用於非接觸電壓檢測器的系統測試的屏蔽天線的製作方法
2023-06-10 11:01:16
專利名稱：用於非接觸電壓檢測器的系統測試的屏蔽天線的製作方法
技術領域：
本公開的內容涉及非接觸電壓檢測器的系統測試。
背景技術：
非接觸電壓檢測器通常被用於檢測交流電(AC)電壓，通常是高電壓的存在，其無需和電路物理接觸。在檢測電壓時，使用者受徵兆提示，例如光，蜂鳴聲，或者振動的馬達。 和在各電極保持與電路物理接觸的兩極測試器相反，非接觸檢測器不能被受測電壓驅動， 因此需要電源(比如電池)向該檢測器供電。然而，如果電源被耗盡，或者內部電路斷開或者故障，則該指示器將不能開啟。在此種情況下，該非接觸檢測器可能對於正在被檢測的電路上的電壓呈現假陰性，可能讓使用者遭受嚴重損害。
發明內容
概述非接觸電壓檢測器配備有用於進行自檢的內部交流電壓發生器。該內部交流電壓被連接至天線屏蔽罩。當使用者按下測試按鈕，該內部交流電壓耦合至該天線，且該電壓檢測器電子設備驅動指示器，其提醒使用者該檢測器是有功能的。當該電壓檢測器開啟，而測試按鈕沒有被按下時，該內部交流電壓不開啟，且該天線屏蔽罩接地或者和直流(DC)電位連接。將該屏蔽罩接地或者連接至固定直流電位可防止該天線與雜散電場耦合。
附圖示意了屏蔽天線，非接觸電壓檢測器的系統和方法的實施例。這些實施例和附圖為說明性而非限制性。圖1描繪了常規的非接觸電壓檢測器的框圖。圖2描繪了已知的能進行部分自檢的非接觸電壓檢測器的框圖。圖3描繪了根據本文公開的一個實施方式的具有屏蔽天線的非接觸電壓檢測器的框圖。圖4描繪了流程圖，其顯示根據本文公開的一個實施方式的非接觸電壓檢測器的示範性自檢過程。圖5描繪了流程圖，其顯示了根據本文公開的一個實施方式用自檢式非接觸電壓檢測器檢測外部交流電壓的示範性過程。
具體實施方式
詳細說明以下說明和附圖是說明性的，且不可被解釋為限制性的。眾多細節為徹底了解本公開的內容而被描述。然而，在某些情況下，眾所周知的或者常規的細節沒有敘述，以免妨礙說明。不是為了進一步限制所公開內容的範圍，根據本發明實施方式的儀器，裝置，方法以及它們的相關結果的實施例被給出如下。此說明書中涉及的「一個實施方式」或者「實施方式」表示與該實施方式有關的特定特徵，結構，或者特性被包括於所公開的至少一個實施方式中。在說明書的各處出現的用語「在一個實施方式中」不一定全部指相同的實施方式， 也不一定是和其它實施方式互相排斥的分離或者備選實施方式。此外，還描述了各種特徵， 其可以被顯示於一些實施方式而不顯示於其它實施方式。類似地，描述了各種需求，其可能是一些實施方式的需求，但不是其它實施方式的需求。此說明書中使用的術語通常具有它們在本領域中，本公開內容的上下文中，以及各術語被使用的上下文中的普通意義。某些用於描述所公開內容的術語被討論於下文，或者說明書的別處，以向業界人士提供關於所公開內容的額外教導。此說明書的任何部分採用的例子，包括任何此處所討論的術語的例子，都僅僅是說明性的，而不是意欲對所公開內容或者任何示例術語的範圍和含義作進一步限定。同樣地，所公開內容不局限於此說明書給出的各種實施方式。以下介紹的用於本發明的術語應當以最寬的合理方式解釋，即使其正被用於本發明某些特定實例的詳細說明。某些詞語甚至可以被強調於下；然而，欲以任何限制的方式解釋的任何術語將被公開地，特定地在此詳細說明部分如此定義。非接觸電壓檢測器可以通過電容式連接受檢電路中的帶電電壓(live voltage) 檢測交流電(AC)電壓。電容器通常具有兩個被絕緣材料分隔的導體。當交流電壓被連接於這兩個導體時，將由於電子被該相對的導體上的電壓交替地吸引或者排斥而形成交流電流。當使用者採用非接觸電壓檢測器從通電電線檢測交流電壓時，該電壓檢測器中的導線和天線形成電容器的兩個導體，該電壓檢測器中覆蓋該天線的非傳導性末端成為隔離該兩個導體的絕緣材料。