CN110470877A - 用于非接触式电压测量设备的多传感器扫描器配置 - Google Patents

用于非接触式电压测量设备的多传感器扫描器配置 Download PDF

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CN110470877A CN201910384073.8A CN201910384073A CN110470877A CN 110470877 A CN110470877 A CN 110470877A CN 201910384073 A CN201910384073 A CN 201910384073A CN 110470877 A CN110470877 A CN 110470877A
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Abstract

本发明题为“用于非接触式电压测量设备的多传感器扫描器配置”。本发明提供了用于测量绝缘导体的AC电压、而不需要导体和测试电极之间存在流电连接的系统和方法。非流电接触式电压测量系统包括传感器子系统、内部接地防护件和参考屏蔽件。共模参考电压源电耦合在内部接地防护件和导电参考屏蔽件之间以产生AC参考电压，该AC参考电压使得参考电流通过导电传感器。控制电路系统接收指示由于AC参考电压和绝缘导体中的AC电压而流过传感器子系统的电流的信号，并且至少部分地基于所接收的信号来确定绝缘导体中的AC电压。传感器子系统包括多个传感器，该多个传感器被轮询以补偿导体位置，同时允许测量导体的物理特性。

Description

用于非接触式电压测量设备的多传感器扫描器配置
背景技术。
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传感器。
相关领域的描述
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流电接触，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以用于流电接触之外，将电压表探头接触到剥离的线或端子的步骤可能也是相对危险的，因为存在被电击或触电身亡的危险。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流电接触。检测到电压时，通过指示（诸如灯光、蜂鸣器或振动电机）警示用户。然而，此类非接触式电压检测器仅提供存在或不存在AC电压的指示，并且不提供AC电压的实际幅值（例如，RMS值）的指示。
因此，需要一种AC电压测量系统，该系统提供方便而准确的电压测量而不需要与正在被测电路进行流电接触。
发明内容
一种用于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，其物理耦合到外壳，其能够选择性地靠近绝缘导体定位而不流电接触导体，其中传感器子系统与绝缘导体电容耦合，传感器子系统包括多个传感器元件；导电内部接地防护件，其至少部分地围绕传感器子系统并且与传感器子系统流电隔离，其大小和尺寸设定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，其围绕外壳的至少一部分并且与内部接地防护件流电绝缘，其大小和尺寸设定成减小内部接地防护件和外部接地之间的电流；共模参考电压源，其在操作中生成具有参考频率的交流(AC)参考电压，其电耦合在内部接地防护件和导电参考屏蔽件之间；信号调节电路系统，其在操作中生成指示传导流过传感器子系统的电流的传感器电流信号；多个可控开关，其中的每一个用于将传感器元件中的相应一个选择性地电耦合到信号调节电路系统；和控制电路系统，其通信地耦合到多个开关和信号调节电路系统，其中控制电路系统在操作中：控制多个可控开关以使得传感器元件中的一个电耦合到信号调节电路系统；接收来自信号调节电路系统的传感器电流信号；并且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。
多个可控开关中的每一个能够被控制为第一状态和第二状态，其中在第一状态下，开关可将传感器元件中的相应一个电耦合到信号调节电路系统，并且在第二状态下，开关可将传感器元件中的相应一个电耦合到内部接地防护件。控制电路系统：对于多个传感器元件中的每一个，可控制电耦合到传感器元件的可控开关，以将传感器元件耦合到信号调节电路系统；可控制剩余可控开关以将剩余传感器元件与信号调节电路系统电解耦；并且可接收来自信号调节电路系统的用于传感器元件的传感器电流；并且可确定多个传感器元件中的哪一个生成具有最大幅值的传感器电流信号，其中为了控制多个可控开关以使得传感器元件中的一个电耦合到信号调节电路系统，控制电路系统可控制多个可控开关以使得所确定的生成具有最大幅值的传感器电流信号的传感器元件电耦合到信号调节电路系统。控制电路系统：对于多个传感器元件中的每一个，可控制电耦合到传感器元件的可控开关，以将传感器元件耦合到信号调节电路系统；可控制剩余可控开关以将剩余传感器元件与信号调节电路系统电解耦；并且可接收来自信号调节电路系统的用于传感器元件的传感器电流；并且可至少部分地基于用于传感器元件中的每一个的接收到的传感器信号确定被测导体的物理特性。物理特性可包括被测导体的物理尺寸或被测导体的物理位置中的至少一者。控制电路系统可经由分析用于传感器元件中的每一个的接收到的传感器信号的分布来确定被测导体的物理特性。信号调节电路系统可包括放大器、滤波器或模数转换器中的至少一个。传感器子系统和内部接地防护件可各自是非平面的形状。控制电路系统：可将接收到的传感器电流信号转换为数字信号；并且可处理数字信号以获得传感器电流信号的频域表示。控制电路系统可实现快速傅里叶变换(FFT)以获得传感器电流信号的频域表示。共模参考电压源可生成与控制电路系统实现的FFT的窗口同相的AC参考电压。控制电路系统可处理传感器电流信号以确定：绝缘导体电流分量和参考电流分量；指示由于绝缘导体中的电压而传导流过传感器元件的电流的绝缘导体电流分量；和指示由于共模参考电压源的电压而传导流过传感器元件的电流的参考电流分量。控制电路系统可确定传感器电流信号的确定的绝缘导体电流分量的频率。控制电路系统可基于绝缘导体电流分量、参考电流分量、绝缘导体电流分量的频率、参考频率和AC参考电压来确定绝缘导体中的AC电压。
