CN115856396A - 传感探头模组、非接触式电压测量电路、方法及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传感探头模组、非接触式电压测量电路、方法及电子设备。本发明在传感探头模组中设置壳体、旋转部件、内外极板、以及传输阻抗，壳体在待测导线外置形成以待测导线为中心的转动导轨，旋转部件在转动导轨内转动；内极板和外极板分别与壳体连接，在旋转部件转动时产生变化的耦合电容，得到变化电荷信号；传输阻抗，用于将变化电荷信号转化为差分电压信号，通过旋转部件以及内外极板与待测导线的非接触方式快速实现直流电压的测量，并采用旋转部件转动不断改变耦合电容值，快速测量导线电压，且不会因为旋转部件的高速运动影响电容值。

Description

传感探头模组、非接触式电压测量电路、方法及电子设备

技术领域

本发明涉及电压测量技术领域，尤其涉及一种传感探头模组、非接触式电压测量电路、方法及电子设备。

背景技术

电压和电流是电路系统中最基础也最关键信号，对电压信号的探测是电力系统中最广泛运用的电力传感方向之一。在几乎所有电力系统中电压信号都是被重点考量的指标。

传统的电压测量为接触式电压传感器，在低压探测领域运用广泛，在高压领域尤其是特高压领域则需要运用到电压互感器或电容式电压传感器，电压互感器通过铁芯原副边线圈互感实现实时电压信号传感检测，但其存在着测量精度低，易老化，所占空间大，安全性差等缺陷。电容式电压传感器则是通过在导线与极板间产生空间耦合电容，从而在极板上产生电荷的方式实现对交流信号的传感检测。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种传感探头模组、非接触式电压测量电路、方法及电子设备，旨在解决现有技术无法对直流电压进行有效测量的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种传感探头模组，所述传感探头模组包括：壳体，用于在待测导线外周形成转动导轨，所述转动导轨为以所述待测导线为中心；

旋转部件，用于在所述转动导轨内转动；

内极板和外极板，与所述壳体连接，用于感应变化电荷信号，所述旋转部件呈转动状态下，所述内极板和所述外极板与所述待测导线之间具有不同的电荷信号；

传输阻抗，分别与所述内极板和所述外极板电连接，用于使所述变化电荷信号以差分电压信号形式输出。

可选地，所述壳体包括：依次设置且以所述待测导线为中心的第一外壳、第二外壳以及第三外壳；

所述第一外壳与所述第二外壳围成所述转动导轨；

所述内极板和所述外极板分别紧贴于所述第三外壳的内侧和外侧。

可选地，所述内极板和所述外极板呈半圆形状；

所述内极板紧贴于所述第三外壳的内侧；

所述外极板紧贴于所述第三外壳外侧中与所述内极板对应的位置；

所述旋转部件覆盖所述旋转导轨中一半以上的区域。

可选地，所述旋转部件包括电介质材料，所述壳体为非导体材料。

此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种非接触式电压测量电路，所述非接触式电压测量电路包括驱动模块、信号处理模块以及上文所述的传感探头模组；

所述驱动模块，用于驱动所述传感探头模组中的旋转部件以转动导轨为轨道进行转动，以改变待测导线与内极板和外极板之间的耦合电容；

所述传感探头模组，用于感应所述待测导线的输入电压，并根据所述输入电压输出差分电压信号；

所述信号处理模块，与所述传输探头模组电连接，用于接收所述差分电压信号，并对所述差分电压信号进行处理，得到所述待测导线的检测电压。

可选地，所述信号处理模块包括：依次连接的放大模块、滤波模块以及数模转换模块；

所述放大模块，用于将所述差分电压信号进行放大，得到放大电压信号；

所述滤波模块，用于将所述放大电压信号进行滤波，得到直流电压信号；

所述数模转换模块，用于将所述直流电压信号转换为数字信号，得到待测导线的检测电压。

可选地，所述非接触式电压测量电路还包括以下至少一种：

监测模块，与所述信号处理模块电连接，用于接收所述信号处理模块发送的待测导线的检测电压，并对所述待测导线的检测电压进行监测；

存储模块，与所述信号处理模块电连接，用于将所述待测导线的检测电压进行存储；

显示模块，与所述信号处理模块电连接，用于接收所述信号处理模块发送的待测导线的检测电压，并对所述待测导线的检测电压进行显示。

此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种非接触式电压测量方法，所述方法用于如上文所述的非接触式电压测量电路，所述方法包括以下步骤:

通过驱动模块驱动传感探头模组中的旋转部件持续转动，以改变待测导线与内极板和外极板之间的耦合电容并感应所述待测导线的输入电压，使所述传感探头模组产生差分电压信号；

通过信号处理模块获取差分电压信号对应的差分电压值；

依据所述差分电压值以及待测导线的检测电压与差分电压值的对应关系，确定所述待测导线的检测电压。

可选地，所述依据所述差分电压值以及待测导线的检测电压与差分电压值的对应关系，确定所述待测导线的检测电压，包括：

获取输入电压与差分电压值之间的第一对应关系；

通过所述输入电压和所述第一对应关系得到差分电压值；

获取待测导线的检测电压与差分电压值之间的第二对应关系，其中，所述第一对应关系和所述第二对应关系均符合线性关系；

通过所述第二对应关系和所述差分电压值得到待测导线的检测电压。

此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上文所述的非接触式电压测量电路。

本发明通过在传感探头模组中设置壳体、旋转部件、内极板和外极板以及传输阻抗，壳体，用于在待测导线外周形成转动导轨，所述转动导轨为以所述待测导线为中心；旋转部件，用于在所述转动导轨内转动；内极板和外极板，与所述壳体连接，用于感应变化电荷信号，所述旋转部件呈转动状态下，所述内极板和所述外极板与所述待测导线之间具有不同的电荷信号；传输阻抗，分别与所述内极板和所述外极板电连接，用于使所述变化电荷信号以差分电压信号形式输出，通过在待测导线与内外极板之间的旋转部件不断改变空间耦合电容的介电常数，从而改变耦合电容的容值，当电容值产生高频变动时，即使电压保持固定不变，内外极板上的电荷量也会改变，从而可有效测量待测导线的直流电压，通过旋转部件以及内外极板与待测导线的非接触方式快速实现直流电压的测量。并且传感探头模组中的旋转部件转动不断改变耦合电容的容值，快速测量导线电压，不会因为旋转部件的高速运动对空气产生影响继而影响空间耦合电容的容值，提高电压测量的准确性。

附图说明

图1是本发明传感探头模组第一实施例的结构示意图；

图2为本发明非接触式电压测量电路第一实施例的电路结构示意图；

图3为本发明非接触式电压测量电路一实施例中又一结构示意图；

图4为本发明非接触式电压测量电路第二实施例的电路结构示意图；

图5为本发明非接触式电压测量方法第一实施例的流程示意图；

图6为本发明非接触式电压测量方法第二实施例的流程示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	传感探头模组	2	待测导线
10	内极板	3	驱动模块
				11	外极板	30	驱动马达
12	旋转部件	31	传动组件
				13	三层外壳	4	信号处理模块
K1～K3	第一至第三外壳	40	放大模块
				14	传输阻抗	41	滤波模块
CH1	第一电容	42	数模转换模块
				CH2	第二电容	5	监测模块
RC1	第一电阻	6	存储模块
				RC2	第二电阻	7	显示模块

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，图1为本发明传感探头模组第一实施例的结构示意图。

本实施例中，所述传感探头模组1包括内极板10、外极板11、旋转部件12、壳体13以及传输阻抗14，所述壳体13用于在待测导线2外周形成转动导轨，所述转动导轨以所述待测导线2为中心。所述旋转部件12用于在转动导轨内转动。

需要说明的是，壳体13的材质为非导体材料，例如树脂、尼龙、塑料等非导体材料，还可为其他非导体材料，本实施例对此不加以限定。壳体13在待测导线2外周，且不与待测导线2接触，当需要测量待测导线2的电压时，控制旋转部件12在壳体13形成的转动导轨内转动。

在具体实施中，所述壳体13包括：依次设置且以所述待测导线2为中心的第一外壳K1、第二外壳K2以及第三外壳K3，所述第一外壳K1、所述第二外壳K2以及所述第三外壳K3的形状相同，所述第一外壳K1位于待测导线2的外周，所述旋转部件12位于所述第一外壳K1和所述第二外壳K2形成的转动导轨内，所述内极板10平行紧贴于所述第三外壳K3的内侧，所述所述外极板11紧贴于所述第三外壳K3外侧中与所述内极板10对应的位置，所述内极板10以及所述外极板11形状相同，均呈半圆形状，所述旋转部件12在所述第一外壳K1和所述第二外壳K2组成的转动导轨内转动。

在具体实施中，第一外壳K1位于待测导线2外周，且不与待测导线2接触，可对待测导线2与旋转部件12或内极板10、外极板11进行隔离。

在具体实施中，第一外壳K1、第二外壳K2以及第三外壳K3依次设置，第一外壳K1、第二外壳K2以及第三外壳K3的形状都相同，为圆形形状，旋转部件12位于第一外壳K1和第二外壳K2之间，旋转部件12的材料可以为任何电介质材料，旋转部件12覆盖所述旋转导轨中一半以上的区域。旋转部件12允许最多±5°误差，旋转部件12在第一外壳K1和第二外壳K2组成的导轨内转动，转动方向为顺时针转动，还可为逆时针转动，本实施例对此不加以限定，本实施例以顺时针转动为例进行说明。内极板10和外极板11平行紧贴于第三外壳K3的内外两侧，内极板10以及外极板11的形状相同，均为半圆环形形状，允许最多±5°误差，内极板10和外极板11分别与待测导线2形成空间耦合电容。

