CN116113834A - 具有径向双安装传感器的非接触式电参数测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明题为具有径向双安装传感器的非接触式电参数测量设备。本文提供了用于操作和校准电参数测量设备的系统和方法。该设备可包括电流传感器，该电流传感器包括围绕接纳被测试载流导体的测量区域定位的多个磁场传感器。该传感器可包括多个磁场传感器同心环，该多个磁场传感器同心环提供忽略来自该测量区域之外的导体或其他部件的准确测量。该传感器可用于确定被测试导体的位置，并且此类信息可用于通过考虑该导体的位置来产生准确测量。还可提供一种校准系统，该校准系统操作以产生校准数据，该校准数据随后用于提供更准确测量。该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或其他类型的数据。

Description

具有径向双安装传感器的非接触式电参数测量设备

背景技术

技术领域

本公开一般涉及电参数测量设备，并且更具体地涉及非接触式电参数测量设备。

相关技术描述

电压表是用于测量电路中的电压的仪器。测量多于一种电特性的仪器称为万用表，并且操作以测量故障排除、服务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。除了需要暴露的电线或端子进行电流接触之外，由于存在被电击或触电的风险，将电压表探头接触到剥离的电线或端子的步骤可能相当危险。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。当检测到电压时，通过指示(诸如灯光、蜂鸣器，或振动电机)提醒用户。然而，此类非接触式电压检测器仅提供AC电压存在或不存在的指示，并且不提供AC电压的实际量值(例如，RMS值)的指示。

例如，由于万用表测试引线和电路承载电流的容量，所以采用内部分流器的通用万用表可限制为最大十安培。此外，万用表通常必须使用内部保险丝进行保护，以防止过大的电流电平流过万用表，这既是出于安全原因，也是为了防止损坏万用表。移除熔断保险丝存在困难，外加购买替换保险丝需要一定的时间和成本，这使得期望获得不需要内部保险丝的非接触式电流测量仪器。

钳式万用表通过采用感测载流导体中的电流而不必切断载流导体或断开包括载流导体的电路的一体式电流钳来提供比通用万用表更好的测量电流的能力。电流钳通常与万用表在同一外壳中提供，该万用表使用单独的测试探头以常规方式测量其他参数，诸如电压和电阻。电流钳围绕载流导体闭合以感测由电流产生的磁场。电流钳为万用表的测量提供电压信号，该万用表计算并显示测量的电流电平。因为没有电流从载流导体通过钳式万用表分流，所以已在很大程度上消除了对可测量的最大电流的限制。同样地，钳式万用表中的内部保险丝已被消除。

为了获得有效的电流测量，电流钳中的磁芯必须环绕载流导体，以便闭合电流钳。必须机械地致动电流钳以打开钳口，插入载流导体，然后围绕载流导体闭合钳口。钳口必须对准以完成磁芯以便获得有效的电流测量。由于磁芯上使用了大量的铁，所以钳式万用表在物理上也会很重。此外，高电平的电流可使得磁芯饱和。因此，钳式万用表的电流测量容量限于不使磁芯饱和的电流电平。此外，频率带宽和相位角的性能也受到限制，这取决于磁性材料。

另外，诸如罗哥夫斯基(Rogowski)线圈的其他磁场/磁通量测量方法具有其他缺点，例如不能够测量DC电流并且需要积分器来恢复原始电流波形和量值。

此外，对于诸如电流钳或分裂铁芯式变压器的一些电参数测量设备而言，被测试导体可自由定位在测量设备的前端或探头端部内的各种物理位置处。在某些情况下，被测试导体的可变位置可不利地影响被测试导体的一个或多个电参数(例如，电压、电流、功率)的测量，从而导致不准确的测量结果。因此，在执行一个或多个电参数的测量时确定被测试导体的位置和/或补偿所确定的位置将是有利的。

发明内容

电参数测量设备可概括为包括：前端，该前端包括大小和尺寸被设计为接纳被测试导体的开口；多个磁场传感器，该多个磁场传感器围绕开口设置在支撑构件上，该多个磁场传感器包括：定位在距开口的中心第一径向距离处的第一组相等地间隔开的磁场传感器，和定位在距开口的中心第二径向距离处的第二组相等地间隔开的磁场传感器，该第二径向距离大于该第一径向距离，并且第一组中的每个磁场传感器与第二组中的对应的磁场传感器径向对准；和控制电路，该控制电路操作地耦合到多个磁场传感器，该控制电路被配置为：从多个磁场传感器接收至少一个传感器信号；至少部分地基于所接收的至少一个传感器信号来确定被测试导体的物理位置；以及至少部分地基于所接收的至少一个传感器信号和所确定的物理位置来确定导体的电流参数。该电流参数可包括交流电流(AC)或直流电流(DC)。多个磁场传感器中的每个磁场传感器可包括以下各项中的至少一者：各向异性磁阻(AMR)传感器、巨磁阻(GMR)传感器、霍尔效应传感器、磁通门传感器或线圈。控制电路可被配置为使用来自磁场传感器中的恰好两个磁场传感器的传感器信号来确定被测试导体的物理位置。多个磁场传感器中的至少一个磁场传感器可包括第一子传感器和相对于该第一子传感器以90度角布置的第二子传感器。多个磁场传感器中的每个磁场传感器可形成于包括其他磁场传感器中的至少一个磁场传感器的集成电路中。第一组中的每个磁场传感器可与第二组中的其对应的径向对准的磁场传感器一起形成于集成电路中。第一组磁场传感器中的磁场传感器中的每个磁场传感器可彼此串联耦合，并且第二组磁场传感器中的磁场传感器中的每个磁场传感器可彼此串联耦合。磁场传感器中的每个磁场传感器可单独耦合到控制电路。

多个磁场传感器可包括定位在距开口的中心第三径向距离处的第三组相等地间隔开的磁场传感器，该第三径向距离大于该第二径向距离，并且控制电路可操作以：确定第一组磁场传感器中的磁场传感器中的至少一个磁场传感器由于被测试导体中的电流量而饱和；以及至少部分地基于来自第二组磁场传感器和第三组磁场传感器的传感器信号来确定导体的电流参数。为了确定导体的电流参数，控制电路可被配置为应用取决于被测试导体的确定的物理位置的校准因子。控制电路可被配置为确定磁场传感器中的至少一个磁场传感器是饱和的，并且忽略来自该至少一个磁场传感器的传感器信号以确定被测试导体的电流参数。控制电路可被配置为确定磁场传感器中的至少一个磁场传感器是饱和的，并且响应于该确定，用使用来自定位成与饱和磁场传感器相邻的磁场传感器的传感器信号获得的内插传感器信号替换饱和磁场传感器的传感器信号。

电参数测量设备还可包括操作地耦合到控制电路的多个非接触式电压传感器，其中控制电路至少部分地基于从多个非接触式电压传感器接收的传感器信号来确定被测试导体的物理位置。控制电路可被配置为至少部分地基于从多个非接触式电压传感器接收的传感器信号来确定被测试导体的电压参数。多个磁场传感器中的每个磁场传感器可操作以确定由被测试导体产生的磁场的方向。控制电路可将唯一的校准因子应用于多个磁场传感器中的每个磁场传感器。

附图说明

在附图中，相同附图标记识别相似元件或动作。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，如所绘制的元件的特定形状未必旨在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。另外，例如在附图中的一些附图中布置成环的单个元件的数量为一个示例，并且取决于特定应用所需的准确性。

图1是根据一个非限制性例示的实施方式的利用磁性传感器来测量AC或DC电流的电参数测量设备的示意图。

图2是示出了图1的电参数测量设备的各种前端部件的框图。

图3是电参数测量设备的前端或探头部分的绘画视图，示出了该电参数测量设备的示例性传感器布置。

图4是示出电参数测量设备的多个磁性传感器的物理布置的示意图。

图5A是根据一个非限制性例示的实施方式的包括双磁性径向传感器的电参数测量设备的透视图。

图5B是图5A的电参数测量设备的一部分的放大视图，其示出了电参数测量设备的两个径向间隔开的磁性传感器。

图6是示出了电参数测量设备的示例性集成双传感器的示意图。

图7是示出了电参数测量设备的示例性集成双传感器的示意图，该电参数测量设备包括旋转90度的传感器以使得能够确定被测试导体在电参数测量设备的测量区域内的位置。

图8是示出了使用电参数测量设备中的两个传感器对来确定被测试导体在测量区域内的位置的示意图。

图9是根据一个非限制性例示的实施方式的电参数测量设备的前端的绘画图，示出了可用于确定被测试导体的位置或确定用于提高测量准确度的一个或多个校准因子的多个传感器的位置。

图10是根据一个非限制性例示的实施方式的电参数测量设备的绘画图，该电参数测量设备包括各自独立于其他传感器而校准和测量的多个独立传感器。

图11A是根据一个例示的实施方式的环境的绘画图，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电线中存在的AC电压，而不需要与该电线电流接触。

图11B是根据一个例示的实施方式的图11A的非接触式电压测量设备的顶视图，示出了在绝缘电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12是根据一个例示的实施方式的非接触式电压测量设备的各种内部部件的示意图。

图13是根据一个例示的实施方式的示出了非接触式电压测量设备的各种信号处理部件的框图。

图14是根据一个例示的实施方式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15是根据一个例示的实施方式的用于电参数测量设备(诸如图11A至图14所示的电压测量设备)的校准系统的示意性框图。

图16是根据一个非限制性例示的实施方式的电参数测量设备的V形前端的示意图，示出了可用于确定被测试导体的位置的三个导电传感器。

图17是根据一个非限制性例示的实施方式的电参数测量设备的V形前端的示意图，示出了可用于确定被测试导体的位置的两个导电传感器，其中两个导电传感器的位置允许精确地确定被测试导体的位置。

图18是根据一个非限制性例示的实施方式的电参数测量设备的V形前端的示意图，示出了可用于确定被测试导体的位置的两个导电传感器，其中两个导电传感器的位置可能导致被测试导体的不准确的位置确定。

图19是根据一个非限制性例示的实施方式的电参数测量设备的前端的示意图，示出了彼此共面并且可用于确定被测试导体的位置的两个导电传感器。

图20是根据一个非限制性例示的实施方式的包括三个导电传感器的电参数测量设备的V形前端的示意图，示出了被测试导体的各种可能位置以确定通过三个参考电流(Iref1、Iref2、Iref3)的三角测量导出的用于每个位置的校准因子。

图21是根据一个非限制性例示的实施方式的示出了三个导电传感器在各种位置处的位置相关校准因子的表。

图22是根据一个非限制性例示的实施方式的示出了当被测试导体定位在距导电传感器的各个距离处时单个导电传感器的位置相关校准因子的表。

图23是根据一个非限制性例示的实施方式的曲线图，其示出了作为距离的函数的导电传感器的参考电流信号和校准因子。

图24是根据一个非限制性例示的实施方式的曲线图，其示出了作为距离的函数的参考电流信号的倒数的线性近似和校准因子的多项式近似。

图25是根据一个非限制性例示的实施方式的曲线图，其示出了作为由导电传感器检测的参考电流信号的倒数的函数的校准因子。

图26A是根据一个非限制性例示的实施方式的电参数测量设备的前端的一部分的侧正视图，示出了支撑两个导电传感器的V形防护件。

图26B是图26A所示的电参数测量设备的前端的一部分的透视图。

图27是根据一个非限制性例示的实施方式的曲线图，其示出了图26A和图26B所示的前端的传感器中的一个传感器的校准因子的二维法向距离相关性的示意性表示。

图28是根据一个非限制性例示的实施方式的曲线图，其示出了作为法向距离的函数的图26A和图26B所示的前端的两个导电传感器的参考电流信号和校准因子。

图29是根据一个非限制性例示的实施方式的示意图，其示出了使用从参考电流信号导出的法向距离来确定被测试导体的位置。

图30是根据一个非限制性例示的实施方式的钳型仪表的前端的绘画图，示出了可用于确定被测试导体的位置和/或确定用于提高测量准确度的一个或多个校准因子的三个导电传感器的位置。