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，其物理耦合到外壳，其能够选择性地靠近绝缘导体定位而不流电接触导体，其中传感器子系统与绝缘导体电容耦合，传感器子系统包括多个传感器元件；导电内部接地防护件，其至少部分地围绕传感器子系统并且与传感器子系统流电隔离，其大小和尺寸设定成保护传感器子系统免受杂散电流的影响；和导电参考屏蔽件，其围绕外壳的至少一部分并且与内部接地防护件流电绝缘，其大小和尺寸设定成减小内部接地防护件和外部接地之间的电流。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防护件和导电参考屏蔽件之间；控制多个可控开关，以使得传感器元件中的一个电耦合到信号调节电路系统；接收来自信号调节电路系统的传感器电流信号；并且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。
方法还可包括：对于多个传感器元件中的每一个，控制电耦合到传感器元件的可控开关，以将传感器元件耦合到信号调节电路系统；控制剩余可控开关以将剩余传感器元件与信号调节电路系统电解耦；并且接收来自信号调节电路系统的用于传感器元件的传感器电流；并且确定多个传感器元件中的哪一个生成具有最大幅值的传感器电流信号，其中控制多个可控开关以使得传感器元件中的一个电耦合到信号调节电路系统可包括控制多个可控开关以使得所确定的生成具有最大幅值的传感器电流信号的传感器元件电耦合到信号调节电路系统。方法还可包括：对于多个传感器元件中的每一个，控制电耦合到传感器元件的可控开关，以将传感器元件耦合到信号调节电路系统；控制剩余可控开关以将剩余传感器元件与信号调节电路系统电解耦；并且接收来自信号调节电路系统的用于传感器元件的传感器电流；并且至少部分地基于用于传感器元件中的每一个的接收到的传感器信号确定被测导体的物理特性。确定物理特性可包括确定绝缘导体的物理尺寸或绝缘导体的物理位置中的至少一者。确定绝缘导体的物理特性可包括分析用于传感器元件中的每一个的接收到的传感器信号的分布。
一种用于测量绝缘导体中的交流电(AC)的设备可总结为包括：能够选择性地靠近绝缘导体定位而不流电接触导体的传感器子系统，其中传感器子系统与绝缘导体电容耦合，传感器子系统包括多个传感器元件；信号调节电路系统，其在操作中生成指示传导流过传感器子系统的电流的传感器电流信号；和多个可控开关，多个开关中的每一个用于将传感器元件中的相应一个选择性地电耦合到信号调节电路系统。
设备还包括：控制电路系统，其通信地耦合到信号调节电路系统和可控开关，其中控制电路系统在操作中：可控制多个可控开关以使得传感器元件中的一个电耦合到信号调节电路系统；可接收来自信号调节电路系统的传感器电流信号；并且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。多个可控开关中的每一个能够被控制为第一状态和第二状态，其中在第一状态下，开关可将传感器元件中的相应一个电耦合到信号调节电路系统，并且在第二状态下，开关可将传感器元件中的相应一个电耦合到内部接地防护件。
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绘画示意图，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，而不需要与该线流电接触。
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，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非接触式电压测量设备的传感器子系统的示意图，其中传感器子系统包括在操作中轮询的多个传感器元件。
图6是根据一个非限制性例示的具体实施的非接触式电压测量设备的前端的绘画示意图，非接触式电压测量设备包括与图5所示的传感器子系统相似的传感器子系统。
图7是示出了用于传感器子系统的多个传感器中的每一个的传感器电流的曲线图，示出了被测相对较小导体和被测相对较大导体的曲线。
具体实施方式
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，而不需要导体和测试电极或探头之间存在流电连接的系统和方法。一般来说，提供非流电接触式（或“非接触式”）电压测量系统，其使用电容传感器来测量绝缘导体中相对于接地的AC电压信号。不需要流电连接的此类系统在本文中称为“非接触式”。如本文所用，除非另有说明，否则“电耦合”包括直接电偶合和间接电耦合两者。如下文参考图5至图7所进一步讨论的那样，在至少一些具体实施中，传感器子系统可包括多个传感器，这多个传感器被轮询或扫描以通过对被测导体的位置的补偿提供改进的测量结果。