需要说明的是，内极板10和外极板11均为差分电极，可通过内极板10和外极板11感应电荷信号，内极板10和外极板11的厚度约为0.3mm，还可为其它厚度，本实施例对此不作限制，本实施例以0.3mm为例进行说明，内极板10和外极板11的材料为金属材质，例如Au、Ag、Cu、Fe、Al等金属中的任意一种，还可为其他金属材质。

需要说明的是，传感探头模组1可与驱动的模块连接，从而通过驱动的模块提供动力控制传感探头模组1内的旋转部件12进行转动，以在内极板10和外极板11分别产生变化的耦合电容。

在本实施例中，所述内极板10和所述外极板11均与壳体13连接，用于在所述旋转部件12转动时感应变化电荷信号，旋转部件12呈转动状态下，所述内极板10和所述外极板11与待测导线2之间具有不同的电荷信号；所述传输阻抗14，分别与所述内极板10和所述外极板11电连接，用于使所述变化电荷信号以差分电压信号形式输出。

应理解的是，内极板10和外极板11在旋转部件12转动时产生变化的耦合电容，从而感应变化电荷信号，并将变化电荷信号传输至传输阻抗14，传输阻抗14分别与内极板10和外极板11连接，接收内极板10和外极板11传输的变化电荷信号，并将变化电荷信号转化为差分电压信号进行输出。

本实施例通过在传感探头模组中设置壳体、旋转部件、内极板和外极板以及传输阻抗，壳体，用于在待测导线外周形成转动导轨，所述转动导轨为以所述待测导线为中心；旋转部件，用于在所述转动导轨内转动；内极板和外极板，与所述壳体连接，用于感应变化电荷信号，所述旋转部件呈转动状态下，所述内极板和所述外极板与所述待测导线之间具有不同的电荷信号；传输阻抗，分别与所述内极板和所述外极板电连接，用于使所述变化电荷信号以差分电压信号形式输出，通过在待测导线与内外极板之间的旋转部件不断改变空间耦合电容的介电常数，从而改变耦合电容的容值，当电容值产生高频变动时，即使电压保持固定不变，内外极板上的电荷量也会改变，从而可有效测量待测导线的直流电压，通过旋转部件以及内外极板与待测导线的非接触方式快速实现直流电压的测量。并且传感探头模组中的旋转部件转动不断改变耦合电容的容值，快速测量导线电压，不会因为旋转部件的高速运动对空气产生影响继而影响空间耦合电容的容值，提高电压测量的准确性。

本发明实施例提供了一种非接触式电压测量电路，参照图2，图2为本发明非接触式电压测量电路第一实施例的电路结构示意图。

在本实施例中，所述非接触式电压测量电路包括驱动模块3、信号处理模块4以及上文所述的传感探头模组1。

在本实施例中，所述驱动模块3，用于驱动所述传感探头模组1中的旋转部件12以转动导轨为轨道进行转动，以改变待测导线2与内极板10和外极板11之间的耦合电容。

需要说明的是，驱动模块3为传感探头模组1中的旋转部件12提供动力，驱动旋转部件12以传感探头模组1中的第一外壳K1和第二外壳K2形成的转动导轨为轨道转动，从而改变待测导线2与内极板10之间的耦合电容以及待测导线2与外极板11之间的耦合电容。

应理解的是，所述驱动模块3包括驱动马达30和传动组件31，所述传动组件31分别与所述驱动马达30和所述旋转部件12连接；所述驱动马达30，用于在待测导线2的电压测量时进行工作，通过所述传动组件31带动所述旋转部件12以所述第一外壳K1和所述第二外壳K2形成的转动导轨为轨道进行转动。

在具体实施中，驱动马达30可为液压马达或高速马达，驱动马达30可连接电源，在进行待测导线2的电压测量时，驱动马达30进行工作，通过传动组件31带动旋转部件12以第一外壳K1和第二外壳K2形成的转动导轨为轨道进行转动。传动组件31可为传送带，通过传送带带动旋转部件12进行旋转。

在本实施例中，所述传感探头模组1，用于感应所述待测导线2的输入电压，并根据所述输入电压输出差分电压信号；所述信号处理模块4，与所述传输探头模组1电连接，用于接收所述,差分电压信号，并对所述差分电压信号进行处理，得到所述待测导线2的检测电压。