图31是根据一个非限制性例示的实施方式的钳型仪表的前端的绘画图，示出了可用于确定被测试导体的位置和/或确定用于提高测量准确度的一个或多个校准因子的三个导电传感器的位置，并且示出了具有不同直径的三个示例性导体。

图32示出了可用于本公开的“最佳点”确定算法的传感器信号的三维图形视图。

图33示出了根据一个非限制性例示的实施方式的非接触式测量设备的多个传感器的参考电流范围(X轴)的校准因子(Y轴)的曲线图。

图34示出了针对具有各种直径的电线的参考电流范围(X轴)的非接触式测量设备的传感器的校准因子(Y轴)的曲线图。

图35示出了根据一个非限制性例示的实施方式的曲线图，其示出了从被测试电线到校准电线段的最短距离的计算。

图36示出了根据一个非限制性例示的实施方式的针对具有不同直径的多个被测试导体的最佳点区域和最佳点区域之外的区域的多个视图。

图37是根据一个非限制性例示的实施方式的示出了被测试导体的各个x/y位置的输出的表，该表可用于确定多种校准方法中的哪一种校准方法用于被测试导体。

图38是传感器箝位输入电路的示意图，该传感器箝位输入电路包括互阻抗放大器和电流积分器以分别测量被测试导体中的电压和电流。

图39示出了曲线图，其示出了校正因子k对参考电流信号的特性相关性。

图40示出了根据一个非限制性例示的实施方式的曲线图，其示出了在对与单个校正因子方法相关的归一化的快速傅里叶变换窗口进行RMS求和之后引入的相对误差。

具体实施方式

本公开的系统和方法涉及电参数测量设备，该电参数测量设备利用磁性传感器来测量导体中的AC和/或DC电流，而不需要电参数测量设备和被测试导体之间的电流接触。本公开的系统和方法还有利地提供电参数测量设备(诸如接触式和非接触式“参考信号”型测量设备、钳型仪表和分裂铁芯式变压器)的校准，以及此类设备和其他设备的导体位置确定。首先，参考图1至图10，讨论了利用径向安装传感器的电参数测量设备。然后，参考图11A至图14，讨论了参考信号型测量设备的各种示例。此外，参照图15至图30，讨论了各种校准系统以及相关联设备和方法。本公开的各种实施方案和特征可以任何合适的方式组合以提供用于各种应用的电参数测量设备。

在至少一些实施方式中，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，其中绝缘电线中的一个或多个交流(AC)电参数的测量在不需要绝缘电线和测试电极或探头之间的电流连接的情况下执行。校准系统和方法还可用于校准常规接触型测量设备，该常规接触型测量设备生成和检测参考信号并且利用与被测试导体电流接触的导电测试引线或探头。可与本文所讨论的实施方式一起使用的测量设备的非限制性示例包括数字万用表、电流钳和分裂铁芯式变压器。

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实施方式的彻底理解。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实施方式。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实施方式的描述。

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“一个实施方式”或“实施方式”的引用意指结合该实施方式描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施方式中。因此，本说明书通篇各个地方出现的短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不一定全部指代相同的实施方式。此外，在一个或多个实施方式中，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”包括复数指代物，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，并且不解释实施方式的范围或含义。

径向双安装多传感器电参数测量设备

图1示出了操作以测量被测试导体102中的电流的电参数测量设备100的电路图。在例示的实施方式中，设备100包括安装在电绝缘材料的支撑构件108(诸如电路板)上的16个基本上相同的传感器104a至104h(“传感器104”)和传感器106a至106h(“传感器106”)。传感器104围绕直径为D1的第一圆基本上相等地间隔开地安装在支撑构件108上，并且通过非磁性导体110(例如，电线、电路板迹线)串联连接。类似地，传感器106围绕直径为D2的第二圆基本上相等地间隔开地安装在支撑构件108上，并且通过第二导体112串联连接。第二圆大于第一圆并且与第一圆基本上同心。在至少一些实施方式中，传感器104、106中的每个传感器的磁轴与其所在的相应的圆相切，并且每个传感器104与传感器106中的相应一者基本上径向对准，即，传感器成对地径向对准：104a/106a、104b/106b、104c/106c等。即，每一对包括在径向方向上与相应的传感器106线性布置的传感器104。在例示的示例中，由于在每个传感器环中存在八个相等地间隔开的传感器，因此环中的传感器中的每个传感器间隔开45度。在其他实施方式中，取决于传感器的数量，环中的传感器可间隔开不同角度(例如，对于环中的4个传感器间隔开90度，对于环中的6个传感器间隔开60度，对于环中的12个传感器间隔开30度)。

在至少一些实施方式中，诸如下文所讨论的图3的实施方式，支撑构件108可包括从其周边延伸到超过中心区域114的点的狭槽。此类狭槽允许被测试导体102引入到中心区域114中，其中导体的轴线正交于包含传感器104和106的平面(即，正交于图1的平面)。

取决于传感器技术，图1的设备100可操作以测量AC和DC电流，其中来自被测试导体102的位置的影响最小并且来自测量区域或中心区域114之外的外部电流源的影响最小。这通过对称地布置传感器对104、106来实现，该传感器对测量导体102在限定的对称位置处(例如，距中心区域114的角度和距离)产生的磁场。设备100利用双补偿，如下文进一步所讨论。传感器104、106可为多种类型的磁性感测设备中的任一种，包括分布式线圈、平面磁传感器(例如，PCA线圈)、霍尔效应传感器、通量门传感器、各向异性磁阻(AMR)传感器(如图所示)或任何其他合适类型的传感器。

如上所述，传感器104可彼此操作地串联耦合在一起，使得其输出电压相加在一起。类似地，传感器106可彼此操作地串联耦合在一起。取决于内圆与外圆之间的相对距离，可根据以下等式(1)确定用于减去内部-外部电压的因子λ：

该技术可用于任何磁性传感器，包括分布式“空气线圈”，如下文进一步所讨论。该磁场感测技术的优点在于，测量以非侵入方式进行，并且传感器抑制来自从传感器外部的相邻导体注入的其他外部场的干扰。此外，该测量方法提供显著更低成本，较之其他常规测量解决方案具有更高性能/准确性水平。例如，在本文所讨论的实施方式中的至少一些实施方式中，不需要诸如铁芯的“磁性集中器”。

为了提供准确测量，对于中心的电线的给定磁场，来自每个传感器104、106的输出信号应相同。这可通过个别地校准传感器104、106中的每个传感器或一起校准每组传感器来实现。每个传感器的输出量值均存在电线位置影响。求和的输出电压部分补偿/减小该位置影响，这取决于传感器的数量。

对于外部寄生杂散电流源，传感器104与106的每个回路中的求和的输出电压的比率几乎恒定，而不管外部源的量值或位置如何。该比率可表示为V_外部/V_内部。因此，如果(例如)通过选择λ＝V_外部/V_内部来从内部回路的电压V_内部中减去外部回路中的输出电压V_外部的正确比例，则外部场效应被取消，这意味着V_总＝0。

为了测量被测试导体102中的电流，优化的传感器设计提供λ/2的V_外部/V_内部，同样不管导体102的位置如何。因此，用于测量的可用信号为大约V_总＝V_内部/2，这导致由传感器104、106的一个同心链收集的信号的大约一半用于测量。因此，这种布置允许取消由于外部电流源而引起的信号，并且将大约50％的潜在可用信号用于测量。所使用的传感器越多，所实现的对外部电流的抑制越大。

设备100包括可操作以从内部电压V_内部中减去外部电压V_外部的差分放大器电路116。总输出电压V_总通过将电压V_外部和V_内部分别通过电阻器R1和R2共同施加到具有反馈电阻器R_增益的差分放大器电路116的反相输入而得出。任选地，电容器也可与反馈电阻器R_增益并联放置以移除输入电压的频率相关性。在放大器电路116的输出处，从内部电压V_内部中减去的外部电压V_外部的比例与电阻器值R2/R1的比率成正比，使得通过适当选择R1和R2可获得针对V_总的期望的值。在至少一些实施方式中，R2的值等于R1×λ。

图2示出了包括设备100的传感器或探头的电路的部件的框图200。如图所示，通过加法器/积分器202从输入电压V_内部中减去输入电压V_外部，该加法器/积分器可与图1的放大器电路116类似或相同。所得信号204与被测试导体102的电流成正比。信号204被提供到操作以将信号204的增益调整到合适的电平的增益调整电路或级206。可提供增益调整电路206，因为在不影响内部/外部信号比的情况下，可能难以或不可能在单个级中对输入信号进行积分并调整增益以校准单元。从增益调整电路206输出的信号208可被提供到信号调节电路或部件210，该信号调节电路或部件操作以产生具有各种范围或类型(例如，0mA至20mA、4mA至20mA、毫伏特、伏特)的输出电平的各种输出类型，诸如瞬时电流、RMS电流等。

图3是电参数测量设备300的一部分的绘画视图，示出了该电参数测量设备的示例性传感器布置。在例示的实施方式中，设备300包括安装在电绝缘材料的支撑构件308(诸如电路板)上的16个基本上相同的传感器304a至304h(“传感器304”)和传感器306a至306h(“传感器306”)。传感器304和306可分别与上文参照图1所讨论的传感器104和106类似或相同。尽管为了清楚起见未示出，但传感器304和306可耦合到适当电路以从其获得测量结果，如上文所论述。

支撑构件308可包括从其周边延伸到超过中心区域314的点的狭槽311。此类狭槽允许被测试导体302引入到中心区域314中，其中导体的轴线正交于包含传感器304和306的平面(即，正交于图3的平面)。

由于本公开的实施方式中的至少一些实施方式利用不具有场集中器的磁场传感器作为感测元件，因此不存在如在例如具有磁芯的电流互感器中存在的来自场集中器的影响，诸如磁滞或非线性。如上文所论述，取决于传感器类型和内部传感器补偿(例如，桥接电路)，来自被测试导体302的电流在传感器304和306中产生与磁场成比例的电压，这允许除了AC电流之外还测量DC电流。

对于具有相对低的饱和水平的AMR传感器或其他类型的传感器，在一些实施方式中，可提供附加的同心传感器环，这允许设备在被测试导体中具有高电流的情况下切换到具有较低磁场的较大同心传感器环。例如，设备300可包括三个或更多个同心传感器环，并且三个或更多个环中的两个环可用于实际测量以避免取决于被测量电流的量值的饱和。对于较大电流，可使用朝向支撑构件308的外周边的同心传感器环对，而朝向支撑构件的中心的同心传感器环对可用于较小电流。

由狭槽形成的孔口的大小和尺寸可以任何合适的方式设计，并且狭槽可被固定或选择性地打开和闭合(例如，具有“钳口”的钳式仪表)。在至少一些实施方式中，狭槽的大小和尺寸被设计为在中心区域314中提供具有介于20mm和160mm之间的直径的开口，尽管可提供其他大小。

