JP7182510B2 - 振動センサを有する非接触dc電圧測定装置 - Google Patents
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Description
[発明が解決しようとする課題]
式中、(IO)は、導体122内のDC電圧(VDC)及び機械的発振により導電センサ126を通るAC信号電流であり、(IR)は、AC基準電圧(VR)により導電センサ126を通る基準電流であり、(fO)は、センサ126の発振周波数であり、(fR)は、AC基準電圧(VR)の周波数である。導体122のDC電圧(VDC)は、式(1a)及び(1b)で下に示されるように、式(1)からの(VAC)に一定係数kを乗算することによって算出することができる。
式中、k1は、比例定数である。定数k1は、導電センサ126の物理的特性、試験中の絶縁導体106の物理的特性、又は測定中の導電センサと絶縁導体との間の空間の物理的特性、のうちの少なくとも1つに依存し得る。例えば、定数k1は、導電センサ126の特定の形状、導電センサの面積、導電センサと試験中の絶縁導体との間の容積の誘電率などに依存し得る。
式中k2は、1/k1に等しい比例定数である。時間的に変動する容量(ΔC/Δt)は、機械的発振振幅に依存し、これは、導電センサ126が振動するときの、導電センサ126と絶縁導体106との間の分離距離(d)の周期的な変化を決定する。時間的に変動する容量(ΔC/Δt)はまた、導電センサ126の機械的発振周波数(fO)にも依存する。
式中、Qは、平行板の電荷であり、Vは、コンデンサにかかる電圧であり、(ε)は、コンデンサの誘電率であり、(A)は、平行板の面積であり、(d)は、2つのプレート間の距離である。更に、コンデンサ内を流れる電流(IO)は、下の式(5)によって定義することができる。
次いで、式(5)を再配設して、信号電流、機械的発振振幅、及び機械的発振周波数の関数として、コンデンサにかかる電圧(V)を決定することができる。導体とセンサとの間の距離(d)が既知である場合に、式(6)を解くことができる。しかしながら、距離(d)は、既知でない場合があり、したがって、式(1a)及び(1b)(1)において上で提示されたように、結合容量(CO)から独立して式を解くために、基準信号が必要であり得る。
Claims (23)
- 絶縁導体内の直流(DC)電圧を測定する装置であって、前記装置が、
前記絶縁導体にガルバニック接触することなく、前記絶縁導体に近接して選択的に位置決め可能な導電センサと、
前記導電センサからガルバニック絶縁される導電内部接地ガードと、
前記内部接地ガードからガルバニック絶縁される導電基準遮蔽体と、
前記導電センサに動作的に結合された機械的発振器であって、前記導電センサと前記絶縁導体との間の距離が変動するように、前記機械的発振器が、動作中に、前記機械的発振に従って前記導電センサを機械的に発振させる、機械的発振器と、
動作中に、交流(AC)基準電圧を生成する、コモンモード基準電圧源であって、前記コモンモード基準電圧源が、前記内部接地ガードと前記導電基準遮蔽体との間で電気的に結合される、コモンモード基準電圧源と、
前記導電センサに電気的に結合されたセンサ信号測定サブシステムであって、前記センサ信号測定サブシステムが、動作中に、前記導電センサを通して伝導される電流を示すセンサ電流信号を生成する、センサ信号測定サブシステムと、
前記センサ信号測定サブシステムに通信的に結合された制御回路であって、動作中に、前記制御回路が、
前記センサ信号測定サブシステムから前記センサ電流信号を受信し、また、
前記センサ電流信号に少なくとも部分的に基づいて、前記絶縁導体内の前記DC電圧を決定する、制御回路と、を備える、装置。 - 前記制御回路が、前記センサ電流信号、前記機械的発振器の機械的発振周波数、前記AC基準電圧、及び前記AC基準電圧の基準周波数に少なくとも部分的に基づいて、前記絶縁導体内の前記DC電圧を決定する、請求項1に記載の装置。
- 前記機械的発振器が、ピエゾ効果機械的発振器を備える、請求項1に記載の装置。
- 前記機械的発振器が、微小電気機械(MEMS)的な機械的発振器を備える、請求項1に記載の装置。
- 前記制御回路が、動作中に、
前記センサ電流信号をデジタル信号に変換し、
前記デジタル信号を処理して、前記センサ電流信号の周波数領域表現を取得する、請求項1に記載の装置。 - 前記制御回路が、前記センサ電流信号の前記周波数領域表現を取得するために、高速フーリエ変換(FFT)を実装する、請求項5に記載の装置。
- 前記コモンモード基準電圧源が、前記制御回路によって実装された前記FFTのウインドウによって同相で前記AC基準電圧を生成する、請求項6に記載の装置。
- 前記制御回路が、前記センサ電流信号をフィルタリングする、少なくとも1つの電子フィルタを備える、請求項1に記載の装置。
- 前記制御回路が、前記センサ電流信号を処理して、絶縁導体電流成分及び基準電流成分を決定し、前記絶縁導体電流成分が、前記絶縁導体内の前記電圧により前記導電センサを通して伝導される前記電流を示し、前記基準電流成分が、前記コモンモード基準電圧源の前記電圧により前記導電センサを通して伝導される前記電流を示す、請求項1に記載の装置。