需要说明的是，传感探头模组1可在对待测导线2的电压进行测量时感应待测导线2的输入电压，并控制旋转部件2进行转动，通过内极板10和外极板11感应变化电荷信号，并将变化电荷信号以及输入电压传输至传输阻抗14。传输阻抗14对变化电荷信号和输入电压进行处理，输出差分电压信号。

可以理解的是，信号处理模块4分别与传感探头模组1中的传输阻抗14、内极板10以及外极板11电连接，接收传输阻抗14传输的差分电压信号，并对差分电压信号进行处理，从而得到待测导线2的检测电压。待测导线2的检测电压为实际输出直流电压。

在本实施例中，传输阻抗14可以为电容、电阻、电感中的至少一种，本实施例对此不作限制，本实施例以传输阻抗14包括两组相同型号的电容和电阻为例进行说明，所述信号处理模块4包括：依次连接的放大模块40、滤波模块41以及数模转换模块42；所述放大模块40，用于将所述差分电压信号进行放大，得到放大电压信号；所述滤波模块41，用于将所述放大电压信号进行滤波，得到直流电压信号；所述数模转换模块42，用于将所述直流电压信号转换为数字信号，得到待测导线2的检测电压。

放大模块40用于将差分电压信号进行放大，可提前设置电压放大系数，通过电压放大系数对差分电压信号进行放大，得到放大电压信号。而由于存在交流杂波干扰，放大电压信号可能还存在一定的交流量，因此需要对交流信号进行滤除，通过滤波模块41将干扰杂波滤除，由于输出的检测电压为直流电压，因此需要滤波模块41滤除所有交流信号，只留下直流信号，得到直流电压信号。

在本实施例中，所述滤波模块41包括：全通滤波器；所述全通滤波器，用于对所述放大电压信号中的交流信号进行过滤，得到直流电压信号。

通过采用全通滤波器滤除放大电压信号中的所有交流信号，只留下直流信号，提高测量的电压的准确性。

数模转换模块42可为单片机、FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)等带有ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)功能的下位机，通过数模转换模块42将直流电压信号转化为数字信号，从而得到待测导线2的检测电压。

在具体实施中，将传感探头模组中的内极板10、外极板11、旋转部件12、壳体13作为传感探头，传输阻抗14包括第一电阻RC1、第二电阻RC2、第一电容CH1以及第二电容CH2，传输阻抗14分别与传感探头和信号处理模块4中的放大模块40连接，如图3所示，图3为非接触式电压测量电路一实施例中又一结构示意图，驱动模块3与传感探头连接，传感探头分别与第一电容CH1的第一端和第二电容CH2的第一端连接，传感探头中的内极板10与第一电容CH1连接，传感探头中的外极板11与第二电容CH2连接，第一电容CH1的第二端和第一电阻RC1的第一端接地，第一电阻RC1的第二端和第二电阻RC2的第一端分别与放大模块40连接，第二电阻RC2的第二端和第一电容CH1的第二端接地。

在本实施例中，所述放大模块40包括：差分放大电路以及单端放大电路；所述差分放大电路，用于将所述差分电压信号转换为单端电压信号，并将所述单端电压信号传输至所述单端放大电路；所述单端放大电路，用于对所述单端电压信号进行单端放大，得到放大电压信号。

需要说明的是，差分放大电路可采用仪表放大器将差分电压信号转换为单端电压信号，并将单端电压信号传输至单端放大电路，通过单端放大电路的数字放大器的单端放大后形成稳定的可被检测的放大电压信号，对待测导线2的输入电压进行放大增强，提高测量的准确性。

本实施例通过在非接触式电压测量电路中设置驱动模块、传感探头模组以及信号处理模块，所述驱动模块，用于驱动所述传感探头模组中的旋转部件以转动导轨为轨道进行转动，以改变待测导线与内极板和外极板之间的耦合电容；所述传感探头模组，用于感应所述待测导线的输入电压，并根据所述输入电压输出差分电压信号；所述信号处理模块，与所述传输探头模组电连接，用于接收所述差分电压信号，并对所述差分电压信号进行处理，得到所述待测导线的检测电压，通过驱动模块带动旋转部件进行转动，从而不断改变空间耦合电容的介电常数，进而改变耦合电容的容值，当电容值产生高频变动时，即使电压保持固定不变，内外极板上的电荷量也会改变，通过传输阻抗将变化电荷信号以及输入电压转化为差分信号，并通过信号处理模块对差分电压信号进行处理，得到待测导线的检测电压，可有效测量待测导线的直流电压，并且传感探头模组中的旋转部件与待测导线之间通过壳体进行隔离，不会因为旋转部件的高速运动对空气产生影响继而影响空间耦合电容的容值，提高电压测量的准确性。