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，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一个”和“所述”包括复数指示物。还应指出的是，除非上下文另有明确指示，否则术语“或”通常用作在其意义上包括“和/或”。
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。
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流电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，提供了非流电接触式（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的AC电压信号。不需要流电连接的此类系统在本文中称为“非接触式”。如本文所用，除非另有说明，否则“电耦合”包括直接电偶合和间接电耦合两者。
图1A是环境100的绘画示意图，在环境中操作者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之间的流电接触。图1B是图1A的非接触式电压测量设备102的俯视图，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，其包括握持部分或端部110以及与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还可包括用户界面114，其便于用户与非接触式电压测量设备102交互。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可包括邻近绝缘线106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的内部，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，以使得非接触式电压测量设备102可准确地测量线106中存在的相对于接地（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，或者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5至图7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，可以使用经由测试导线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128之间的体电容(CB)。尽管术语“接地”用于节点128，但是节点128不一定是地面/接地，而是可通过电容耦合以流电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。在此示例中，非接触式电压测量设备102的导电传感器126大体上为“V”形并被定位成接近被测绝缘线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具有接地体电容(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)还可包括流电隔离的测试导线，其生成接地电容或任何其他参考电位电容。
待测量的线122中的AC电压(VO)具有到外部接地128（例如，零线）的连接。非接触式电压测量设备102本身也具有接地128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，接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，并且回路的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和接地128体电容器(CB)回到外部接地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和被测绝缘线106之间的距离、导电传感器126的特定形状和导体122的尺寸和电压电平(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，其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防护件或遮蔽件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。内部接地防护件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，为了避免内部接地防护件132和外部接地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和内部接地防护件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防护件132保护导电传感器免受AC参考电压(VR)的直接影响，从而导致导电传感器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，内部接地防护件132是用于非接触式电压测量设备102的内部电子接地138。在至少一些具体实施中，内部接地防护件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，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，使防护件132接地128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的部分或全部。在此类具体实施中，电子器件中的部分或全部参见参考共模信号，其还生成导电传感器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，其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。
