的所述参考电流信号，所述校准系统包括：
可控校准电压源，所述可控校准电压源操作的用于选择性地在所述校准导体中输出电压；以及
控制电路，所述控制电路可通信地联接到所述可控校准电压源和所述电压测量设备，其中所述控制电路在操作中针对多个校准电压中的每个校准电压：
控制所述可控校准电压源以在所述校准导体中输出所述校准电压；
获得与所述校准电压相关联的多个校准点，每个校准点包括：
参考电流信号数据点，所述参考电流信号数据点从所述电压测量设备获得，所述参考电流信号数据点指示当所述可控校准电压源在所述校准导体中输出所述校准电压时，由所述电压测量设备通过所述电压测量设备传感器测量的所述参考电流信号；以及
校准因子，所述校准因子指示所述校准电压与从所述电压测量设备获得的测量的输出电压数据点的比率，所述校准因子由所述电压测量设备至少部分地基于所述参考电流信号数据点确定；
基于所获得的多个校准点确定电压测量设备的校准数据，所述校准数据取决于由电压测量设备测量的所述参考电流信号和所述多个校准电压；以及
将所述校准数据存储在与所述电压测量设备相关联的至少一个非暂态处理器可读存储介质上，以便在所述电压测量设备的后续操作中供所述电压测量设备使用。
2.根据权利要求1所述的校准系统，其中所述电压测量设备是非接触式测量设备，并且对于所述多个校准电压中的每一个校准电压而言，所述校准点包括一系列参考电流信号数据点，所述参考电流信号数据点通过选择性地调节所述电压测量设备的所述电压测量设备传感器与所述校准导体之间的物理距离来获得。
3.根据权利要求1所述的校准系统，其中所述校准数据包括查找表，所述查找表在操作中允许所述电压测量设备使用双线性内插确定用于特定参考电流信号测量和特定输出电压测量的校准因子。
4.根据权利要求1所述的校准系统，其中所述校准数据包括用于多个数学公式的系数，其中所述多个数学公式中的每一个数学公式对应于所述校准电压中相应的校准电压。
5.根据权利要求4所述的校准系统，其中对于所述每个校准电压，所述控制电路通过将所述多个校准点拟合到由数学公式定义的曲线来确定所述校准数据。
6.根据权利要求5所述的校准系统，其中对于所述每个校准电压，所述数学公式是y=a/(x-b)c+d，其中y是所述校准电压，x是所述参考电流信号，a、b、c和d是通过分析与所述相应的校准电压相关联的所述多个校准点而确定的系数。
7.根据权利要求6所述的校准系统，其中所述多个数学公式中的每一个数学公式的系数a、b和c的值分别等于所述多个数学公式中其余数学公式的所述系数a、b和c的值。
8.根据权利要求1所述的校准系统，其中所述多个校准电压包括至少三个校准电压。
9.根据权利要求1所述的校准系统，其中所述电压测量设备包括传感器阵列，所述传感器阵列包括第一传感器部分和第二传感器部分，所述第一传感器部分与所述第二传感器部分交错，并且所述第一传感器部分和所述第二传感器部分中的每一者可通过可控开关选择性地联接到信号电流放大器和参考电流放大器。
10.根据权利要求1所述的校准系统，其中所述电压测量设备包括传感器阵列，所述传感器阵列包括多个传感器元件，并且每个传感器元件选择性地可联接到处理电路的输入节点和联接到导电保护节点。
11.一种操作的用于校准电压测量设备的校准系统，所述电压测量设备包括多个电压测量设备传感器并且在操作中，所述电压测量设备生成至少一个参考电流信号并且通过所述多个电压测量设备传感器感测校准导体中的至少一个参考电流信号，所述校准系统包括：
可控校准电压源，所述可控校准电压源操作的用于选择性地在所述校准导体中输出电压；以及
控制电路，所述控制电路可通信地联接到所述可控校准电压源和所述电压测量设备，其中所述控制电路在操作中：
控制所述可控校准电压源以在所述校准导体中输出校准电压；
获得与所述校准电压相关联的多个校准点，每个校准点包括：
