CN1260880A - 指示一个交流电压的方法和仪器 - Google Patents

Abstract

本发明与一个安放在一个带电导体附近的交流电压指示器有关。指示是根据检测围绕一个带电导体的一个电场做出的。为了使一个调谐到这个交流电压的频率的谐振电路(200)进入谐振状态,电容性(100)地从一个交流电场中取得能量。这个谐振电路(200)的电压被放大(300)并且被转换成一个通/断型(400)的信号,以指示一个交流电压的存在。根据本发明的指示器在电气上是安全的,并且不管这个交流电压源在这一个特定的点上是否有负载也能指示一个交流电压的存在。

Description

指示一个交流电压的方法和仪器

本发明涉及一个指示一个交流电压的方法，主要是指示如在权利要求1的前序部分所限定的在带电导体上的电压。本方法可以得到关于一个交流电压，例如供给一个仪器的电源电压，是否接上的信息，而不接触带电导体，而且也不受仪器造成的负载所影响。本发明还涉及指示如在权利要求2的前序部分所限定的在带电导体上的电压的一个仪器。

从现有的技术知道指示特别是电业电源电压的仪器。它们的工作是根据下列的原理之中的一条：

1用一个线圈放在被测的导体附近，感应性地检测一条导体。

2对被测导体做电流(Galvanic)耦合。

原理1得到紧凑而安全的指示器。然而这些指示器的缺点是只有当这个导体中有电流流过时才指示电压。如果这个交流电压是空载的，没有电流，因此也没有磁场，结果使这些仪器不正确地指示出没有电压存在。

原理2得到的仪器在有载和无载的情况下都正确地指示一个交流电压的存在。然而它们的缺点是对带电的导体做出电流耦合是要冒安全风险的。而且，遇到要拨开导线或要拔出套子的情况，这些仪器的按装也有困难。要达到电器安全规定的要求，一个仪器的生产和安装费是相当高的。

本发明的一个目标首先是要消除上面提到的缺点。根据本发明的方法的特征在权利要求1中说明。根据本发明的仪器的特征在权利要求2中说明。

本方法的基本思想如下：一个被检测导电体是被电容性地检测的。一个带电导体的交流电场使一对金属板充电，这对板被用作传感器而且具有一个小的电容。与这对板并联的是一个调谐到接近电源频率(mains frequency)的谐振器，从这对板来的能量使这个谐振器振荡。振荡能量远高于这对板的电场中存在的能量。如果附近有其他频率的电场，对那些电场不会发生类似的放大。然后谐振器的信号被进一步放大和整形，使它具有两种状况(通/断)。“通”状态表示存在一个交流电压，“断”状态表示不存在交流电压。

本发明的一个优点是不管是否有电流流过这些导体，都能指示一个交流电压。不管有无电流，都有一个电场围绕这些导体。本发明还有一个优点是因为不需要对带电部分做电流(galvanic)连接，所以指示器是安全的。

本发明在一个这样的系统中显得优越，该系统中的一个设施的工作电压是一个直流电压，此电压是由电源交流电压供应的交直流电源产生的。如果直流电压消失了，除非用附助的器械，人们不能立刻知道是什么原因。原因可能是比如这些仪器的供电被短路，交直流电源的稳压器故障，交直流电源的保险丝被烧断，或者没有电源电压。如果是后者，一个电源电压值指示器就会立刻揭示出来。如果该系统有一个备份电源，这个指示器也可以自动地把备份电源接通。

现在把本发明更详细的说明。参阅这里的附图

图1是一个根据本发明的交流电压指示器的框图，

图2说明根据本发明电容性检测一个交流电压的原理，

图3表示这个指示器的一个示范性的电路图，

图4a表示这个传感器用一个印刷电路板上的金属箔图样做示范性的实现，

图4b表示一个适合于根据图4a的指示器的电源套子，

图5表示安装这个指示器的另一个例子。

图1表示一个电容传感器100，当这个传感器放在一个交流电场中时，就使一个谐振器200按照交流电压的频率振荡。这个谐振器连接到一个处理电路500。处理电路包含一个放大器300和一个探测电路400。谐振器200的交流电压被放大器300放大。这个被放大的电压在探测电路400中被转换成一个通/断型的直流电压，已指示一个交流电压的存在或不存在。

图2表示交流线路的导体98，97，从端点看到这些导体的横断面。一些细小的导电板，或电极101和102放在这些导体附近。当线路上有电压存在时，它的周围就有一个电通量。在电极101和102之间的一部分电通量99，作为传感部件，使电极之间产生一个低电压。因为线路电压是一个交流电压，板间的电压也是一个同样频率的交流电压。这个电路还包含一个有一个电感部件L和一个电容部件C的并联谐振器200。电极101连接到这个谐振器200的上端而电极102就连接到它的下端。这对电极板上的电压作用于谐振器200，使谐振器振荡。