内部接地防护件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，并且内部接地防护件132可用作内部屏蔽件或防护件。导电传感器126通过防护件132屏蔽参考屏蔽件134，由此使得任何参考电流均由导电传感器126和被测导体122之间的耦合电容器(CO)生成。围绕传感器126的防护件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可包括输入放大器136，其作为反相电流-电压转换器工作。输入放大器136具有同相端子，其电耦合至用作非接触式电压测量设备102的内部接地138的内部接地防护件132。输入放大器136的反相端子可电耦合到导电传感器126。反馈电路系统137（例如，反馈电阻器）还可耦合在输入放大器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。传感器电流电压信号可例如是模拟电压。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，信号处理模块140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还可包括用户界面142（例如，显示器），其通信地耦合到信号处理模块140，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，其示出了非接触式电压测量设备300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的更详细的示意图。
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：
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，因此需要测量被测导体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。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，并且此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)，以实现类似的IR和IO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。
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，此频率为介于第40个谐波和第41个谐波之间，并且对于50Hz的信号，此频率为介于第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被测导体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正在接近被测导体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。
如上所述，被测导体的位置对于在传感器和被测导体之间提供良好的电容耦合可以是重要的。在一些具体实施中，电压测量设备的机械封装件可设计成限制被测导体的位置以确保导体靠近传感器定位。
在下面参考图5至图7讨论的一个或多个具体实施中，可使用多个传感器或传感器元件的阵列，其中传感器被轮询或扫描以确定传感器阵列中的哪一个传感器具有最大信号强度，以及用于获取测量结果的传感器，如上所述。在至少一些具体实施中，所有其他“未选择的”传感器可连接到防护件，以为阵列中用于特定测量结果的那个活动传感器提供附加屏蔽。因此，在此类具体实施中，传感器相对于被测导体的机械定位通过选择多个间隔开的传感器中最靠近被测导体的一个来“以电子方式”进行。
在至少一些具体实施中，来自多个传感器的信号强度可用于确定关于被测导体的各种信息，诸如导体的物理特性，包括导体的物理尺寸（例如，直径）、导体相对于测量设备的物理位置等。
图5是包括传感器或传感器元件402的阵列401的传感器子系统400的示意图。传感器402的阵列401可类似于上述图1B和图2所示的传感器126进行定位和操作。传感器402的阵列401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），如图6所示及下文所讨论。在至少一些具体实施中，多个传感器402中的每一个为细长的矩形形状，如图5的示例所示，但也可使用其他形状。
多个传感器元件402中的每一个耦合到相应的可控开关404，相应的可控开关404由耦合到开关的开关控制器410（例如，处理器、控制电路系统）控制。开关控制器410用于控制开关404以选择性地将传感器元件402中的每一个耦合到馈送到信号调节或处理电路系统412的输入的输入节点408或电耦合到内部接地防护件的导电保护节点406（例如，上文讨论的防护件132）。信号调节或处理电路系统412可包括ADC、滤波电路系统、放大电路系统等中的一者或多者。