参考图4，图4为本发明非接触式电压测量电路第二实施例的电路结构示意图。

基于上述非接触式电压测量电路的第一实施例，本实施例所述非接触式电压测量电路还包括：监测模块5，所述监测模块5与所述信号处理模块4电连接。

所述监测模块5，用于接收所述信号处理模块4发送的待测导线2的检测电压，并对所述待测导线2的检测电压进行监测。

需要说明的是，在超大电压日常监测中，可通过非接触式电压测量电路中的监测模块5对电压进行长时间监测，通过监测模块5与信号处理模块4中的数模转换模块42连接，接收数模转换模块42发送的检测电压，并对待测导线2的检测电压实时监测，通过监测检测电压的数值是否出现较大波动或异常，以便及时发现故障进行处理。

在本实施例中，所述非接触式电压测量电路还包括存储模块6，所述存储模块6与所述信号处理模块4电连接，用于将所述待测导线2的检测电压进行存储。

在本实施例中，存储模块6与信号处理模块4中的数模转换模块42连接，接收数模转换模块42发送的检测电压，并对检测电压进行存储，便于日后数据查看和追溯。

在本实施例中，非接触式电压测量电路还包括显示模块7，所述显示模块7与所述信号处理模块4电连接。所述显示模块7，用于接收所述信号处理模块4发送的待测导线2的检测电压，并对所述待测导线2的检测电压进行显示。

应理解的是，显示模块7与信号处理模块4中的数模转换模块42连接，接收数模转换模块42发送的检测电压，并对检测电压进行实时显示，显示模块7可为显示器，例如电脑或电视等，通过实时显示检测电压的大小和变化，可及时了解待测导线2的电压变化情况，提高测量效果。

本实施例通过在非接触式电压测量电路还设置监测模块，所述监测模块与所述信号处理模块电连接；所述监测模块，用于接收所述信号处理模块发送的待测导线的检测电压，并对所述待测导线的检测电压进行监测；可方便快速地了解待测导线的电压情况。

本发明实施例还提供了一种非接触式电压测量方法，参照图5，图5为本发明非接触式电压测量方法第一实施例的流程示意图。

本实施例中，所述非接触式电压测量方法应用如上文所述的非接触式电压测量电路，所述方法包括以下步骤：

步骤S10：通过驱动模块驱动传感探头模组中的旋转部件持续转动，以改变待测导线与内极板和外极板之间的耦合电容并感应所述待测导线的输入电压，使所述传感探头模组产生差分电压信号。

需要说明的是，驱动模块为传感探头模组中的旋转部件提供动力，驱动旋转部件以传感探头模组中的壳体在待测导线外周形成的转动导轨为轨道转动，从而改变待测导线与内极板之间的耦合电容和待测导线与外极板之间的耦合电容。可通过获取旋转部件的速度判断旋转部件是否处于旋转状态，当旋转部件处于旋转状态时，可在旋转部件旋转时获取内极板和外极板与待测导线之间的耦合电容。传感探头模组还可通过内极板和外极板感应待测导线的输入电压。

应理解的是，所述驱动模块包括驱动马达和传动组件，所述传动组件分别与所述驱动马达和所述旋转部件连接；所述驱动马达，用于在电压测量时进行工作，通过所述传动组件带动传感探头模组中的旋转部件以壳体中的第一外壳和所述第二外壳形成的转动导轨为轨道进行转动。驱动马达可为液压马达或高速马达，驱动马达可连接电源，在进行待测导线的电压测量时，驱动马达进行工作，通过传动组件带动旋转部件以壳体中第一外壳和第二外壳形成的转动导轨为轨道进行转动。传动组件可为传送带，通过传送带带动旋转部件进行旋转。

传感探头模组可感应待测导线的输入电压，并根据输入电压以及变化电荷量产生差分电压信号。

步骤S20：通过信号处理模块获取差分电压信号对应的差分电压值。

可以理解的是，信号处理模块与传感探头模组中的传输阻抗连接，接收传输阻抗传输的差分电压信号，并对差分电压信号进行处理，从而得到差分电压信号对应的差分电压值。

步骤S30：依据所述差分电压值以及待测导线的检测电压与差分电压值的对应关系，确定所述待测导线的检测电压。

需要说明的是，差分电压值与检测电压之间存在对应关系，具体可通过设置电压放大系数建立差分电压值与检测电压的线性关系。则可获取电压放大系数，通过所述电压放大系数对所述差分电压值进行计算，得到待测导线的检测电压。