來自該導線的交流電壓耦合於該天線，並且該耦合信號可被用於觸發該電壓檢測器上的指示器。圖1顯示了常規的非接觸電壓檢測器101的框圖。標準的非接觸電壓檢測器可以檢測導線110上的帶電交流電壓。可以發現帶電交流電壓的場所的實例包括，但不限於，電插座內和配電板內。美國的電器系統運行於110-120伏特，而其它國家通常運行於220-240伏特。此外，在不同地區，插口具有不同的形狀，以適應不同的插頭形狀。該非接觸電壓檢測器具有錐形的非傳導性末端120，其被設計為適合特定類型的待測插金屬天線125的一端位於該非傳導性末端120的內部。天線125的另一端被耦合至定義的接地輸入阻抗130。該輸入阻抗130可以針對不同地區的不同插口電壓的敏感度進行變化調節。該非傳導性末端120中的金屬天線耦合至帶電導線110，且該耦合交流信號被發送至模塊140，其具有放大該信號的非常高的增益。該增幅的信號被發送至下一個框150， 其具有過濾器及其它電子器件。然後有終端放大器160，當該非接觸電壓檢測器檢測到外部交流電壓時，其驅動電路用於指示。該指示器可以是燈170或者其它指示器，如振動馬達。
電路元件140，150，160，和170由電源(如電池)驅動。然而，如果該電池失效或者電路斷開，則該電壓檢測器的指示器不會開啟。因此，當受檢測的插口或電路中存在外部交流電壓時，使用者用失靈的電壓檢測器檢測外部交流電壓將呈現假陰性，可能使該使用者有觸電的危險。一些非接觸電壓檢測器採用電池測試按鈕或者具有指示器的開啟開關顯示該單元何時可以檢測電壓。然而，如果電路被斷開，儘管電池有電，仍然會有從未經確認的帶電電壓觸電的危險。圖2顯示了非接觸電壓檢測器201的框圖，其能夠進行類似於標準電壓檢測器101 的部分自檢，天線225通過天線225尖端的非傳導性鞘220電容式耦合至導線210上的帶電交流電壓。該連接的交流信號被模塊240增幅，並被模塊250過濾。然後在外部交流電壓被耦合後，模塊260驅動指示器270的電路。非接觸電壓檢測器201還包括DC(直流)電壓脈動發生器250，其用於產生雙電壓脈衝，該雙電壓脈衝被平行於天線225通過輸入阻抗230送入傳感裝置的輸入端。該直流電壓發生器250可被用在該電壓檢測器201中對電子器件進行自檢，除了天線225以外。 當該電壓檢測器201被開啟時，發生器250自動開啟。模塊240提供直流電壓的高增益放大。模塊250過濾該直流電壓，然後模塊260放大該電壓，以驅動指示器。因為直流電壓產生雙脈衝序列，當該電壓檢測器201常態工作時，指示燈將發射相應的雙閃光。該直流發生器250可以被設計為產生任何區別性的脈衝序列。如果電池失效或者內部電路斷開，該指示器不會開啟。因此，在用該電壓檢測器201檢測外部交流電壓之前，使用者可以首先觀察該指示器，以確定該電壓檢測器201是否為常態功能狀態。模塊250中的電子器件可以包括微控制器或狀態機或其它硬-布線邏輯，以檢查模塊240的放大器的輸出是否符合發生器250產生的直流電壓形態。如果產生的直流電壓和檢測到的輸出之間存在差異，則關閉該直流電壓發生器250，該電壓檢測器僅僅檢測外部交流電壓，類似於標準電壓檢測器101。如果檢測到外部電壓，則該指示器270被放大器模塊260開啟。當該交流電壓的頻率非常高時，該指示燈對於人眼將顯示為連續開啟，由此區別於自檢結果的雙閃光指示。如果沒有外電壓被檢測到，如該電壓檢測器是有功能的，則該指示器270將進行如上所述的雙閃光。然而，由於相同的指示器被用於兩種狀態，使用者在區分自檢的指示器狀態和檢測外部交流電壓的指示器狀態時可能會變得困惑。因為脈動脈衝發生器250的位置平行於天線225，該電子器件不能檢測該天線225 中是否存在斷路。