在至少一些具体实施中，可在测量之前测试来自传感器阵列401中的传感器402中的每个的各个传感器电流以识别产生最大参考电流IR的传感器，并且仅将此识别的传感器用于测量。此特征可被描述为使用轮询或扫描过程来以电子方式定位最接近被测线的一个（或多个）传感器402，然后使用该传感器进行测量。如上所述，在至少一些具体实施中，剩余未使用的传感器可经由开关404耦合到保护节点406，因此其他传感器在测量期间充当防护件。在图5所示的例示示例中，传感器402x耦合到信号调节或处理电路系统412，并且传感器阵列401中的其他传感器402耦合到保护节点406（例如，接地）。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。
在其他具体实施中，测量可并联使用所有传感器402，其中传感器阵列401中的传感器402中的每个具有到单个处理电子器件（例如，ADC等）的单独连接，不同于传感器402可被多路复用并且在某个时刻传感器阵列400中只有一个传感器处于激活状态。在此类具体实施中，一个或多个传感器电流的组合（例如线性加权组合、指数加权组合、未加权组合）可用于测量，以提供ADC输入范围的良好驱动，并且增加对所使用传感器数量的灵敏度，从而增加总动态测量范围。例如，一个或多个可控开关可用于选择性地将传感器元件的各种组合电耦合到信号调节电路系统。传感器元件的各种组合可包括多个（例如，两个、四个、十个）相邻传感器元件。传感器元件的组合可附加地或另选地是单个传感器元件、多个相邻传感器元件、多个传感器元件中的至少一者，其中传感器元件中的至少两个或所有是非相邻传感器元件。
图6是非接触式电压测量设备600的一个前端或探头部分612的绘画示意图，非接触式电压测量设备600包括与图5所示的传感器子系统400相似或相同的传感器子系统624。探头部分612可包括凹部616，其由第一延伸部分618和第二延伸部分620限定。凹部616将绝缘线接纳其中。在所示的示例中，出于说明性目的，三条绝缘线630、632、634在凹部616中示出。绝缘线630、632、634中的每一条可包括导体和围绕导体的绝缘体，如上文所讨论。凹部116可包括传感器阵列626，其包括设置成靠近非接触式测量设备600的探头部分612的U形壁628的多个传感器元件626-1至626-N，探头部分612由第一延伸部分618和第二延伸部分620形成。传感器阵列624可被设置在非接触式电压测量设备600的外壳的内部，以防止传感器626和被测导体或其他对象之间的物理接触和电接触。在操作中，开关可用于选择性地将传感器元件626中的每一个耦合到信号调节电路系统（例如，ADC）以获得测量结果，如上文所讨论。
图7是曲线图700，其示出了图6的传感器子系统624的多个传感器626-1至626-N中每一个的测量的传感器电流。曲线图700示出了用于较大被测导体630的传感器电流曲线702（图6）和用于较小被测导体632的传感器电流曲线704。如图所示，用于相对较大导体630的曲线702的宽度大于用于相对较小导体632的曲线704的宽度，因为较大导体630相对于较小导体632更接近更大数量的传感器626。因此，用于被测导体的多个传感器626的传感器电流曲线702和704的分布或特定形状可用于确定导体的尺寸。此类尺寸信息可用于测量结果计算以提供更准确的测量结果，例如，基于确定的或获得的校准数据。又如，出于任何期望的目的，可将导体尺寸信息存储、传输和/或提供给用户（例如，经由用户界面）。
附加地或另选地，传感器626测量的传感器电流的分布和/或形状可用于确定被测导体的位置。例如，图6所示的导体634可靠近凹部616内的左延伸部分618（如图所示）的上端设置。在此类构型中，传感器626-1（邻近导体634）的传感器电流将大于远离导体634的传感器（诸如传感器626-N）的传感器电流。因此，在至少一些具体实施中，设备可分析传感器626测量的电流的幅值来确定被测导体的位置。例如，位置信息可用于测量结果计算以提供更准确的测量结果，例如，基于确定的或获得的校准数据。又如，位置信息可用于向用户提供视觉或听觉反馈，以引导用户将导体的位置移动到更好的位置以获得更准确的测量结果。出于任何期望的目的，还可将位置信息存储、传输和/或提供给用户（例如，经由用户界面）。
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。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所选参考频率(fR)。
在至少一些具体实施中，参考电压源的关断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)可用于估计间隔的参考电流，其中参考电压源关闭。
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区间。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，参考频率每侧一个。
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。
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 (25)

1.一种用于测量绝缘导体中的交流电(AC)的设备，包括：
外壳；
传感器子系统，所述传感器子系统物理耦合到所述外壳，所述传感器子系统能够选择性地靠近所述绝缘导体定位而不流电接触所述导体，其中所述传感器子系统与所述绝缘导体电容耦合，所述传感器子系统包括多个传感器元件；
导电内部接地防护件，所述导电内部接地防护件至少部分地围绕所述传感器子系统并且与所述传感器子系统流电隔离，所述内部接地防护件的大小和尺寸设定成保护所述传感器子系统免受杂散电流的影响；