需要说明的是，电压放大系数可根据需求自行设置，例如电压放大系数为1.5、3等，本实施例对此不作限制。通过电压放大系数对差分电压值进行计算，从而计算待测导线的输出电压，即检测电压，计算过程如下式1：

V_out＝_a×V_diff(式1)

式1中，V_out为检测电压，G_a为电压放大系数，V_diff为差分电压值。待测导线的检测电压为实际输出直流电压。

本实施例通过驱动模块驱动传感探头模组中的旋转部件持续转动，以改变待测导线与内极板和外极板之间的耦合电容并感应所述待测导线的输入电压，使所述传感探头模组产生差分电压信号；通过信号处理模块获取差分电压信号对应的差分电压值；依据所述差分电压值以及待测导线的检测电压与差分电压值的对应关系，确定所述待测导线的检测电压，通过在待测导线与内外极板之间的旋转部件不断改变空间耦合电容的介电常数，从而改变耦合电容的容值，通过旋转部件以及内外极板与待测导线的非接触方式快速实现直流电压的测量。当电容值产生高频变动时，即使电压保持固定不变，内外极板上的电荷量也会改变，从而可有效测量待测导线的直流电压，并且传感探头模组中的旋转部件与待测导线之间通过第一外壳进行隔离，不会因为旋转部件的高速运动对空气产生影响继而影响空间耦合电容的容值，提高电压测量的准确性。

参考图6，图6为本发明非接触式电压测量方法第二实施例的流程示意图。

基于上述非接触式电压测量方法的第一实施例，本实施例非接触式电压测量方法所述步骤S30，具体包括：

步骤S301：获取输入电压与差分电压值之间的第一对应关系。

应理解的是，第一对应关系为输入电压和差分电压值之间的第一线性关系，可通过获取内外极板与待测导线以及旋转组件等的参数进行计算，建立第一对应关系，具体过程如下：获取真空介电值、相对介电值、传感探头模组长度、待测导线与旋转部件之间的最短距离、待测导线到内极板的第一距离、待测导线到外极板的第二距离、旋转部件的角动量以及旋转部件与内极板重合部分与待测导线中心形成的旋转角度；获取角动量与所述旋转角度之间的关系，通过所述真空介电值、所述相对介电值、所述传感探头模组长度、所述最短距离、所述第一距离以及所述角动量与所述旋转角度之间的关系计算内极板与所述待测导线产生的第一耦合电容；并获取内极板与所述待测导线的第一电压差和外极板与所述待测导线的第二电压差，内极板与待测导线之间的第一电压差V₁和外极板与待测导线之间的第二电压差V₂可直接通过测量得到。通过所述第一耦合电容和所述第一电压差计算所述内极板产生的第一电流。

真空介电值为ε₀，相对介电值为ε_r，真空介电值和相对介电值为常数，传感探头模组长度指的是内极板或外极板沿待测导线方向的长度l。待测导线与旋转部件之间的最短距离为r，待测导线到内极板的距离为R₁，待测导线到外极板的距离为R₂，旋转部件的角动量为ω，旋转部件与内极板重合部分与待测导线中心部分形成的扇形角度为旋转角度θ，θ＝0～π。

角动量与旋转角度之间的关系为θ＝2kπ-ωt，k为常数，内极板与待测导线产生的空间耦合电容的第一耦合电容值C1计算如下式2，设起始时θ＝0：

应理解的是，由于角动量与旋转角度之间存在关系，则上式2可转换为下式3：

通过上式3可计算内极板与所述待测导线产生的第一耦合电容c₁，内极板电荷值q＝VC₁，V为内极板两端电压差，C₁为第一耦合电容，因此内极板产生的第一电流计算如下式4：

式4中，i₁为第一电流，由于待测导线的电压为直流电压，因此

为0，因此只有当电容随时间改变，内极板后端才会产生电流，则第一电流可转换为式5：

上式5中，V₁为第一电压差，真空介电值为ε₀，相对介电值为ε_r，l为内极板或外极板的长度,待测导线与旋转部件之间的最短距离为r，待测导线到内极板的距离为R₁，旋转部件的角动量为ω。

需要说明的是，还可通过所述第二电压差以及上述参数计算得到外极板产生的第二电流。

计算第二耦合电容C₂的具体过程如下式6：

式6中，R₂为第二距离，真空介电值为ε₀，相对介电值为ε_r，l为内极板或外极板的长度，待测导线与旋转部件接触面的第一距离为r，旋转部件的角动量为ω。

通过上式4和上式5可得知，第二电流的计算过程如下式7：

式7中，V₂为第二电压差，真空介电值为ε₀，相对介电值为ε_r，l为内极板或外极板的长度，旋转部件与待测导线之间的最短距离为r，待测导线到外极板的距离为R₂，旋转部件的角动量为ω。