- 前記制御回路が、前記センサ電流信号の前記絶縁導体電流成分の周波数を決定する、請求項9に記載の装置。
- 動作中に、前記センサ信号測定サブシステムが、前記導電センサから入力電流を受信し、前記センサ電流信号は、前記導電センサから受信した前記入力電流を示す電圧信号を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記センサ信号測定サブシステムが、電流-電圧変換器として動作する、演算増幅器を備える、請求項1に記載の装置。
- 絶縁導体内の直流(DC)電圧を測定するために装置を動作させる方法であって、前記装置が、前記導体にガルバニック接触することなく、絶縁導体に近接して選択的に位置決め可能である導電センサと、前記導電センサを少なくとも部分的に取り囲み、前記導電センサからガルバニック絶縁される導電内部接地ガードと、前記内部接地ガードからガルバニック絶縁される導電基準遮蔽体と、を備え、前記方法が、
前記導電センサと前記絶縁導体との間の距離が変動するように、前記導電センサの機械的発振に従って前記導電センサを機械的に発振させることと、
コモンモード基準電圧源に、交流(AC)基準電圧を生成させることであって、前記コモンモード基準電圧源が、前記内部接地ガードと前記導電基準遮蔽体との間に電気的に結合される、生成させることと、
センサ信号測定サブシステムによって、前記導電センサを通して伝導される電流を示すセンサ電流信号を生成することと、
制御回路によって、前記センサ信号測定サブシステムから前記センサ電流信号を受信することと、
前記制御回路によって、前記センサ電流信号に少なくとも部分的に基づいて、前記絶縁導体内の前記DC電圧を決定することと、を含む、方法。 - 前記センサ電流信号を生成することが、
前記導電センサから入力電流を受信することと、
前記導電センサから受信した前記入力電流を示す電圧信号を生成することと、を含む、請求項13に記載の方法。 - 前記センサ電流信号が、電流-電圧変換器として動作する動作増幅器を利用して生成される、請求項13に記載の方法。
- 前記導電センサを機械的に発振させることが、ピエゾ効果機械的発振器を使用して前記導電センサを機械的に発振させることを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記導電センサを機械的に発振させることが、微小電気機械(MEMS)的な機械的発振器を使用して前記導電センサを機械的に発振させることを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記絶縁導体内の前記DC電圧を決定することが、
少なくとも1つのプロセッサによって、前記センサ電流信号をデジタル信号に変換することと、
少なくとも1つのプロセッサによって、前記デジタル信号を処理して、前記センサ電流信号の周波数領域表現を取得することと、を含む、請求項13に記載の方法。 - 前記デジタル信号を処理することが、前記センサ電流信号の前記周波数領域表現を取得するために、高速フーリエ変換(FFT)を実装することを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記絶縁導体内の前記DC電圧を決定することが、前記センサ電流信号を電子的にフィルタリングすることを含む、請求項13に記載の方法。
- 絶縁導体内の直流(DC)電圧を測定する装置であって、前記装置が、
前記絶縁導体にガルバニック接触することなく、前記絶縁導体に近接して選択的に位置決め可能な導電センサと、
前記導電センサに動作的に結合された機械的発振器であって、前記機械的発振器が、動作中に、前記導電センサを機械的に発振させて、時間に関して前記導電センサと前記絶縁導体との間で容量を変動させる、機械的発振器と、
前記導電センサからガルバニック絶縁される導電内部接地ガードと、
前記内部接地ガードからガルバニック絶縁される導電基準遮蔽体と、
動作中に、交流(AC)基準電圧を生成する、コモンモード基準電圧源であって、前記コモンモード基準電圧源が、前記内部接地ガードと前記導電基準遮蔽体との間で電気的に結合される、コモンモード基準電圧源と、
前記導電センサに電気的に結合されたセンサ信号測定サブシステムであって、前記センサ信号測定サブシステムが、動作中に、前記導電センサを通して伝導される電流を示すセンサ電流信号を生成する、センサ信号測定サブシステムと、
前記センサ信号測定サブシステムに通信的に結合された制御回路であって、動作中に、前記制御回路が、
前記センサ信号測定サブシステムから前記センサ電流信号を受信し、また、
前記センサ電流信号に少なくとも部分的に基づいて、前記絶縁導体内の前記DC電圧を決定する、制御回路と、を備える、装置。 - 動作中に、前記制御回路が、前記センサ電流信号に基づいて、及び時間に関する前記導電センサと前記絶縁導体との間の前記容量の前記変動に基づいて、前記絶縁導体内の前記DC電圧を決定する、請求項21に記載の装置。
- 前記機械的発振器が、ピエゾ効果機械的発振器又は微小電気機械(MEMS)的な機械的発振器のうちの少なくとも1つを備える、請求項21に記載の装置。
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