导电参考屏蔽件，所述导电参考屏蔽件围绕所述外壳的至少一部分并且与所述内部接地防护件流电绝缘，所述导电参考屏蔽件的大小和尺寸设定成减小所述内部接地防护件和外部接地之间的电流；
共模参考电压源，所述共模参考电压源在操作中生成具有参考频率的交流(AC)参考电压，所述共模参考电压源电耦合在所述内部接地防护件和所述导电参考屏蔽件之间；
信号调节电路系统，所述信号调节电路系统在操作中生成指示传导流过所述传感器子系统的电流的传感器电流信号；
多个可控开关，所述多个开关中的每一个用于将所述传感器元件中的相应一个选择性地电耦合到所述信号调节电路系统；和
控制电路系统，所述控制电路系统通信地耦合到所述多个开关和所述信号调节电路系统，其中所述控制电路系统在操作中：
控制所述多个可控开关，以使得所述传感器元件中的一个电耦合到所述信号调节电路系统；
接收来自所述信号调节电路系统的传感器电流信号；以及
至少部分地基于所接收的传感器电流信号、所述AC参考电压和所述参考频率来确定所述绝缘导体中的所述AC电压。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个可控开关中的每一个能够被控制为第一状态和第二状态，其中在所述第一状态下，所述开关将所述传感器元件中的相应一个电耦合到所述信号调节电路系统，并且在所述第二状态下，所述开关将所述传感器元件中的相应一个电耦合到所述内部接地防护件。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制电路系统在操作中：
对于所述多个传感器元件中的每一个：
控制电耦合到所述传感器元件的所述可控开关，以将所述传感器元件耦合到所述信号调节电路系统；
控制剩余可控开关以将剩余传感器元件与所述信号调节电路系统电解耦；以及
接收来自所述信号调节电路系统的用于所述传感器元件的传感器电流；以及
确定所述多个传感器元件中的哪一个生成具有最大幅值的传感器电流信号，
其中为了控制所述多个可控开关以使得所述传感器元件中的一个电耦合到所述信号调节电路系统，所述控制电路系统控制所述多个可控开关以使得所确定的生成具有所述最大幅值的传感器电流信号的所述传感器元件电耦合到所述信号调节电路系统。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制电路系统在操作中：
对于所述多个传感器元件中的每一个：
控制电耦合到所述传感器元件的所述可控开关，以将所述传感器元件耦合到所述信号调节电路系统；
控制所述剩余可控开关以将所述剩余传感器元件与所述信号调节电路系统电解耦；以及
接收来自所述信号调节电路系统的用于所述传感器元件的传感器电流；以及
至少部分地基于用于所述传感器元件中的每一个的所接收的传感器信号确定所述被测导体的物理特性。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述物理特性包括以下中的至少一者：所述被测导体的物理尺寸或所述被测导体的物理位置。
6.根据权利要求4所述的设备，其中所述控制电路系统在操作中经由分析用于所述传感器元件中的每一个的所接收的传感器信号的分布来确定所述被测导体的物理特性。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号调节电路系统包括放大器、滤波器或模数转换器中的至少一者。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述传感器子系统和所述内部接地防护件各自是非平面的形状。
9. 根据权利要求1所述的设备，其中所述控制电路系统在操作中：
将所接收的传感器电流信号转换为数字信号；以及
处理所述数字信号以获得所述传感器电流信号的频域表示。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述控制电路系统实现快速傅里叶变换(FFT)以获得所述传感器电流信号的所述频域表示。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述共模参考电压源生成与所述控制电路系统实现的所述FFT的窗口同相的所述AC参考电压。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制电路系统处理所述传感器电流信号以确定：绝缘导体电流分量和参考电流分量；指示由于所述绝缘导体中的所述电压而传导流过所述传感器元件的所述电流的所述绝缘导体电流分量；和指示由于所述共模参考电压源的所述电压而传导流过所述传感器元件的所述电流的所述参考电流分量。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述控制电路系统确定所述传感器电流信号的所述确定的绝缘导体电流分量的所述频率。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述控制电路系统基于所述绝缘导体电流分量、所述参考电流分量、所述绝缘导体电流分量的所述频率、所述参考频率和所述AC参考电压来确定所述绝缘导体中的所述AC电压。
15.一种操作用于测量绝缘导体中的交流(AC)电压的设备的方法，所述设备包括：外壳；传感器子系统，所述传感器子系统物理耦合到所述外壳，所述传感器子系统能够选择性地靠近所述绝缘导体定位而不流电接触所述导体，其中所述传感器子系统与所述绝缘导体电容耦合，所述传感器子系统包括多个传感器元件；导电内部接地防护件，所述导电内部接地防护件至少部分地围绕所述传感器子系统并且与所述传感器子系统流电隔离，所述内部接地防护件的大小和尺寸设定成保护所述传感器子系统免受杂散电流的影响；和导电参考屏蔽件，所述导电参考屏蔽件围绕所述外壳的至少一部分并且与所述内部接地防护件流电绝缘，所述导电参考屏蔽件的大小和尺寸设定成减小所述内部接地防护件和外部接地之间的电流，所述方法还包括：