图4、图5A和图5B示出了利用多层印刷电路板来定位磁性传感器的设备400的另一示例性实施方式。如图4示意性地所示，多个内部传感器414可以内部同心环布置并彼此串联连接，并且多个外部传感器416可以外部同心环布置并彼此串联连接。每个环中的传感器的数量可为任何合适的传感器数量，诸如4个传感器、6个传感器、8个传感器、20个传感器等。传感器PCB 408的数量可通过所需准确度、位置灵敏度或特定应用所要求的外部场抑制性能来选择。

如图5A和图5B所示，设备400包括多个传感器PCB 408，该多个传感器PCB以围绕接纳被测试导体402的中心部分412的圆安装到基座或支撑PCB 410。每个传感器PCB 408包括两个单独传感器，即构造在多层PCB 408上的一个内部传感器414和一个外部传感器416。传感器PCB 408以与PCB 410成直角地安装到基座PCB 410。传感器414的输出彼此串联连接以提供内部电压V_内部，并且传感器416的输出彼此串联连接以提供外部电压V_外部。

本公开的实施方式的优点在于，测量以非侵入方式进行，并且传感器抑制来自从传感器外部的相邻导体注入的其他外部场的干扰。该测量方法提供显著更低成本，较之其他常规测量解决方案具有更高性能/准确性水平。此外，本文所讨论的实施方式中的至少一些实施方式具有以下益处中的至少一些益处：能够使用线圈作为传感器来测量AC或脉冲DC电流，并且能够使用AMR传感器、霍尔效应传感器、通量门传感器等来测量DC电流；取决于平面传感器的数量而提供低位置误差；与当前电流互感器相比重量轻；能够处理高电流过载；提供低电流消耗要求；并且由于完全的电流传感器隔离而提供隔离的输出信号。这些特征使得本文所讨论的实施方式适合于其中重量和电池寿命为重要设计因素的便携式应用和功率质量监测。此外，在至少一些实施方式中，诸如罗哥夫斯基线圈的空气芯线圈可用作感测元件，这意味着不存在如在例如具有磁芯的电流互感器中存在的磁滞、饱和或非线性。

如上文所讨论，使用基于半导体的磁场传感器允许除了AC电流测量之外进行DC电流测量。可使用测量磁场的任何类型的技术，包括霍尔效应、磁通门、AMR、GMR等。

图6是示出诸如本文所讨论的电参数测量设备中的任一者的电参数测量设备的示例性集成双传感器600的示意图。例如，双传感器600可用于代替图1的电参数测量设备100的每对径向间隔开的传感器104和106。在该实施方式中，传感器600包括内部传感器602(“传感器A”)，该内部传感器相对靠近设备的中心区域606定位，被测试导体(未示出)可在测量期间定位在该中心区域中。传感器600还包括定位成比内部传感器602更远离中心区域606的外部传感器604(“传感器B”)。传感器602与604之间的距离‘d’是固定的。因此，虽然在该集成传感器实施方式中，不能优化或调节外部电流的灵敏度/抑制，但与彼此径向分离的两个单独传感器(诸如图1的传感器104a和106a)相比，传感器600的大小和成本显著减小。

在至少一些实施方式中，单独传感器输出可用于确定被测试导体在测量区域内的位置。使用从至少三个传感器600检测到的磁场，可使用三角测量来确定被测试导体的位置。如果导体的位置是已知的，则可补偿电线影响以进一步提高准确性。此外，在该布置中，诸如非接触式电压传感器的其他传感器的组合可用于确定位置或两个三角测量结果的组合，以验证位置准确性或甚至补偿其他影响，如到传感器平面的非垂直电线。

图7是示出使得能够仅使用两个传感器来确定被测试导体的位置的电参数测量设备的示例性集成双传感器700的示意图。传感器700包括相对靠近中心测量区域706间隔开的内部传感器702和相对于内部传感器702与中心区域间隔更远的外部传感器704。内部传感器702包括相对于彼此旋转90度的子传感器A1和A2。传感器700还包括外部传感器704，该外部传感器包括相对于彼此旋转90度的子传感器B1和B2。使用正弦函数和余弦函数，可导出磁矢量方向，如下文参考图8所讨论。尽管传感器702和704被示出为集成到传感器700中，但在至少一些实施方式中，传感器702和704可为独立传感器，这改善了设计灵活性，但可增加传感器的大小和成本。

图8是示出其中两个传感器802和804(可分别与传感器702和704类似或相同)可用来确定被测试导体806在电参数测量设备的测量区域内的位置的技术的示意图800。如图所示，使用指示磁场(H1、H2)的方向的双传感器，可计算分别到场H1和H2的垂直线808和810，并且线的交叉点812指示被测试导体806的位置。

导体的物理位置也可通过机械装置来确定。例如，电线定位机构可包括穿过电参数测量设备中的小开口提供到预定位置的电线。因此，在一个或多个传感器发生故障的情况下，可使用机械装置来确定导体的物理位置。

图9是根据一个非限制性例示的实施方式的电参数测量设备900的前端的绘画图，示出了可用于确定被测试导体902的位置或确定一个或多个校准因子的多个内部传感器904和外部传感器906的位置，该一个或多个校准因子取决于用于提高测量准确度的位置。在这种情况下，三角测量需要单独传感器输出信号。如上文所讨论，传感器904和906可安装到支撑构件908，并且可提供狭槽910以允许导体902定位在中心测量区域914内。

如果导体902的位置是已知的，则导体的任何位置相关偏差可通过一个或多个位置相关校准因子来校正。另外，可抑制来自测量区域914外部的信号。下文参考本公开的非接触式电压实施方式进一步讨论用于确定导体902的位置并产生校准因子的技术。然而，在该实施方式中，不需要参考电压来产生参考电流，因为可直接使用由传感器904和906测量的电流的量值。

为了产生校准因子，传导已知电流的导体902可围绕测量区域914移动。电流在多个传感器904和906中，例如传感器中的至少三个传感器中产生所测量信号。对于每个位置，将多个传感器信号和校准因子存储在表中。可针对导体902中的多个不同电流值重复该过程。然后，在操作期间，由于至少三个测量的传感器信号的比率，当测量未知电流时，可将表用于查找导体的位置，这然后提供校准因子。在限定的离散量值(例如，用于校准的x/y位置)之间，可内插校准因子。该概念可用于电参数测量设备的一个或多个(例如，2个、3个、4个)传感器环。

图10是包括多个独立传感器1002a至1002h的电参数测量设备1000的前端部分的绘画图，该多个独立传感器围绕测量区域1004并且各自独立于其他传感器而校准和测量。该配置可通过个别地校准每个传感器1002以递送关于磁场的精确校准的输出信号来进一步提高性能(例如，准确度、线性度、位置灵敏度)。在例示的示例中，传感器1002a至1002h中的每个传感器均经由导体1006耦合到电路1008的不同输入B1至B8。电路1008可为包括能够接收从传感器1002a至1002h输出的信号的输入电路(例如，A/D转换器等)的微控制器或其他合适的电路。传感器1002中的每个传感器独立于其他传感器而测量。即，传感器1002并未如上文针对其他实施方式所讨论的一起串联连接于内部环和外部环中。尽管作为示例在图10中示出了八个传感器1002，但在其他实施方式中，可使用更少或更多传感器，并且可提供两个或更多个同心传感器环。此外，如上文所讨论，可对(例如，环中的)传感器测量进行求和或求平均值以产生期望的测量输出。

在至少一些实施方式中，诸如AMR传感器的传感器1002的范围可被扩展以补偿高磁场下的饱和效应。可从测量积分中排除将达到高饱和的靠近导体的个别传感器，并且可由两个相邻传感器内插该值。

如果每个传感器已经校准，而不仅仅是总输出信号，则外部传感器环和内部传感器环的所有传感器信息的总和可能更精确。如果个别传感器的饱和效应太高而不能实现合理的结果，则来自该传感器的信号可被忽略和/或从相邻传感器内插。

以下示例示出了用于定位在传感器环中“传感器1”和“传感器3”之间的饱和“传感器2”的插值计算。

其中，W(传感器X)是针对传感器X(例如，传感器1、2、3、...、8)的确定的导体位置的校准因子。

在该示例性实施方式中使用八个可能的传感器信号中的至少三个传感器信号，三角测量允许基于磁场分布来确定被测试导体的位置。该特征还导致识别导体是定位在测量区域内部还是外部，使得定位在测量区域外部的导体可被忽略。

上文所讨论的特征可与下文所讨论的非接触式电压传感器组合，以递送关于被测试导体的位置的更多信息并且还改善位置信息的可靠性。

传感器内部的电线的圆形磁场可能受到运送电流的相邻的附加的外部电线的影响。但用于电线位置的非接触式电压信息由于与B场相比更容易的电场屏蔽而比不受外部电场影响的电流测量更准确。

另外，可计算多于一个导体的位置。可同时识别的导体的实际数量可取决于用于特定应用的电压和/或电流传感器的数量。

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，绝缘电线)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。本节中公开的实施方式在本文中可称为“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，该电压测量设备使用电容传感器来测量绝缘导体中相对于接地部的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”包括直接电耦合和间接电耦合，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))。因此，以下讨论可应用于可用于确定一个或多个校准因子和/或被测试导体的位置的测量设备的校准子系统，以及可用于获得一个或多个电参数(例如，电压、电流、功率)的测量结果的测量设备的测量子系统。

图11A是环境1100的绘画图，在该环境中操作者1104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1102来测量绝缘电线1106中存在的AC电压，而不需要非接触式电压测量设备和电线1106之间的电流接触。图11B是图11A的非接触式电压测量设备1102的顶视平面图，示出了在操作期间非接触式电压测量设备的各种电气特性。非接触式电压测量设备1102包括外壳或主体1108，该外壳或主体包括抓持部分或端部1110以及与抓持部分相对的探头部分或端部1112，在本文中也称为前端。外壳1108还可包括便于用户与非接触式电压测量设备1102交互的用户界面1114。用户界面1114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1102还可包括一个或多个有线和/或无线通信接口(例如，USB、

)。

在至少一些实施方式中，如图11B中最佳地示出，探头部分1112可包括由第一延伸部分1118和第二延伸部分1120限定的凹入部分1116。凹入部分1116接纳绝缘电线1106(参见图11A)。绝缘电线1106包括导体或电线1122和围绕导体1122的绝缘体1124。当绝缘电线1106定位在非接触式电压测量设备1102的凹入部分1116内时，凹入部分1116可包括靠近绝缘电线1106的绝缘体1124安置的传感器或电极1126。虽然为了清楚起见未示出，但传感器1126可设置在外壳1108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。此外，尽管在该示例中示出了单个传感器1126，但在其他实施方式中，可提供多个间隔开的传感器，如下文所讨论。

如图11A所示，在使用中，操作者1104可抓紧外壳1108的抓持部分1110并且将探头部分1112放置为靠近绝缘电线1106，使得非接触式电压测量设备1102可准确地测量该线中存在的相对于地面接地部(或另一参考节点)的AC电压。虽然探头端部1112被示出为具有凹入部分1116，但在其他实施方式中，探头部分1112可被不同地配置。例如，在至少一些实施方式中，探头部分1112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1102的传感器被定位成靠近绝缘电线1106的其他类型的界面。下面讨论各种探头部分和传感器的示例。

可能只在某些实施方式中使操作者的身体充当地面/接地参考。另选地，可使用经由测试引线1139到地面或接地部1128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。