如果天線225中存在斷路，電壓檢測器201將不可檢測外部交流電壓，因為可出現的電容式連接極少以至沒有。於是該電壓檢測器201將不會開啟該指示器270，即使電壓是存在的，使用者也將認為沒有檢測到電壓。圖3所示的電壓檢測器301能夠進行完全自檢，包括檢測天線中的斷路。圖3顯示了根據本文公開的一個實施方式的具有屏蔽天線的非接觸電壓檢測器301的框圖300。該非接觸電壓檢測器301具有用於電容式耦合外部導線310中的交流電壓的金屬天線325。該金屬天線325的末端被套在非傳導性末端320內，而該天線的另一端耦合至該輸入放大器340。因為該非傳導性末端320應具有適應特定電器插口的適當形狀，該天線需要有至少幾釐米長度，以達到該第一放大器模塊340。超過該非傳導性末端320的天線長度可檢測並響應不是從目標插口或者待測導線發出的圍繞電場。例如，在三相電路插口中，如果三相之一被熔斷絲或者斷路器關閉，而另外兩相仍然帶電，則一些電場可能仍然存在，導致誤讀。因此，該天線長度可能在無意中耦合至雜散電場，導致電壓檢測器301讀數為假陽性。為了最小化天線325的長度與該天線附近的雜散電場電容式耦合的可能性，該天線325可以用屏蔽罩3 屏蔽，該屏蔽罩3 包圍沒有被非傳導性末端320包圍的天線325 的長度，並且覆蓋天線325直到輸入放大器340的大部分。該天線屏蔽罩3 不直接接地， 而是被耦合至內部交流電壓發生器350的輸出端，該內部交流電壓發生器350默認在該發生器關閉時具有地電位或者固定的直流電位。因此當該電壓檢測器301被用於測試未知的導線或者插口時，該天線屏蔽罩3 接地或者固定於直流電位，以防止雜散電場影響測量。該內部交流電壓發生器380還可被用於完全自檢該電壓檢測器301。當使用者按下並按住測試按鈕385時，電源390被耦合至發生器380，且該發生器380產生交流電壓。 因為該電壓為交流，並被耦合至天線屏蔽罩328，其可以電容式耦合至天線325。輸入放大器340即可檢測和放大該耦合的交流電壓。模塊350可以包括過濾器及其他電子器件。來自模塊350的輸出被發送至驅動指示器電路的放大器模塊360。該指示器170可以是燈或者任何其它指示器。電路元件340， 350,360,370,380由電源(未示出)(如電池)驅動。 在自檢模式中，如果該電壓檢測器301正確運行，包括電源仍能給電壓檢測器301 供電，以及該電路或者天線中是否存在斷路，當使用者按下測試按鈕時，指示器將發亮。在該外部交流電壓檢測模式中，當裝置301開啟但是測試按鈕未被激活時，該指示器只有在檢測到交流電壓時才發亮。應當了解，該指示器可以是任何類型的裝置，比如燈，聲源，振動馬達，或者任何它們的組合。天線屏蔽罩328由包裹該金屬天線325的至少一層絕緣層，以及包裹該絕緣層的導電層組成，其中該交流電壓發生器耦合至該導電層。任選地，其它層可以包裹該外部導電層。在一個實施方式中，該屏蔽罩3 可以是同軸電纜。該同軸電纜用第一電介質絕緣層包圍該天線325。金屬層則包裹該絕緣層，並且第二絕緣層包裹該金屬層。在一個實施方式中，屏蔽罩3 可以包括金屬片，其適當彎曲以圍繞天線325，該天線和該金屬片之間絕緣。在一個實施方式中，屏蔽罩3 可以包括多層印刷電路板(PCB)，其中該PCB可以是電壓檢測器301的電子器件所處的同一塊PCB。例如，可以使用兩層PCB，其中該PCB用金屬片覆蓋。然後該PCB和金屬包裹圍繞該天線325。在一個實施方式中，屏蔽罩3 可以包括多層PCB的一層或多層最外層，並且該天線325為該多層PCB的最內層。圖4描繪流程圖400，其示意了根據本文公開的一個實施方式的非接觸電壓檢測器的示範性的自檢過程。在判定模塊405，電壓檢測器等待系統自檢應當執行的信號。該電壓檢測器具有測試按鈕或者與其相當的開關，當被用戶按下時，即將內部交流電壓發生器耦合至天線325的屏蔽罩328。