需要说明的是，当得到第一电流i₁、第二电流i₂、第一电压差V₁、第二电压差V₂后，可通过输入电压、第一电流i₁、第二电流i₂、第一电压差V₁、第二电压差V₂计算内极板后端电压和外极板后端电压。计算内极板后端电压和外极板后端电压具体步骤为：获取传输阻抗阻值；获取所述输入电压和所述第一电压差与内极板后端电压的第一关系以及内极板后端电压与所述第一电流和所述传输阻抗阻值之间的第一关系；通过所述第一关系、所述输入电压、所述第一电压差、所述第一电流以及所述传输阻抗阻值计算内极板后端电压；获取所述输入电压和所述第二电压差与外极板后端电压的第二关系以及外极板后端电压与所述第二电流和所述传输阻抗阻值之间的第二关系；通过所述第二关系、所述输入电压、所述第二电压差、所述第二电流以及所述传输阻抗阻值计算外极板后端电压。

应理解的是，由于内极板产生的第一电流或外极板产生的第二电流通过传输阻抗中的电阻后接地，因此需要获取传输阻抗阻值R_L，从而可得到内极板后端电压与传输阻抗阻值和第一电流之间的关系。

需要说明的是，由于第一电流流经传输阻抗中的电阻后接地，因此内极板后端电压与第一电流和传输阻抗阻值之间的第一关系为V⁺＝i₁×R_L，而由于输入电压为V_in，内极板后端电压与第一电压差和输入电压之间的第一关系为：V⁺＝V_in-V₁。

在具体实施中，由于内极板后端电压与第一电流和传输阻抗阻值之间的第一关系以及内极板后端电压与第一电压差和输入电压之间的第一关系，可通过输入电压、第一电压差、第一电流以及传输阻抗阻值计算内极板后端电压，计算如下式9：

令

则式9变换为下式10：

V⁺＝S₁V₁ (式10)

而由于V⁺＝V_in-V₁，则V₁＝V_in-V⁺，则式10可变换为下式11-式13：

V⁺＝S₁×(V_in-V⁺) (式11)

(S₁+1)V⁺＝S₁V_in (式12)

而由于真空介电值ε₀和相对介电值ε_r数值较小，则S₁远小于1，因此V_in/⁺可约等于1/S₁，则内极板后端电压V⁺＝V_in/S₁。

需要说明的是，由于第二电流流经传输阻抗中的电阻后接地，因此外极板后端电压V^-与第二电流和传输阻抗阻值R_L之间的第二关系为V^-＝i₂×R_L，而由于输入电压为V_in，外极板后端电压与第二电压差和输入电压之间的第一关系为：V^-＝V_in-V2。同理，通过上述式9-式13可得到

则V^-＝S₂×V₂。外极板后端电压计算如下式14：

而由于真空介电值ε₀和相对介电值ε_r数值较小，则S₂远小于1，因此V_in/V^-可约等于1/S₂，则外极板后端电压V^-＝V_in/S₂。则差分电压值V_diff＝V⁺-V^-可转换为下式15：

步骤S302：通过所述输入电压和所述第一对应关系得到差分电压值。

通过上述计算可得到输入电压与差分电压值之间的第一对应关系，从而可根据输入电压以及第一对应关系得到差分电压值V_diff。

步骤S303：获取待测导线的检测电压与差分电压值之间的第二对应关系，其中，所述第一对应关系和所述第二对应关系均符合线性关系。

需要说明的是，第二对应关系为根据电压放大系数、差分电压值以及检测电压建立的，电压放大系数可根据需求自行设置，例如电压放大系数为1.5、3等，本实施例对此不作限制，因此可根据第二对应关系得到电压放大系数。

步骤S304：通过所述第二对应关系和所述差分电压值得到待测导线的检测电压。

在具体实施中，通过第二对应关系可得到放大系数，则具体的计算过程如下式16：

V_out＝G_a×V_diff (式16)

而由于差分电压值V_diff如上式15计算得到，因此检测电压的计算可转换为下式17：

V_out＝G_a×ε₀(ε_r-1)lrωR_L(R₂-R₁)V_in (式17)

本实施例通过获取输入电压与差分电压值之间的第一对应关系；通过所述输入电压和所述第一对应关系得到差分电压值；获取待测导线的检测电压与差分电压值之间的第二对应关系，其中，所述第一对应关系和所述第二对应关系均符合线性关系；通过所述第二对应关系和所述差分电压值得到待测导线的检测电压，可通过第一对应关系以及输入电压快速计算差分电压值，并根据计算的差分电压值和第二对应关系计算待测导线的直流电压，通过非接触式的内外极板感应旋转组件转动时待测导线的变化电荷量和输入电压即可快速准确的检测待测导线输出的直流电压。