如下文进一步所讨论，在至少一些实施方式中，非接触式电压测量设备1102可在AC电压测量期间利用操作者1104和接地部1128之间的体电容(C_B)。虽然术语接地部用于节点1128，但该节点不一定是地面/接地部，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12至图14讨论非接触式电压测量设备1102测量AC电压使用的特定系统和方法。

图12示出了也在图11A和图11B中示出的非接触式电压测量设备1102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1102的导电传感器1126大体上为“V”形并被定位成靠近被测试绝缘电线1106，并且与绝缘电线1106的导体1122电容耦合，从而形成传感器耦合电容器(C_O)。操控非接触式电压测量设备1102的操作者1104具有对地体电容(C_B)。如图11A和图11B所示，也可使用通过电线(例如，测试引线1139)的直接导电接地耦合。因此，如图11B和图12所示，电线1122中的AC电压信号(V_O)通过串联连接的耦合电容器(C_O)和体电容(C_B)产生绝缘导体电流分量或“信号电流”(I_O)。在一些实施方式中，体电容(C_B)还可包括产生对地或对任何其他参考电位的电容的电流隔离的测试引线。

待被测量的电线1122中的AC电压(V_O)具有到外部接地部1128(例如，零线)的连接。非接触式电压测量设备1102本身也具有对接地部1128的电容，当操作者1104(图11)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(C_B)组成。电容C_O和C_B两者形成导电回路，并且该回路内的电压生成信号电流(I_O)。信号电流(I_O)由电容耦合到导电传感器1126的AC电压信号(V_O)产生，并且通过非接触式电压测量设备的外壳1108和对接地部1128的体电容器(C_B)回到外部接地部1128。电流信号(I_O)取决于非接触式电压测量设备1102的导电传感器1126和被测试绝缘电线1106之间的距离、导电传感器1126的特定形状以及导体1122的大小和电压电平(V_O)。

为了补偿直接影响信号电流(I_O)的距离方差和随之而来的耦合电容器(C_O)方差，非接触式电压测量设备1102包括共模参考电压源1130，该共模参考电压源产生具有与信号电压频率(f_O)不同的参考频率(f_R)的AC参考电压(V_R)。

为了减少或避免杂散电流，非接触式电压测量设备1102的至少一部分可被导电内部接地防护件或遮蔽件1132围绕，这使得大部分电流流过与绝缘电线1106的导体1122形成耦合电容器(C_O)的导电传感器1126。内部接地防护件1132可由任何合适的导电材料(例如，铜)形成，并且可为实心的(例如，箔片)或者具有一个或多个开口(例如，网孔)。

此外，为了避免内部接地防护件1132和外部接地部1128之间的电流，非接触式电压测量设备1102包括导电参考屏蔽件1134。参考屏蔽件1134可由任何合适的导电材料(例如，铜)形成，并且可为实心的(例如，金属片、塑料壳体内部的溅镀金属)，挠性的(例如，箔片)或者具有一个或多个开口(例如，网孔)。共模参考电压源1130电耦合于参考屏蔽件1134和内部接地防护件1132之间，这可产生用于非接触式电压测量设备1102的具有参考电压(V_R)和参考频率(f_R)的共模电压或参考信号。这种AC参考电压(V_R)驱动额外的参考电流(I_R)通过耦合电容器(C_O)和体电容器(C_B)。

围绕导电传感器1126的至少一部分的内部接地防护件1132保护导电传感器免受AC参考电压(V_R)的直接影响，该直接影响使得导电传感器1126和参考屏蔽件1134之间的参考电流(I_R)发生非想要的偏移。如上所述，内部接地防护件1132是用于非接触式电压测量设备1102的内部电子接地部1138。在至少一些实施方式中，内部接地防护件1132还围绕非接触式电压测量设备1102的电子器件中的部分或全部电子器件，以避免AC参考电压(V_R)耦合到电子器件中。

如上所述，参考屏蔽件1134被利用将参考信号注入到输入AC电压信号(V_O)上，并且作为第二功能，使防护件1132对地面接地部1128的电容最小化。在至少一些实施方式中，参考屏蔽件1134围绕非接触式电压测量设备1102的外壳1108中的部分或全部外壳。在此类实施方式中，电子器件中的部分或全部电子器件参见参考共模信号，该参考共模信号还产生导电传感器1126和绝缘电线1106中的导体1122之间的参考电流(I_R)。在至少一些实施方式中，参考屏蔽件1134中的唯一间隙可以是用于导电传感器1126的开口，该开口允许导电传感器在非接触式电压测量设备1102的操作期间被定位成靠近绝缘电线1106。

内部接地防护件1132和参考屏蔽件1134可提供围绕非接触式电压测量设备1102的外壳1108(参见图11A和图11B)的双层遮蔽件。参考屏蔽件1134可设置在外壳1108的外表面上，并且内部接地防护件1132可充当内部屏蔽件或防护件。导电传感器1126通过防护件1132屏蔽参考屏蔽件1134，使得任何参考电流均由导电传感器1126和被测试导体1122之间的耦合电容器(C_O)生成。围绕传感器1126的防护件1132还减少了靠近传感器的相邻电线的杂散影响。

如图12所示，非接触式电压测量设备1102可包括作为反相电流-电压转换器操作的输入放大器1136。输入放大器1136具有同相端子，该同相端子电耦合到充当非接触式电压测量设备1102的内部接地部1138的内部接地防护件1132。输入放大器1136的反相端子可电耦合到导电传感器1126。反馈电路1137(例如，反馈电阻器)还可耦合于输入放大器1136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1136从导电传感器1126接收信号电流(I_O)和参考电流(I_R)，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1140，如下文进一步所讨论，该信号处理模块处理传感器电流电压信号以确定绝缘电线1106的导体1122中的AC电压(V_O)。信号处理模块1140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1102还可包括通信地耦合到信号处理模块1140的用户界面1142(例如，显示器)，以呈现确定的AC电压(V_O)或通过接口传达到非接触式电压测量设备的操作者1104。

图13是非接触式电压测量设备1300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14是图13的非接触式电压测量设备1300的更详细示意图。

非接触式电压测量设备1300可与上文所讨论的非接触式电压测量设备1102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1136将来自导电传感器1126的输入电流(I_O+I_R)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)1302将传感器电流电压信号转换成数字形式。

电线1122中的AC电压(V_O)通过等式(2)与AC参考电压(V_R)相关：

其中(I_O)是由于导体1122中的AC电压(V_O)而通过导电传感器1126的信号电流，(I_R)是由于AC参考电压(V_R)而通过导电传感器1126的参考电流，(f_O)是正被测量的AC电压(V_O)的频率，并且(f_R)是参考AC电压(V_R)的频率。

与AC电压(V_O)相关的标记为“O”的信号具有和与共模参考电压源1130相关的标记为“R”的信号不同的特性，如频率。在图14的实施方式中，数字处理，诸如实施快速傅里叶变换(FFT)1306的电路可用于分离具有不同频率的信号量值。在其他实施方式中，还可使用模拟电子滤波器将“O”信号特性(例如，量值、频率)与“R”信号特性分开。

电流(I_O)和(I_R)由于耦合电容器(C_O)分别取决于频率(f_O)和(f_R)。流过耦合电容器(C_O)和体电容(C_B)的电流与频率成比例，并且因此需要测量被测试导体1122中的AC电压(V_O)的频率(f_O)，以确定参考频率(f_R)与信号频率(f_O)的比率，该比率在上文列出的等式(2)中被利用，或者参考频率是已知的，因为参考频率是由系统本身产生的。

在输入电流(I_O+I_R)已由输入放大器1136调节并由ADC1302数字化之后，可通过使用FFT1306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17)。当已经测量频率(f_O)和(f_R)两者时，可确定频率窗口，以计算来自FFT1306的电流(I_O)和(I_R)的基本量值。

电流(I_R)和/或电流(I_O)的量值可作为参考信号传感器或电极(例如，电极1126)与绝缘电线1106的导体1122之间的距离的函数而变化。因此，系统可将所测量的电流(I_R)和/或电流(I_O)与期望的相应电流进行比较，以确定参考信号传感器或电极与导体1122之间的距离。

接下来，如图13的框1308所指示，分别指定为I_R，1和I_O，1的电流(I_R)和(I_O)的基波谐波的比率可通过确定的频率(f_O)和(f_R)来校正，并且该因数可用于通过在电线1122中添加谐波(V_O)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1312上呈现给用户。

耦合电容器(C_O)通常可具有在约0.02pF至1pF的范围内的电容值，例如，取决于绝缘电线1106和导电传感器1126之间的距离以及传感器1126的特定形状和尺寸。体电容(C_B)可例如具有约20pF至200pF的电容值。

从上述等式(2)可看出，由共模参考电压源1130生成的AC参考电压(V_R)不需要处于与导体1122中的AC电压(V_O)相同的范围来实现类似的信号电流(I_O)和参考电流(I_R)的电流量值。通过选择相对较高的参考频率(f_R)，AC参考电压(V_R)可能相对较低(例如，小于5V)。例如，可将参考频率(f_R)选择为3kHz，这比具有60Hz的信号频率(f_O)的典型1120VRMS AC电压(V_O)高50倍。在这种情况下，可将AC参考电压(V_R)选择为仅2.4V(即，1120V÷50)，以生成与信号电流(I_O)相同的参考电流(I_R)。一般来讲，将参考频率(f_R)设置为信号频率(f_O)的N倍允许AC参考电压(V_R)具有电线1122中的AC电压(V_O)的(1/N)倍的值，以产生处于彼此相同范围的电流(I_R)和(I_O)，从而实现类似的I_R和I_O的不确定性，并且避免比率I₀/I_R的数学不准确性。

可使用任何合适的信号发生器来生成具有参考频率(f_R)的AC参考电压(V_R)。在图13所示的示例中，使用∑-Δ数模转换器(∑-ΔDAC)1310。∑-ΔDAC 1310使用比特流来产生具有限定的参考频率(f_R)和AC参考电压(V_R)的波形(例如，正弦波形)信号。在至少一些实施方式中，∑-ΔDAC 1310可生成与FFT 1306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∑-Δ DAC更少的计算功率的PWM。

在至少一些实施方式中，ADC 1302可具有14位的分辨率。在操作中，对于标称的50Hz输入信号，ADC 1302可以10.24kHz的采样频率对来自输入放大器1136的输出进行采样，以在1100ms(FFT 1306的10Hz窗口)中提供2ⁿ个样本(2024)以准备好由FFT 1306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。ADC 1302的采样频率可与参考频率(f_R)的全数周期同步。例如，输入信号频率可在40Hz至70Hz的范围内。取决于所测量的AC电压(V_O)的频率，可使用FFT 1306来确定AC电压(V_O)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1130生成具有2419Hz的参考频率(f_R)的AC参考电压(V_R)。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(V_O)的谐波的参考频率(f_R)的AC参考电压(V_R)，AC电压(V_O)不太可能影响参考电流(I_R)的测量。

在至少一些实施方式中，将共模参考电压源1130的参考频率(f_R)选择为最不可能受到被测试导体1122中的AC电压(V_O)的谐波影响的频率。例如，当参考电流(I_R)超过极限时(这可指示导电传感器1126正在接近被测试导体1122)，可关断共模参考电压源1130。可在共模参考电压源1130被关断的情况下进行测量(例如，1100ms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(V_o)中的信号谐波的量值，以识别哪个候选参考频率可能受到AC电压(V_O)的信号谐波的影响最小。然后可将参考频率(f_R)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。