这个谐振器200是一个并联谐振电路。为了根据本发明的结构使振荡的振幅足够大，谐振器的损耗必须小，另一方面，它的电抗必须大。后面一个要求意味要小电容和高电感。在一个小的空间内只能用有源电路可以实现高电感。在图3的例中，使用包含运算放大器A1和A2组成的回转器(gyrator)电路201产生电感201。这个电感L的数值是元件R2，R3和C1值的乘积。如果R2和R3是332kΩ，C1是1μF，电感值是110kH。如果这个谐振电容C2是80pF，谐振频率就是54Hz，很接近电源的频率50Hz。如果附近一个交流电场被指向这个传感器100，这个场的频率和电源频率不同，谐振器不起作用。只有相应于电源频率的频率才被接受进行后续的处理。跨接这个谐振电路的二极管D1和D2是用于保护的。振荡的振幅相当小，以致这些二极管不影响基本的操作。

在图3中用一个运算放大器A8使这个谐振器200的低端的电压固定在零电平。设U1表示谐振器200的高压端的交流电压。运算放大器A3的电路产生电压U1作为被放大的电压，运算放大器A4的电路产生电压U1作为和电路A3几乎同样的倍数的放大但相位相反。因此U3≈-U2。运算放大器A5的电路理论上在低频产生电压U4＝2·(R10/R8)·U2。在这种情况下选择元件的数值，要求在50Hz频率下得到的放大幅度使U4被削波，即U4是一个被限于工作电压为±7.5V的方波。

一个高通滤波器C7，R12把上述方波的平均电平降低并使它的波形圆整。其结果是电压U5。运算放大器A6的电路向电容C8充电从而使电压U6上升到U5的高电平，即略低于零。由于R14·C8的时间常数高，使U5处于较低的状态，电压U₆保持原状。如果被检测的交流电压消失，电压U5的波形也消失，电压U6通过一个电阻R14稳定在-7.5V。

电压U6由一个放大器A7引到一个比较器。这个比较器给出整个指示器的输出电压U7，它们的电平大约是+6.5V(通)和-6.5V(断)。为了阻止在电源电压过渡状态时电压U7不必要的变动，在电压U6的起伏范围的中点附近有一个滞后(hysteresis)。

图4a表示一个实现传感器100的例子。这个传感器在一片印刷电路板上制成。直接在一片印刷电路板上做出形成交流电场的传感电极101，102的导电面S1，S2。

图4b表示根据本发明的指示器安放的一个例子。图中可以看到一个电源电压套子41局部切开的侧视图和带保护橡皮的电源线42。套子中可以看到一条电源电压线43和一个电源电压触点44。图4a中的印刷电路板45放在这个套子41里面。另一条导线46连接到这个电路板来给这个指示器供电并取出指示的结果。

图5表示根据本发明的指示器安放的另一个例子。图中可以看到一个矩形电源电压套子51和电源电压线52，由电源供电的装置59和交流电压指示器55。在这个情况中，指示器55放在电源电压套子的外面，夹在上述套子和装置59之间。

上面说明一个指示一个电源电压的线路的例子和实际实现的例子。本发明不限于这里说明的实施例，也不限于指示一个电源电压。本发明同样的思想适用于所有要求得到了解关于一个周期交变的电压的存在的情况。

Claims (6)

1一个指示电导体中的一个交流电压的方法，特征在于，在这些导体(97，98)附近的一个电场是由与上述导体电容性耦合的电极(101，102)所检测，在一个电场中的电极之间产生的电压被引到一个谐振电路(200)，为了产生振荡，这个谐振电路被调谐到基本是这个交流电压的频率上，并且这个谐振电路的电压被处理，以产生指示上述交流电压存在的信号。

2一个指示一个交流电压的仪器，特征在于，它包含

-电极(101和102)用来电容性地检测围绕上述导体的一个电场，

-一个谐振电路(200)，连接电极(101，102)连接到该谐振电路，这个谐振电路被调谐到基本是这个交流电压的频率上，以便有电场存在时产生振荡，和

-一个处理电路(500)把谐振电路得到的电压整形从而指示所述交流电压。

3.如权利要求2所述的仪器，特征在于电极是由安排在一片电路板(45)上的导电面(S1，S2)形成的。

4.如权利要求2或3所述的仪器，特征在于这个谐振电路(200)的电感(L)是由一个有源电路(201)形成的。

5.如权利要求2到4中的任一项所述的仪器，特征在于上述处理电路(500)包含一个高阻抗差分放大器(300)。

6.如权利要求2到4中的任一项所述的仪器，特征在于上述处理电路(500)包含一个电路(400)，这个电路检测一个具有大振幅的交流电压。

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