此外，为实现上述目的，本本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上文所述的非接触式电压测量电路。可通过电子设备实现以非接触方式快速获取电压值，实现电压感应、自检测电压等功能。

应当理解的是，以上仅为举例说明，对本发明的技术方案并不构成任何限定，在具体应用中，本领域的技术人员可以根据需要进行设置，本发明对此不做限制。

需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。

另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的非接触式电压测量方法，此处不再赘述。

此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器(Read Only Memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种传感探头模组，其特征在于，包括：

壳体，用于在待测导线外周形成转动导轨，所述转动导轨为以所述待测导线为中心；

旋转部件，用于在所述转动导轨内转动；

内极板和外极板，与所述壳体连接，用于感应变化电荷信号，所述旋转部件呈转动状态下，所述内极板和所述外极板与所述待测导线之间具有不同的电荷信号；

传输阻抗，分别与所述内极板和所述外极板电连接，用于使所述变化电荷信号以差分电压信号形式输出。

2.根据权利要求1所述的传感探头模组，其特征在于，所述壳体包括：依次设置且以所述待测导线为中心的第一外壳、第二外壳以及第三外壳；

所述第一外壳与所述第二外壳围成所述转动导轨；

所述内极板和所述外极板分别紧贴于所述第三外壳的内侧和外侧。

3.根据权利要求1所述的传感探头模组，其特征在于，所述内极板和所述外极板呈半圆形状；

所述内极板紧贴于所述第三外壳的内侧；

所述外极板紧贴于所述第三外壳外侧中与所述内极板对应的位置；

所述旋转部件覆盖所述旋转导轨中一半以上的区域。

4.根据权利要求1所述的传感探头模组，其特征在于，所述旋转部件包括电介质材料，所述壳体为非导体材料。

5.一种非接触式电压测量电路，其特征在于，所述非接触式电压测量电路包括驱动模块、信号处理模块以及如权利要求1-4中任一项所述的传感探头模组；

所述驱动模块，用于驱动所述传感探头模组中的旋转部件以转动导轨为轨道进行转动，以改变待测导线与内极板和外极板之间的耦合电容；

所述传感探头模组，用于感应所述待测导线的输入电压，并根据所述输入电压输出差分电压信号；

所述信号处理模块，与所述传输探头模组电连接，用于接收所述差分电压信号，并对所述差分电压信号进行处理，得到所述待测导线的检测电压。

6.如权利要求5所述的非接触式电压测量电路，其特征在于，所述信号处理模块包括：依次连接的放大模块、滤波模块以及数模转换模块；

所述放大模块，用于将所述差分电压信号进行放大，得到放大电压信号；

所述滤波模块，用于将所述放大电压信号进行滤波，得到直流电压信号；

所述数模转换模块，用于将所述直流电压信号转换为数字信号，得到待测导线的检测电压。

7.如权利要求5所述的非接触式电压测量电路，其特征在于，所述非接触式电压测量电路还包括以下至少一种：

监测模块，与所述信号处理模块电连接，用于接收所述信号处理模块发送的待测导线的检测电压，并对所述待测导线的检测电压进行监测；

存储模块，与所述信号处理模块电连接，用于将所述待测导线的检测电压进行存储；

显示模块，与所述信号处理模块电连接，用于接收所述信号处理模块发送的待测导线的检测电压，并对所述待测导线的检测电压进行显示。

8.一种非接触式电压测量方法，其特征在于，用于权利要求5至7中任一项所述的非接触式电压测量电路，所述方法包括：

通过驱动模块驱动传感探头模组中的旋转部件持续转动，以改变待测导线与内极板和外极板之间的耦合电容并感应所述待测导线的输入电压，使所述传感探头模组产生差分电压信号；

通过信号处理模块获取差分电压信号对应的差分电压值；

依据所述差分电压值以及待测导线的检测电压与差分电压值的对应关系，确定所述待测导线的检测电压。

9.根据权利要求8所述的非接触式电压测量方法，其特征在于，所述依据所述差分电压值以及待测导线的检测电压与差分电压值的对应关系，确定所述待测导线的检测电压，包括：

获取输入电压与差分电压值之间的第一对应关系；

通过所述输入电压和所述第一对应关系得到差分电压值；

获取待测导线的检测电压与差分电压值之间的第二对应关系，其中，所述第一对应关系和所述第二对应关系均符合线性关系；

通过所述第二对应关系和所述差分电压值得到待测导线的检测电压。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求5-7中任一项所述的非接触式电压测量电路。

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