为了在关断参考电压源时避免测量序列中的间隙，可将先前所测量的参考量值与实际信号量值一起使用。如果实际信号与先前测量的信号相比的差异以相同比率应用于用于关断的参考测量的参考信号，则可进行进一步改善。假设滑动平均值不会从一个测量结果改变到另一个测量结果，则可能只有距离传感器-电线(耦合电容器)会改变，从而以相同比率影响两个信号(参考信号、输入信号)。

校准系统和方法

如上文所讨论，由电压测量设备产生的参考电压(V_R)和参考频率(f_R)是已知的并且可在参考电压源1130(图12)的输出处测量。输出电压(V_O)由以上等式(2)定义。在理想情况下，如果参考电压(V_R)是已知的，并且所需的所有其他参数为比率I_O/I_R和f_R/f_O，则将不需要校准电压测量设备。然而，在实践中，存在若干影响因素，诸如信号处理电路的带宽、泄漏电容以及被测试导体相对于测量设备的特定位置，这导致输出电压测量与被测试导体中的实际输出电压有偏差。一个因素是传感器1126(或多个传感器)和环境之间的杂散泄漏电容，这往往导致参考电流(I_R)的增大，并且因此导致比率I_O/I_R的减小。另外，传感器1126和参考屏蔽件1134之间的直接电容耦合导致进一步增大参考电流(I_R)的偏移。理想情况下的参考电流(I_R)的此类增大导致输出电压(V_o)的计算小于被测试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因子来准确测量被测试导体中的输出电压(V_O)或其他参数，该确定的校准参数或因子取决于耦合电容(C_O)或等效地一个或多个传感器中的每个传感器和被测试导体之间的距离。如下文进一步所讨论，在至少一些实施方式中，利用多个传感器，并且被测试导体的位置通过由多个传感器测量的参考电流的三角测量来确定。

图15示出了可用于校准电参数测量设备1502(例如，DMM、电流钳、分裂铁芯式变压器)的示例性校准系统1500的示意性框图。电参数测量设备1502可为任何非接触式或接触式测量设备，诸如产生和感测参考信号的测量设备。校准系统1500可包括控制校准系统的各种功能性的控制电路1504。校准系统1500还可包括操作以选择性地将校准或测试电压输出到校准导体1508的校准电压源1506。控制电路1504可操作地耦合到校准电压源1506以控制其操作。校准系统1500还包括位置控制子系统1510，该位置控制子系统操作以在校准过程中选择性地机械控制校准导体1508相对于电参数测量设备1502的位置。校准导体1508可为用于校准非接触式电参数测量设备的绝缘导体，或者可为用于校准接触型电参数测量设备的非绝缘导体。

校准系统1500的控制电路1504可通过任何合适的有线或无线连接操作地耦合到电参数测量设备1502。如下文进一步所讨论，控制电路1504可操作以将指令或数据发送到电参数测量设备1502或从其接收指令或数据。控制电路1504控制位置控制子系统1510以选择性地调整校准导体1508在电参数测量设备的前端或测量端的开口或接纳部分内的位置，使得多个传感器中的每个传感器与校准导体之间的电容耦合C_o被改变以修改多个传感器的相应参考电流I_R，从而获得用于校准导体1508的多个物理位置的不同校准点。

一般来讲，控制电路1504可包括至少一个处理器，该至少一个处理器通信地耦合到校准电压源1506、位置控制子系统1510以及存储处理器可执行指令或数据中的至少一者的至少一个非暂态处理器可读存储介质。控制电路1504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，或任何其他离散或集成逻辑部件。耦合到控制电路1504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。

在至少一些实施方式中，控制电路1504可包括通信接口或用户界面。用户界面可便于用户与校准系统1500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1500或电参数测量设备1502的一个或多个可调节设定的输入件。通信接口可实现允许校准系统1500与电参数测量设备1502或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种或多种有线和/或无线通信技术(例如，USB、

)。

在至少一些实施方式中，电参数测量设备1502的输出电压(V_o)测量可取决于被测试导体中的测量的参考电流信号(I_R)和/或实际输出电压。因此，在至少一些实施方式中，本文所讨论的校准系统和方法提供对此类参数中的一者或两者的补偿，以允许准确测量被测试导体相对于电参数测量设备1502的各种电压和各种位置处的输出电压(V_O)，这些各种位置对应于电参数测量设备1502的多个传感器(例如，2个传感器、3个传感器)的参考电流(I_R)电平的各种组合。

一般来讲，在校准过程期间，控制电路1504控制校准电压源1506以将已知校准电压(例如，110VAC、250VAC、1800VAC)输出到校准导体1508并控制位置控制系统1510以将校准导体移动到电参数测量设备1502的前端或测量部分内的已知位置(例如，X/Y位置)。然后，控制电路1504从电参数测量设备1502接收在测量校准导体1508中的校准电压期间由电参数测量设备获得的数据。此类数据可包括针对多个传感器的测量的参考电流信号(I_R)、确定的输出电压(V_o)等。电参数测量设备1502可以例如上文参考图11A至图14讨论的方式获得此类数据。当校准导体1508位于不同位置并且可选地在不同校准电压下时可重复该过程多次。

对于校准导体1508的多个位置中的每个位置以及对于一个或多个校准电压(例如，110VAC、250VAC、1000VAC)中的每个校准电压，控制电路1504可获得与校准电压相关联的多个校准点。在至少一些实施方式中，校准点中的每个校准点包括电参数测量设备的相应多个传感器中的每个传感器的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参数测量设备1502的传感器获得的测量结果，其指示当校准电压源1506在校准导体1508中输出校准电压时由电参数测量设备的传感器测量的参考电流信号。校准因子可为指示已知校准电压与从电参数测量设备的传感器获得的测量的未校准输出电压(V_O)数据点的比率的值，该值由电参数测量设备至少部分地基于传感器的参考电流信号数据点来确定(例如，使用以上等式(2))。例如，如果控制电路1504使得校准电压源1506在校准导体1508中输出1100V，并且电参数测量设备1502的传感器测量1110V的输出电压，则校准因子将为1100/1110＝0.909。对于特定测量，可将由电参数测量设备1502测量的未校准输出电压乘以校准因子以提供正确的输出电压。继续以上示例，可将1110VAC的未校准输出电压乘以0.909的校准因子以在被测试导体中提供1100VAC的实际输出电压。

如下文进一步所讨论，在获得校准点之后，控制电路1504可基于获得的多个校准点来确定用于电参数测量设备1502的校准数据。校准数据可取决于由电参数测量设备的多个传感器测量的参考电流信号。在至少一些实施方式中，校准数据还可取决于多个校准电压。然后，控制电路1504可将校准数据存储在与电参数测量设备1502相关联的至少一个非暂态处理器可读存储介质上，以供电参数测量设备或其他电参数测量设备(例如，具有相同或类似物理特性)在其后续操作期间使用。例如，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。

图16是电参数测量设备的V形前端1600的示意图，示出了设置在防护件1602上的可用于确定被测试导体1610的位置的三个导电传感器1604、1606和608。还示出了分别由传感器1604、1606和608测量的参考电流1612、1614和616的量值，其中每个恒定量值参考电流被表示为具有特定距离的弓形虚线，该弓形虚线指示恒定参考电流量值，该恒定参考电流量值指示由传感器确定的被测试导体1610的可能位置。如图所示，三个参考电流1612、1614和616在被测试导体1610的X/Y位置处相交。因此，将参考电流1612、1614和616的三角测量用于三个传感器1604、1606和608，可准确地确定被测试导体1610的位置。

如下文进一步所讨论，位置确定可用于选择或得出待应用于电参数测量设备的电参数测量结果的校准因子。例如，可实施先前校准过程以限定规定用于被测试导体的任何可能位置的校准因子的一组离散数据点，诸如校准网格。该校准过程可导致位置坐标，(分别为传感器1604、1606和608中的每个传感器的参考电流IREF1、IREF2、IREF3)以及指示待应用于电参数(例如，电流、电压、功率)的测量结果的校正量的校准因子(例如，VCAL1、VCAL2、VCAL3)。类似于以上等式(2)，可以如下计算未知信号电压V_o：

其中V_CALX是传感器X(即，X＝1、2、3)的校准因子，O_OX是来自每一个传感器的信号电流，f_Ox是由三个传感器中的每一个测量的信号频率(例如，50Hz、60Hz)，V_REF是在电参数测量设备内部生成的共模参考电压，并且f_R是参考电压的频率。

图17是电参数测量设备的V形前端1700的示意图，示出了设置在防护件1702上的可用于确定被测试导体1708的位置的两个导电传感器1704和1706，其中两个导电传感器的位置允许被测试导体的准确的位置确定。相比之下，图18是电参数测量设备的V形前端1800的示意图，示出了设置在防护件1802上的可用于确定被测试导体1808的位置的两个导电传感器1804和1806，其中两个导电传感器的位置可导致被测试导体的模糊或不准确的位置确定。

参考图17，传感器1704定位在防护件1702的底部或基座部分处，并且传感器1706定位在防护件的左侧或左部分上(如图所示)。第一弯曲虚线1710表示由传感器1704检测的恒定参考电流量值，并且第二弯曲虚线1712表示由传感器1706检测的恒定参考电流量值。如图所示，曲线1710和1712仅在一个位置中相交，该位置为被测试导体1708的位置。即，曲线1710和1712的另一理论交叉点将在V形防护件1702之外，并且因此可被测量设备忽略，因为该位置不是被测试导体1708的可能位置。因此，由于曲线1710和1712仅存在一个可能的交叉点，因此测量设备可准确地确定被测试导体1708的位置。

现参考图18，传感器1804定位在防护件1802的左侧或左部分处(如图所示)，并且传感器1806定位在防护件的与左侧相对的右侧或右部分上(如图所示)。第一弯曲虚线1810表示由传感器1804检测的恒定参考电流量值，并且第二弯曲虚线1812表示由传感器1806检测的恒定参考电流量值。如图所示，曲线1810和1812相交于两个位置，即，被测试导体1808的实际位置和朝向防护件的基座的第二位置1809。在这种情况下，因为存在两个交叉点，因此测量设备可能难以确定导体1808定位在哪个位置。该问题可通过如图17的示例中那样仔细选择两个传感器的位置来补救，使得在防护件内部仅存在一个曲线交叉点，或者通过如上文所讨论的图16的示例中那样使用3个传感器来补救。

图19是电参数测量设备的前端1900的示意图，示出了在平面状防护件1902上彼此共面并且可用于确定被测试导体1908的位置的两个导电传感器1904和906。还示出了分别针对传感器1904和906的恒定参考电流曲线1910和912。通过将传感器1904和906放置为相对于彼此共面，曲线1910和912仅在一个允许位置(即，防护件1902上方)处彼此相交，从而避免可由被布置成使得恒定参考电流曲线如图18所示的示例中那样相交于两个允许位置处的两个传感器引起的模糊性。

图20是包括设置在防护件2002上的三个导电传感器2004、2006和2008的电参数测量设备的V形前端2000的示意图，示出了被测试导体2010的各种可能位置2012。各种位置2012可为可在校准过程中用来获得校准数据的校准位置或点。例如，当校准导体定位在校准位置2012中的每个校准位置处时，电参数测量设备可获得校准导体的X/Y位置、传感器2004、2006和1008中的每个传感器的参考电流I_REFX以及指示待应用以获得准确参数测量结果的校正的校准因子CALFAC。