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，所述共模参考电压源电耦合在所述内部接地防护件和所述导电参考屏蔽件之间；
控制多个可控开关，以使得所述传感器元件中的一个电耦合到信号调节电路系统；
接收来自所述信号调节电路系统的传感器电流信号；以及
至少部分地基于接收到的传感器电流信号、所述AC参考电压和所述参考频率来确定所述绝缘导体中的所述AC电压。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
对于所述多个传感器元件中的每一个：
控制电耦合到所述传感器元件的所述可控开关，以将所述传感器元件耦合到所述信号调节电路系统；
控制所述剩余可控开关以将所述剩余传感器元件与所述信号调节电路系统电解耦；以及
接收来自所述信号调节电路系统的用于所述传感器元件的传感器电流；以及
确定所述多个传感器元件中的哪一个生成具有最大幅值的传感器电流信号，其中控制所述多个可控开关以使得所述传感器元件中的一个电耦合到所述信号调节电路系统包括控制所述多个可控开关以使得所确定的生成具有所述最大幅值的传感器电流信号的所述传感器元件电耦合到所述信号调节电路系统。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括：
对于所述多个传感器元件中的每一个：
控制电耦合到所述传感器元件的所述可控开关，以将所述传感器元件耦合到所述信号调节电路系统；
控制所述剩余可控开关以将所述剩余传感器元件与所述信号调节电路系统电解耦；以及
接收来自所述信号调节电路系统的用于所述传感器元件的传感器电流；以及
至少部分地基于用于所述传感器元件中的每一个所接收的传感器信号确定所述被测导体的物理特性。
18.根据权利要求17所述的方法，其中确定物理特性包括以下中的至少一者：确定所述绝缘导体的物理尺寸或所述绝缘导体的物理位置。
19.根据权利要求17所述的方法，其中确定所述绝缘导体的物理特性包括分析用于所述传感器元件中的每一个的所接收的传感器信号的分布。
20.一种用于测量绝缘导体中的交流电(AC)的设备，所述设备包括：
传感器子系统，所述传感器子系统能够选择性地靠近所述绝缘导体定位而不流电接触所述导体，其中所述传感器子系统与所述绝缘导体电容耦合，所述传感器子系统包括多个传感器元件；
信号调节电路系统，所述信号调节电路系统在操作中生成指示传导流过所述传感器子系统的电流的传感器电流信号；以及
多个可控开关，所述多个开关中的每一个用于将所述传感器元件中的相应一个选择性地电耦合到所述信号调节电路系统。
21.根据权利要求20所述的设备，还包括：
控制电路系统，所述控制电路系统通信地耦合到所述信号调节电路系统和所述可控开关，其中所述控制电路系统在操作中：
控制所述多个可控开关，以使得所述传感器元件中的一个电耦合到所述信号调节电路系统；
接收来自所述信号调节电路系统的传感器电流信号；以及
至少部分地基于所接收的传感器电流信号来确定所述绝缘导体中的AC电压。
22.根据权利要求21所述的设备，其中所述多个可控开关中的每一个能够被控制为第一状态和第二状态，其中在所述第一状态下，所述开关将所述传感器元件中的相应一个电耦合到所述信号调节电路系统，并且在所述第二状态下，所述开关将所述传感器元件中的相应一个电耦合到所述内部接地防护件。
23.一种用于测量绝缘导体中的交流电(AC)的设备，所述设备包括：
外壳；
传感器子系统，所述传感器子系统物理耦合到所述外壳，所述传感器子系统能够选择性地靠近所述绝缘导体定位而不流电接触所述导体，其中所述传感器子系统与所述绝缘导体电容耦合，所述传感器子系统包括多个传感器元件；
导电内部接地防护件，所述导电内部接地防护件至少部分地围绕所述传感器子系统并且与所述传感器子系统流电隔离，所述内部接地防护件的大小和尺寸设定成保护所述传感器子系统免受杂散电流的影响；
导电参考屏蔽件，所述导电参考屏蔽件围绕所述外壳的至少一部分并且与所述内部接地防护件流电绝缘，所述导电参考屏蔽件的大小和尺寸设定成减小所述内部接地防护件和外部接地之间的电流；
共模参考电压源，所述共模参考电压源在操作中生成具有参考频率的交流(AC)参考电压，所述共模参考电压源电耦合在所述内部接地防护件和所述导电参考屏蔽件之间；
信号调节电路系统，所述信号调节电路系统在操作中生成指示传导流过所述传感器子系统的电流的传感器电流信号；
多个可控开关，所述多个开关中用于将所述传感器元件的各种组合选择性地电耦合到所述信号调节电路系统；以及
控制电路系统，所述控制电路系统通信地耦合到所述多个开关和所述信号调节电路系统，其中所述控制电路系统在操作中：
控制所述多个可控开关以使得所述传感器元件的组合电耦合到所述信号调节电路系统，所述传感器元件的组合包括所述传感器元件中的一个或多个；
接收来自所述信号调节电路系统的至少一个传感器电流信号；以及
至少部分地基于所接收的至少一个传感器电流信号、所述AC参考电压和所述参考频率来确定所述绝缘导体中的所述AC电压。
24.根据权利要求23所述的设备，其中所述传感器元件的组合包括多个相邻传感器元件。
25.根据权利要求23所述的设备，其中所述传感器元件的组合包括以下中的至少一者：单个传感器元件、多个相邻传感器元件、多个传感器元件，其中所述传感器元件中的至少两个或所有为非相邻传感器元件。
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