多个参考电流信号数据点，所述多个参考电流信号数据点从所述电压测量设备获得，所述多个参考电流信号数据点指示当所述可控校准电压源在所述校准导体中输出所述校准电压时，由所述电压测量设备通过所述多个电压测量设备传感器测量的所述参考电流信号；以及
校准因子，所述校准因子指示所述校准电压与从所述电压测量设备获得的测量的输出电压数据点的比率，所述校准因子由所述电压测量设备至少部分地基于所述多个参考电流信号数据点确定；
基于所获得的多个校准点确定所述电压测量设备的校准数据，所述校准数据取决于由所述电压测量设备通过所述多个电压测量设备传感器测量的所述参考电流信号；以及
将所述校准数据存储在与所述电压测量设备相关联的至少一个非暂态处理器可读存储介质上，以便在所述电压测量设备的后续操作中供所述电压测量设备使用。
12.根据权利要求11所述的校准系统，其中所述电压测量设备是非接触式测量设备，并且所述至少一些校准点通过选择性地调节所述电压测量设备与所述校准导体之间的物理距离来获得。
13.根据权利要求11所述的校准系统，其中所述校准数据包括查找表，所述查找表在操作中允许所述电压测量设备使用内插确定用于特定多个参考电流信号测量的校准因子。
14.根据权利要求11所述的校准系统，其中所述校准数据包括用于至少一个数学公式的系数。
15.根据权利要求11所述的校准系统，其中所述控制电路通过将所述校准点拟合到由数学公式定义的曲线来确定所述校准数据。
16.根据权利要求11所述的校准系统，其中用于每个校准点的所述多个参考电流信号数据点包括至少三个参考电流信号数据点。
17.一种操作校准系统以校准电压测量设备的方法，其中所述电压测量设备在操作中生成参考电流信号并且通过电压测量设备传感器感测校准导体中的所述参考电流信号，所述方法包括：
针对多个校准电压中的每个校准电压，
控制校准电压源以在所述校准导体中输出所述校准电压；
获得与所述校准电压相关联的多个校准点，每个校准点包括：
参考电流信号数据点，所述参考电流信号数据点从所述电压测量设备获得，所述参考电流信号数据点指示当所述校准电压源在所述校准导体中输出所述校准电压时，由所述电压测量设备通过所述电压测量设备传感器测量的所述参考电流信号；以及
校准因子，所述校准因子指示所述校准电压与从所述电压测量设备获得的测量的输出电压数据点的比率，所述校准因子由所述电压测量设备至少部分地基于所述参考电流信号数据点确定；
基于所获得的多个校准点确定所述电压测量设备的校准数据，所述校准数据取决于由所述电压测量设备测量的所述参考电流信号和所述多个校准电压；以及
将所述校准数据存储在与所述电压测量设备相关联的至少一个非暂态处理器可读存储介质上，以便在所述电压测量设备的后续操作中供所述电压测量设备使用。
18.根据权利要求17所述的方法，其中确定校准数据包括生成查找表，所述查找表在操作中允许所述电压测量设备使用双线性内插确定用于特定参考电流信号测量和特定输出电压测量的校准因子。
19.根据权利要求17所述的方法，其中确定校准数据包括确定用于多个数学公式的系数，所述多个数学公式中的每一个数学公式对应于所述校准电压中相应的校准电压。
20.根据权利要求17所述的方法，其中确定校准数据包括，针对所述每个校准电压，将所述校准点拟合到由数学公式定义的曲线。
21.根据权利要求17所述的方法，其中控制所述校准电压源以输出多个校准电压包括控制所述校准电压源输出至少三个校准电压。
22.根据权利要求17所述的方法，其中所述电压测量设备是非接触式测量设备，并且针对所述多个校准电压中的每一个校准电压，获得多个校准点包括选择性地调节所述电压测量设备的所述电压测量设备传感器与所述校准导体之间的物理距离。
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