图21是示出了图20的三个导电传感器2004(传感器1)、2006(传感器2)和1008(传感器3)在各种X/Y位置处的位置相关校准因子的表2100。如图所示，对于每个X/Y位置，针对三个导电传感器2004(传感器1)、2006(传感器2)和1008(传感器3)中的每个导电传感器确定参考电流IREFX和校准因子VCALX。

图22是示出了当被测试导体定位在距导电传感器各个距离(DIST)处时单个导电传感器(例如，传感器2004、2006或1008中的一个传感器)的位置相关校准因子(CALF)和参考电流信号(ref_pk)的表2200。图23是以图形方式示出了作为距离(以毫米(mm)为单位)的函数的参考电流信号(ref_pk)和校准因子(CALF)的曲线图2300。如图所示，参考信号随距离快速减小，校准因子随距离增加。

从曲线图2300可以明显看出，参考电流(ref_pk)表现出某种形式的1/x行为。因此，有利的是绘制参考电流的倒数值(即1/ref_pk)的图表以得出简化且适当地准确表示。图24是示出了作为距离的函数的参考电流信号的倒数(即1/ref_pk)的线性近似和校准因子CALF的二次近似的曲线图2400。如线性近似和二次近似的R2值分别为0.9957和0.999所示，两个近似中的每一个准确地表示作为距离的函数的参考电流信号的相应倒数和校准因子。

图25是作为参考电流信号的倒数(即1/ref_pk)的函数的校准因子(CALF)的曲线图。如图所示，点由R²值为1.000的紧密拟合二次函数近似得出。

图26A和图26B示出了包括V形防护件2602的电参数测量设备的前端2600的一部分，该V形防护件支撑两个伸长的导电传感器2604和2606，出于解释目的分别将该两个伸长的导电传感器指定为左侧传感器和右侧传感器。具体地，防护件2602包括支撑左侧传感器2604的左部分2602a(如图所示)和支撑右侧传感器2606的右部分2602b。传感器2604和2606中的每个传感器具有长度尺寸和宽度尺寸，并且该长度尺寸大于该宽度尺寸。作为非限制性实例，长宽比可为1.5∶1、2∶1、4∶1、8∶1、20∶1、1100∶1等。由于传感器2604和2606是伸长的，因此可假设或估计检测到的信号的唯一变化源自被测试导体和传感器中的每个传感器之间的法向距离，使得可忽略由在恒定法向距离处的横向移动引起的影响。

基于表示参考电流ref_pk和校准因子CALF的距离相关性的数学简化，可生成拟合在V形前端2600的区域内的测量网格。在一个示例中，假设传感器2604为在X/Y坐标系中从A点(X＝-2；Y＝-35)延伸到B点(X＝-35；Y＝+45)的直线段，并且假设传感器2606为在X/Y坐标系中从A’点(X＝+2；Y＝-35)延伸到B点(X＝+35；Y＝+45)的直线段。对于每个点，可计算到左侧传感器2604和右侧传感器2606的法向距离，并且得出参考电流ref_pk和校准因子CALF。图27的曲线图示出了针对右侧传感器2606的所得校准因子的三维表示。

图28是示出了当Y位置固定在Y＝+40时各种X位置处分别作为法向距离的函数的传感器2604和2606的参考电流信号ref_pk1和ref_pk2以及校准因子CALF1和CALF2的曲线图2800。

利用2D传感器布置，诸如图26A和26B中所示的布置，任何测量结果将为每个传感器提供一个参考电流值和对应的信号测量值。使用此类信息，测量设备可确定合适的校准因子来补偿到传感器的不同距离(例如，法向距离)。另外，在至少一些实施方式中，测量设备可利用此类信息来确定被测试导体的特定X/Y位置。

图29示出了使用从参考电流信号得出的法向距离来确定被测试导体的位置的示例。在图29中，传感器布置2900被示出为包括以V形布置的左侧传感器2902和右侧传感器2904。在传感器2902和2904之间的位置P处示出了被测试导体2910。如在图28的曲线图2800中所指示，可使用已知法向距离来计算参考电流ref_pk。这里，目的是从测量的参考电流信号得出法向距离信息，这需要图28所示内容的反函数。因为原函数(ref_pk1和ref_pk2)是严格单调的，所以可以确定相应的唯一反函数。然后，可将反函数应用于测量的参考电流以获得法向距离信息。在所示的示例中，虚线2906指示从传感器2902确定的法向距离，虚线2908指示从传感器2904确定的法向距离。线2906和2908的交叉点指示被测试导体2910的位置P。该位置可用于多种目的，包括但不限于确定一个或多个位置相关校准因子以应用于电参数测量设备的测量结果，从而提高其准确度。

对于本文所讨论的传感器的V形布置内的任何给定点，可以得出第一传感器的一个参考电流值(ref_pk1)，并且可以得出第二传感器的一个参考电流值(ref_pk2)。基于这些值，可通过内插或通过利用先前近似的拟合函数或其他数学公式来确定单独校准因子。使用两个(或更多个)校准因子，可计算测量值(例如，电压)的两个(或更多个)结果。

在使用多于一个传感器的情况下，还存在附加的V₀结果可用，该V₀结果可用于计算算术平均值。在至少一些具体实施中，测量设备可利用这些结果的加权组合，或者在校准因子中的一个在确定范围之外时可仅使用一个结果。加权组合可为线性加权组合、指数加权组合等。加权值可优先考虑等于传感器到被测试线的最短距离的最高Iref电流，并且减少较低Iref电流的更不可靠影响，例如由于杂散电流、噪声等。

作为非限制性示例，设备可被配置为忽略大于1.5的校准因子，因为较大的校准因子指示较大的距离和较不准确的测量结果。在此类示例中，有用的校准因子可被确定为在1.0和1.5之间的范围内，其中更接近1.0的校准因子被认为比更接近1.5的校准因子更好。因此，可应用线性加权或其他加权，使得1.0的权重被应用于1.0的校准因子，并且0.0的权重被应用于1.5的校准因子。例如，可使用以下等式得出加权测量结果：

其中使用公式W(calfX)＝2×(1.5-calfX)来对每个校准因子的权重进行线性加权，并且两个传感器的测量结果是Sns1_结果和Sns2_结果。在实施过程中，可使用针对特定仪器或仪器类型获得的实际校准数据来确定校准因子的适当限制。

图30是钳型仪表的前端3000的绘画图，该钳型仪表包括选择性地闭合以在其间形成开口的第一夹持部分3002和第二夹持部分3004，该开口的大小和尺寸被设计为接纳诸如图30所示的示例性导体3008a、3008b和3008c的被测试导体。在该示例中，前端3000包括可用于确定被测试导体3008的精确位置和/或确定要应用的一个或多个校准因子以改善钳型仪表的测量结果的三个“点”传感器3006a、3006b和3006c。在例示的实施方式中，传感器3006可相对较小(例如，3×3mm)，这提供了检测到的信号的大致径向变化，而不是由图26A和图26B中所示的线性传感器2604和2606提供的线性变化。传感器3006可策略性地定位在可最准确地确定被测试导体的位置的位置处。

如果电线所在的区域受到机械限制或者受到如下文进一步所讨论的在本文中称为“最佳点”的限定标记区域的限制，则可应用另一种算法来代替三角测量以计算来自所有传感器的a，从而以比上文所讨论的多维三角测量校准更少的数学努力来得出结果。

使用上述技术，可获得传感器3006a、3006b和3006c中的每个传感器的参考电流信号，并且可如上所述地处理信号以确定被测试导体的X/Y位置，该信息可用于校准或其他目的。例如，如上文所讨论，内插过程可用于使用获得的参考电流信号和先前确定的校准点来确定X/Y位置和/或校准因子。

图31至图37示出用于确定被测试导体或电线的“最佳点”位置的各种技术，该“最佳点”位置是钳型仪表的夹具内的电线被诸如V形类型结构的适当机械形状引导和定位的限定位置。最佳点位置由电线径圆的中心限定。

图31是钳型仪表的前端3100的绘画图，该钳型仪表包括选择性地闭合以在其间形成开口的第一夹持部分3102和第二夹持部分3104，该开口的大小和尺寸被设计为接纳诸如图31所示的示例性导体3108a、3108b和3108c的被测试导体。在该示例中，前端3100包括可用于确定被测试导体3108的精确位置和/或确定要应用的一个或多个校准因子以改进钳型仪表的测量的三个“点”传感器3106a、3106b和3106c。在例示的实施方式中，传感器3106可相对较小(例如，3×3mm)，这提供了检测到的信号的大致径向变化，而不是由图26A和图26B中所示的线性传感器2604和2606提供的线性变化。传感器3106可策略性地定位在可最准确地确定被测试导体的位置的位置处。在至少一些实施方式中，传感器3106a可最靠近在V形前端3100的窄(顶部)端部处的电线位置。

最佳点区域由远离传感器的最大距离参数限定。该区域是递送一定测量准确度的区域并覆盖非垂直线和最佳点位置之外的线。

最佳点校准取决于确定具有未知直径的电线何时处于最佳点的能力。考虑到由三个传感器的参考电流值限定的3D空间，各种直径的最佳点在该空间中形成曲线。

下面是根据一个非限制性例示的实施方式可用于实施最佳点算法的数学的描述。在例示的实施方案中，校准方法使用三个传感器。围绕传感器3106a(图31)的区域在本文中称为最佳点区域，并且机械引导形状使电线到达限定的机械位置，即“最佳点”。由于前端3100的V形状，电线位置取决于线径，如图31所示。

由于对参考电流(Iref)的各种影响因素，诸如与垂直方向不同的线角度、电线绝缘材料的不同电特性(例如，电容率)和其他环境影响(例如，泄漏电流)，最佳点区域自身内的电线位置将不总是递送可接受的结果。因此，围绕最佳点位置的区域必须递送相当准确的结果。

校准算法可主要基于恰好位于最佳点位置处的不同线径，从而产生不同参考电流I_R。参考电流I_R仅由线径D限定，因为位置固定在最佳点位置处。

在至少一些实施方式中，所使用的参考电流Iref窗口值的范围通常可例如介于20,000和2,000,000之间。波峰因数CF＝2的全动态范围可为400,000,000(2²²)。对于14位ADC＝±8192＝±2¹³，其中快速傅立叶变换缓冲器大小＝2¹⁰＝1024(512对称)。因此，绝对最大窗口值为2¹³×512(2⁹)＝2²²。

需注意，在至少一些实施方式中，快速傅立叶变换算法采用汉宁加窗函数，该函数已包含归一化因子以提供作为RMS值的结果。

为了可见地呈现，图32的曲线图3200示出了变换的坐标系，其具有：

X＝ln[I_ref(传感器3106c)]-10，Y＝ln[I_ref(传感器3106b)]-10以及Z＝ln[I_ref(传感器3106a)]-10。

ln(20,000)～10和ln(2,000,000＝2²¹)～14。如果减去10，则找到原点(即，X＝0，Y＝0，Z＝0)。

曲线图3200呈ln X/ln Y/ln Z曲线图的形式。靠近原点的是最小线径(D1.6mm)，而距原点最远的点对应于32mm直径(D32mm)。作为指导，在ln(z)＝10处，已包括到地平面的竖直锚定线(虚线)。这些电线的上端对应于1.6mm至32mm的线径的最佳点参考电流值(点)。校准最佳点的连接用实线示出。

任何仪器读数由参考电流(Iref)值的三倍表示，如上文所讨论，对应于该3D-ln传感器空间中的另一个点P。数学允许计算该测量点P和上述曲线(即，连续直径的两根线之间的实线)之间的最短距离。该计算产生两个值：到曲线的绝对距离d(P线段)和沿曲线的基点Q。最短距离d是点P和点Q之间的直线。限制该距离以及要求将基点定位为接近线性曲线段允许限定最佳点区域的范围。应注意，构成曲线段的线是无限的。即使可以导出短距离，但如果基点Q远在限定的曲线点的范围之外，则这可能不被认为是有效的解决方案。

由于前端3100的特殊形状，直径大于8mm的线，诸如图31的导体3108a和3108b被迫与传感器3106a相距更大的距离并且更靠近传感器3106b和3106c。

图33示出了传感器3106a(Cal1)、3106b(Ca12)和3106c(Cal3)的参考电流范围(X轴)的校准因子(Y轴)的曲线图3300。图34示出了对于具有介于从1.6mm至32mm的范围内的直径的电线的参考电流范围(X轴)的传感器3106a的校准因子(Cal1，Y轴)的曲线图3400。

图35示出了曲线图3500，其示出了从被测试线到校准线段的最短距离的计算。合适的距离算法使用最佳点线段(人工延伸)0-1的左侧和右侧(如图所示)。该长度可按介于原始线段0-1及其在左侧上的延伸线段-1-0和在右侧上的延伸线段1-2的长度的0和1之间的因子来优化，如图35所示。延伸有助于获得从线到最佳点校准点的最短距离，诸如d1或d₂。

取决于延伸的长度，可控制来自外部电线的抑制，但最佳点大小也将会变得更小。

距离参数DST可被定义为5x PQ/OQ，其中PQ是从电线到曲线的最短距离，并且OQ是从原点到基点Q的距离(图32)。该距离参数DST“归一化”针对广泛变化的参考电流Iref值的距离，并且可用作接近最佳点(换句话讲，总最佳点区域)的度量。

采用该算法并在图36的曲线图3600、3602、3604、3608和3610中示出，其中非最佳点区域以阴影3614标记，并且在该方法中不提供任何计算结果。

具有阴影3612的区域构成实际最佳点校准算法的输出。来自所有三个传感器3106的读数与其相应的校准因子组合以产生加权的总体结果。

在确定了与最佳点的接近度之后，通过对三个传感器结果应用加权因子来导出实际校准值，这有利于具有最低距离(即，最高参考电流I_ref)的传感器。为了增加最高参考电流I_ref的优势，可使用平方加权函数：

传感器_x结果in[V]是针对传感器x＝1、2、3的校准结果

W(calfx)＝I² _refx是针对传感器x＝1、2、3的参考电流的平方

加权结果

其中

其中x＝1、2、3

例如，对于最佳点方法，不同x/y位置的输出在图37的表3700中示出。

其中距离因子极限dd＝2.2。如果距离因子极限值dd大于该极限，则可使用calset(T6距离)算法来代替最佳点算法，如表3700所示。

现在参考图38至图40描述信号积分方法。图38示出了传感器箝位输入电路3800，该传感器箝位输入电路包括互阻抗放大器和电流积分器以分别测量被测试导体或被测试缆线中的电压和电流。如上文所讨论，基于基本值的公式的非接触式测量方法为：

该公式由于信号的电容耦合而固有地产生乘以频率的输入电流信号，并且由互阻抗输入放大器转换成电压。另外，耦合到电流积分器的罗哥夫斯基线圈产生具有90°相移的频率比例的电流信号。

此外，由于该模拟积分器，罗哥夫斯基线圈的积分可使用硬件积分器来完成以确定电流信号并且相对于电压信号产生大约90°相移，并且不需要进一步的计算来从ADC样本再生原始电流波形。

电压信号的积分消除了随频率的缩放，并且引入类似的90°偏移，从而再次正确地对准电压和电流信号。由于滤波，电压信号可具有小的相移(例如，小于10°)，这需要通过引入相移内插来补偿。

以下部分解释在执行积分时保持绝对缩放的程序，从而产生“真”电压结果作为最终输出。

假设有一个电压信号，其量值参数A＝V_sig包含基于归一化的50Hz频率的适当电压缩放，其形式为：

积分产生，从而按预期消除与频率的比例性：

然而，期望的结果是A+cos(2πf_sigt)，其为正确缩放和相移的信号。此外，我们通过对单个ADC结果进行简单求和来替代数值积分，该单个ADC结果是通过在f_sample频率下收集N个样本来确定的，因此每个样本的“条带宽度”为1/f_sample。可使用其他数值算法，例如高斯-勒让德(Gauss-Legendre)求积。

其中

通过评估上文所指示的总和，可将所得积分波形确定为各个点，直到期望的采集点j为：

尽管可假设，对于全循环周期信号，表示阶跃函数的采样点的求和是足够准确的，从而补偿来自下降斜率区段上的上升斜率区段的误差，但这对于部分循环或非周期信号可能不是真的。因此，可使用更复杂的方法来最小化由数值积分引入的误差。

下面参考图39和图40讨论示例性校准过程。术语“校准”在本文中用来指示相对于外部标准的传统校准以及对影响因子的校正。

校准可包括调整所有输入通道的增益校正因子，以允许从高灵敏度输入(即，低电压范围，通常更灵敏4.2倍)到低灵敏度输入通道(高电压范围)的平滑过渡。对于双电流通道，灵敏度的差异通常可为约10倍。

此外，校准可包括调节Vref校正因子以使参考信号输出的V_RMS读数与仪器内部确定的Vref一致。实质上，这是对Vref信号输入路径中的增益网络的校准。所有电压读数可基于该校准与外部的绝对电压测量结果相对照。

利用根据上文所讨论的非接触式方法描述的公式，除了下文进一步所讨论的信号频率之外，输出值还取决于I_信号/I_REF(I_O/I_R)的比率。随着被测试导体的直径变化和距传感器的距离变化，参考电流I_REF以及信号电流I_信号都会发生变化，但对于给定电压，该比率保持大致相同。“大致”概括多个影响项，诸如杂散场、电线对传感器的覆盖范围等。一般来讲，信号电流I_信号比参考电流I_REF下降得更快，因为后者随着距离的增加和参考电流I_REF的缩小尤其被杂散场“增强”。这可通过校正因子表(本文中也称为参考电流I_REF校准表)进行大量校正，以取决于如本文中在别处讨论的参考电流I_REF来将比率提高特定值。

图39示出了曲线图3900，其示出了校正因子对参考电流I_REF的特性相关性。

频率可为不同关注因素。非接触式测量方法隐含地按比例缩放输入信号与频率，因此在公式中出现项f_REF/f_信号。对于本讨论，参考频率f_REF可被视为常数。参考频率除以信号频率f_信号可以至少两种方式应用：(1)确定感兴趣的单个频率(信号的基波)的快速傅里叶变换内容(例如，平方峰值和)并除以中心频率(f_信号)；或(2)通过将所有快速傅里叶变换-窗口与标称_频率/窗口_频率相乘来归一化整个频谱。可选择标称_频率(例如，50Hz、60Hz)。

然而，由于原始信号的加窗(在计算快速傅里叶变换之前应用余弦钟汉宁窗函数)，引入了轻微误差。假设对以任意快速傅里叶变换-窗口为中心的单频信号进行评估。在以上讨论之后，这将需要使用标称_频率/窗口_频率的因子进行单一归一化。然而，加窗使得该信号以大约1：2：1的比率出现在相邻频率窗口中。由同一单个频率源产生的相邻窗口将基于其相应的中心窗口频率来接收不同归一化因子，这与使用单个校正因子来处理源自源信号的所有分量相反。引入的偏差取决于与窗口之间的频率阶跃相关的信号频率。例如，在窗口间隔为10Hz的情况下，相邻窗口的频率差在1000Hz(相邻窗口在990Hz和1010Hz处)信号频率下总计为1％，但其在50Hz(相邻窗口在40Hz和60Hz处)下增长至20％的差。

图40是示出了与“单个校正因子”方法相关的对适当归一化的窗口进行RMS求和之后引入的相对误差的曲线图4000。如图所示，在50Hz下，20％的最大偏差处(对于10Hz窗口差)，相对误差不超过2.1％，如虚线所示。

如果信号频率不以窗口为中心，而是落在窗口间隔的25％处(例如，对于10Hz窗口间隔落在52.5Hz处)，则产生实线。轻微差异由窗口中修改的能量分布和不同的适用归一化因子造成。基于信号频率和窗口间隔(其基于实际采样频率)，也可应用该校正来减轻加窗和标称_频率/窗口_频率的均匀归一化的影响。

示例性校准程序涉及确定基本信号频率，并评估信号量值和参考量值在其各自频率下的总体结果，如下：

V_ref和f_ref可被假设为常数，其中k_pkref是上文讨论的校正因子。

对于单个信号频率，如果接受输出信号与频率成比例缩放，则由此断定：

如上所示，V’sig本质上仅取决于pksig/pkref的比率，从而将常数c中的所有其他因素组合。

然而，我们可能有兴趣传输ADC波形的数据并且需要找到比例因子，使得：

V″_sig+ref＝ADC_RMStotal·scaling_factor

由此ADC_RMStotal指示包括参考频率的ADC波形的RMS值。应注意，常数c以伏特(V)为单位表征仪器“看到”的参考峰。

V”_sig+ref表示在考虑信号和参考RMS分量后的所得电压。应注意，RMS值可二次求和为：

在ADC单位中，我们注意到恒等式(以峰值而非RMS表示)：

其中右手侧表征信号和参考的RMS总和，单位为伏特(V)，得出：

该比例因子取决于pk_ref，其中k_pkref也取决于pk_ref并且为ADC波形提供从ADC单位到伏特的转换，使得：

V_ADC，i＝(value_i-DC_offset)·scaling_factor

使用以下等式可容易地获得以伏特(V)为单位的信号的参考分量：

下面针对以下参数提供计算的非限制性实例：

V_ref＝1.1749V，f_ref＝2343.75Hz，k_pkref＝1.0；c＝55.07344；pk_sig＝4000，pk_ref＝1000，f_sig＝50Hz.

V’_sig＝4000/1000×c＝220.2938V；V’_sig+ref＝sqrt(220²+55²)＝227.0736V

ADC_RMStotal＝2916；ADC_RMStotal×√2×c/pk_ref＝2916×1.4142×55.07344/1000＝227.1144V。

前述实施方式已经由使用框图、示意图和示例阐述了设备和/或过程的各种实施方式。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。在一个实施方式中，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，本文公开的实施方式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，可省去动作，和/或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，例示性实施方式都同样适用。信号承载介质的示例包括但不限于以下：诸如软盘的可记录型介质、硬盘驱动器、CD ROM、数字磁带和计算机存储器。

鉴于前述公开内容，电参数测量设备的各种示例可包括以下特征中的任一者或组合：前端，该前端包括大小和尺寸被设计为接纳被测试导体的开口；多个磁场传感器，该多个磁场传感器围绕开口设置在支撑构件上；以及控制电路。多个磁场传感器包括定位在距开口的中心第一径向距离处的第一组相等地间隔开的磁场传感器，以及定位在距开口的中心第二径向距离处的第二组相等地间隔开的磁场传感器。该第二径向距离大于该第一径向距离。第一组中的每个磁场传感器与第二组中的对应的磁场传感器径向对准。控制电路操作地耦合到多个磁场传感器。控制电路被配置为从多个磁场传感器接收传感器信号；至少部分地基于传感器信号或使用机械装置来确定被测试导体的物理位置；以及至少部分地基于传感器信号和物理位置来确定导体的电流参数。

电参数测量设备还可包括另一特征，诸如通过从至少三个(或恰好三个)磁场传感器接收的至少三个(或恰好传感器信号)的三角测量来确定被测试导体的物理位置。另选地，通过从两个磁场传感器接收的两个传感器信号的三角测量来确定被测试导体的物理位置。

电参数测量设备还可包括另一特征，诸如电流参数包括交流电流(AC)或直流电流(DC)。

电参数测量设备还可包括又一特征，诸如多个磁场传感器中的每个磁场传感器包括以下各项中的至少一者：各向异性磁阻(AMR)传感器、巨磁阻(GMR)传感器、霍尔效应传感器、磁通门传感器或线圈。

电参数测量设备还可包括又一特征，诸如控制电路被配置为使用来自磁场传感器中的恰好两个磁场传感器的传感器信号来确定被测试导体的物理位置。

电参数测量设备还可包括又一特征，诸如多个磁场传感器中的至少一个磁场传感器包括第一子传感器和相对于该第一子传感器以90度角布置的第二子传感器。

电参数测量设备还可包括又一特征，诸如多个磁场传感器中的每个磁场传感器形成于包括其他磁场传感器中的至少一个磁场传感器的集成电路中。

电参数测量设备还可包括又一特征，诸如第一组中的每个磁场传感器形成于具有第二组中的对应的径向对准的磁场传感器的集成电路中。

电参数测量设备还可包括又一特征，诸如第一组磁场传感器中的磁场传感器中的每个磁场传感器彼此串联耦合，并且第二组磁场传感器中的磁场传感器中的每个磁场传感器彼此串联耦合。

电参数测量设备还可包括又一特征，诸如磁场传感器中的每个磁场传感器单独耦合到控制电路。

电参数测量设备还可包括又一个特征，诸如多个磁场传感器包括定位在距开口的中心第三径向距离处的第三组相等地间隔开的磁场传感器，该第三径向距离大于该第二径向距离。控制电路可操作以确定第一组磁场传感器中的磁场传感器中的至少一个磁场传感器由于被测试导体中的电流量而饱和，并且至少部分地基于来自第二组磁场传感器和第三组磁场传感器的传感器信号来确定导体的电流参数。

电参数测量设备还可包括又一特征，诸如为了确定导体的电流参数，控制电路被配置为应用取决于被测试导体的物理位置的校准因子。

电参数测量设备还可包括又一特征，诸如其中控制电路被配置为确定磁场传感器中的至少一个磁场传感器是饱和的，并且忽略来自该至少一个磁场传感器的传感器信号以确定被测试导体的电流参数。

电参数测量设备还可包括又一特征，诸如控制电路被配置为确定磁场传感器中的至少一个磁场传感器是饱和的，并且响应于该确定，用使用来自定位成与饱和磁场传感器相邻的磁场传感器的传感器信号获得的内插传感器信号替换饱和磁场传感器的传感器信号。

电参数测量设备还可包括又一特征，诸如操作地耦合到控制电路的多个非接触式电压传感器，其中控制电路至少部分地基于从多个非接触式电压传感器接收的传感器信号来确定被测试导体的物理位置。

电参数测量设备还可包括又一特征，诸如控制电路被配置为至少部分地基于从多个非接触式电压传感器接收的传感器信号来确定被测试导体的电压参数。

电参数测量设备还可包括又一特征，诸如多个磁场传感器中的每个磁场传感器操作以确定由被测试导体产生的磁场的方向。

电参数测量设备还可包括又一特征，诸如控制电路对多个磁场传感器中的每个磁场传感器应用唯一的校准因子。

鉴于前述公开内容，操作电参数测量设备的方法的各种示例可包括以下特征中的任一者或组合：将被测试导体放置在电参数测量设备的支撑构件的开口中，以及感测被测试导体的一个或多个电参数。感测包括使用多个磁场传感器，该多个磁场传感器包括定位在距开口的中心第一径向距离处的第一组相等地间隔开的磁场传感器，以及定位在距开口的中心第二径向距离处的第二组相等地间隔开的磁场传感器，该第二径向距离大于该第一径向距离，并且第一组中的每个磁场传感器与第二组中的对应的磁场传感器径向对准。该方法还包括：从多个磁场传感器接收传感器信号；至少部分地基于传感器信号或机械装置来确定被测试导体的物理位置；以及至少部分地基于所感测的一个或多个电参数和物理位置来确定导体的电流参数。

该方法还可包括又一特征，诸如确定被测试导体的物理位置包括使用来自磁场传感器中的恰好两个(或恰好三个)磁场传感器的传感器信号。

该方法还可包括又一特征，诸如确定由被测试导体产生的磁场的方向。

该方法还可包括又一特征，诸如确定被测试导体的物理位置包括通过多个磁场传感器中的至少三个(或至少两个)磁场传感器确定由被测试导体产生的磁场的方向。

可组合上述各种实施方式来提供另外的实施方式。鉴于上文的实施方式，可对这些实施方式作出这些及其他改变。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实施方式，而应被解释为包括所有可能的实施方式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 (20)

1.一种电参数测量设备，包括：

前端，所述前端包括大小和尺寸被设计为接纳被测试导体的开口；

多个磁场传感器，所述多个磁场传感器围绕所述开口设置在支撑构件上，所述多个磁场传感器包括定位在距所述开口的中心第一径向距离处的第一组磁场传感器和定位在距所述开口的所述中心第二径向距离处的第二组磁场传感器，所述第二径向距离大于所述第一径向距离，并且所述第一组中的每个磁场传感器与所述第二组中的对应的磁场传感器径向对准；和

控制电路，所述控制电路操作地耦合到所述多个磁场传感器，所述控制电路被配置为：

从所述多个磁场传感器接收传感器信号；

至少部分地基于所述传感器信号或使用机械装置来确定所述被测试导体的物理位置；以及

至少部分地基于所述传感器信号和所述物理位置来确定所述导体的电流参数。

2.根据权利要求1所述的电参数测量设备，其中通过从至少三个磁场传感器接收的至少三个传感器信号的三角测量来确定所述被测试导体的所述物理位置，或者其中通过从恰好三个磁场传感器接收的恰好三个传感器信号的三角测量来确定所述被测试导体的所述物理位置。

3.根据权利要求1所述的电参数测量设备，其中通过所述机械装置来确定所述被测试导体的物理位置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电参数测量设备，其中所述多个磁场传感器中的至少一个磁场传感器包括第一子传感器和相对于所述第一子传感器以90度角布置的第二子传感器。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的电参数测量设备，其中所述第一组中的所述多个磁场传感器中的每个磁场传感器与所述第二组中的对应的径向对准的磁场传感器一起安装到支撑件，或者其中所述第一组中的所述多个磁场传感器中的每个磁场传感器形成在集成电路中，所述集成电路包括所述第二组中的所述多个磁场传感器中的相应磁场传感器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电参数测量设备，其中所述第一组磁场传感器中的所述磁场传感器以第一串联耦合，并且所述第二组磁场传感器中的所述磁场传感器以第二串联耦合。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电参数测量设备，其中所述多个磁场传感器中的每个磁场传感器单独耦合到所述控制电路。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电参数测量设备，其中所述多个磁场传感器包括定位在距所述开口的所述中心第三径向距离处的第三组磁场传感器，所述第三径向距离大于所述第二径向距离，并且所述控制电路操作以：

确定所述第一组磁场传感器中的所述磁场传感器中的至少一个磁场传感器由于所述被测试导体中的电流量而饱和；以及

至少部分地基于来自所述第二组磁场传感器和所述第三组磁场传感器的传感器信号来确定所述导体的所述电流参数。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电参数测量设备，其中所述控制电路被配置为确定所述多个磁场传感器中的至少一个磁场传感器是饱和的，并且在确定所述被测试导体的所述电流参数时忽略所述多个磁场传感器中的所述至少一个磁场传感器。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电参数测量设备，其中所述控制电路被配置为从所述多个磁场传感器识别饱和磁场传感器，以及用使用来自定位成与所述饱和磁场传感器相邻的磁场传感器的传感器信号获得的内插传感器信号替换所述饱和磁场传感器的传感器信号。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的电参数测量设备，还包括：多个非接触式电压传感器，所述多个非接触式电压传感器操作地耦合到所述控制电路，其中所述控制电路至少部分地基于从所述多个非接触式电压传感器接收的传感器信号来确定所述被测试导体的所述物理位置。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的电参数测量设备，其中

所述控制电路被配置为至少部分地基于从所述多个非接触式电压传感器接收的传感器信号来确定所述被测试导体的电压参数；和/或

所述控制电路对所述多个磁场传感器中的每个磁场传感器应用唯一的校准因子；和/或

所述多个磁场传感器中的每个磁场传感器操作以确定由所述被测试导体产生的磁场的方向

13.一种操作电参数测量设备的方法，所述方法包括：

将被测试导体放置在所述电参数测量设备的支撑构件的开口中；

感测所述被测试导体的一个或多个电参数，其中所述感测包括使用多个磁场传感器，所述多个磁场传感器包括定位在距所述开口的中心第一径向距离处的第一组相等地间隔开的磁场传感器和定位在距所述开口的所述中心第二径向距离处的第二组相等地间隔开的磁场传感器，所述第二径向距离大于所述第一径向距离，并且所述第一组中的每个磁场传感器与所述第二组中的对应的磁场传感器径向对准；

从所述多个磁场传感器接收传感器信号；

确定所述被测试导体的物理位置，其中所述确定以机械方式或至少部分地基于所述传感器信号来执行；以及

至少部分地基于所感测的所述一个或多个电参数和所述物理位置来确定所述导体的电流参数。

14.根据权利要求13所述的方法，其中确定所述被测试导体的所述物理位置包括使用来自所述磁场传感器中的至少三个或恰好三个磁场传感器的传感器信号。

15.根据权利要求13和14中任一项所述的方法，其中确定所述导体的电流参数包括：至少部分地基于所述被测试导体的物理位置确定校准因子，以及应用所述校准因子以确定所述导体的电流参数。

16.一种非暂态计算机可读介质，在其上存储计算机程序，其中所述计算机程序在被处理器执行时实现包括以下各项的操作：

由设备感测被测试导体的一个或多个电参数；

至少部分地基于来自所述设备中的多个磁场传感器的与所述被测试导体相关的传感器信号来确定所述被测试导体相对于所述设备的物理位置；以及

至少部分地基于所述一个或多个电参数和所述被测试导体相对于所述设备的物理位置来计算所述导体的电流参数。

17.根据权利要求16所述的非暂态计算机可读介质，其中确定所述被测试导体相对于所述设备的物理位置至少部分地基于来自所述设备中的至少三个或恰好三个磁场传感器的与所述被测试导体相关的传感器信号。

18.根据权利要求16所述的非暂态计算机可读介质，其中所述确定包含使用所述设备中的三个或更多个磁场传感器的三角测量。

19.根据权利要求16所述的非暂态计算机可读介质，进一步包括确定所述磁场传感器中的至少一个磁场传感器由于所述被测试导体中的电流量而饱和。

20.根据权利要求19所述的非暂态计算机可读介质，进一步包括在确定所述被测试导体的所述电流参数时忽略所述多个磁场传感器中的饱和的所述至少一个磁场传感器。

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