當該測試按鈕沒有被按下時，該天線325的屏蔽罩3 接地或者被固定於直流電位。如果該電壓檢測器沒有接收到自檢信號(模塊405-否)，則該系統保持在判定模塊405。如果該電壓檢測器接收到自檢該系統的信號(模塊405-是)，則在模塊410，該電壓檢測器用該內部交流發電機產生交流電壓。然後在模塊415，該電壓檢測器電路響應該耦合的交流電壓。在判定模塊420，該電壓檢測器測定該系統是否通過自檢。如果電路為正常運行並且電源足以向該電壓檢測器供電，則該系統通過自檢。如果該電壓檢測器中存在故障，比如電池耗盡，天線斷開，或者電路斷開，則系統不通過自檢。如果系統不通過自檢(模塊420-否)，則在模塊425該電壓檢測器指示測試故障， 並且該進程返回判定模塊405。自檢的故障指示可以包括，但不限於，燈不發亮，或者蜂鳴器不響。如果該系統通過自檢(模塊420-是)，則在模塊430該電壓檢測器指示該系統通過自檢。該系統通過自檢的指示可以包括，但不限於，光電二極體或其它發光體發光，或者蜂鳴器發聲。進程返回判定模塊405。圖5描繪流程圖500，其示意了根據本文公開的一個實施方式用自檢式非接觸電壓檢測器檢測外部交流電壓的示範性進程。在判定模塊510，該電壓檢測器判斷該內部交流電壓發生器是否關閉。如果該內部交流電壓發生器為開啟(模塊510-否)，則該電壓檢測器保持在判定模塊510。如果該內部交流電壓發生器為關閉(模塊510-是)，則該電壓檢測器在判定模塊 520測定外部交流電壓的存在。如果沒有外部交流電壓被檢測到(模塊520-否)，則該電壓檢測器在模塊540指示不存在外部交流電壓。缺乏外部交流電壓的指示可以包括，但不限於，燈不發光或者蜂鳴器不發聲。然後該進程返回判定模塊510。如果該電壓檢測器檢測到外部交流電壓存在(模塊520-是)，則該電壓檢測器在模塊530作出適當的指示。存在外部交流電壓的指示可以包括，但不限於，光電二極體發光或者蜂鳴器發聲。然後該進程返回判定模塊510。除非上下文明確要求，在本說明書和權利要求全文中，詞語「包括」或者類似用詞應解釋為包含的意義，和排他或窮盡的意義相反；亦即「包括而不限於」之意。在此應用時， 術語「連接的」，「耦合」，或者其任何變體表示兩個或兩個以上元件之間直接或者間接的連接或者耦合。這些元件之間的耦合或者連接可以是物理的，邏輯的，或者它們的組合。另外，詞語「此處」，「以上」，「以下」，以及有類似含義的詞語被用於本專利申請時，應指本申請的整體而不是此申請的任何特定部分。如果上下文容許，上述詳細說明中使用單數或者複數的單詞也可以分別包括複數或者單數。與兩個或兩個以上項目的列舉有關的詞語「或者」 覆蓋所有以下該詞語的解釋任何該列舉中的項目，全部該列舉中的項目，以及任何該列舉中的項目組合。以上所公開的實施方式的詳細說明不是為了窮盡所教導的內容或者將其限定至以上公開的精確形式。相關技術人員將了解，雖然為了說明性目的而將所公開的具體實施方式
和具體實施例描述如上，在本發明範圍內各種等價改進均是合理的。例如，雖然進程或者程序在此申請中為給定次序，其它實施方式也可以實現具有不同步驟次序的方法，或者採用具有不同程序次序的系統。一些進程或者程序可以被刪除，移動，增加，再分，結合，和/ 或修改，以提供其它組合或者子組合。每一個這些步驟或者程序均可以用各種不同方式加以實現。此外，雖然進程或者程序被多次顯示為被串聯執行，也可以替代性地將這些進程或者程序並聯執行或者在不同時期執行。此處進一步記錄的任何具體數字僅僅是實施例。其它設備可以採用不同值或者範圍。此處提供的公開內容的教導可以被用於其它系統，而不一定是上述的系統。上述的各種實施方式的要素和行為可以被合併，以提供進一步的實施方式。
雖然上述說明描述了所公開內容的某些實施方式，並描述了預期的最佳方式，但無論上述內容在文中顯得如何具體，此類教導都可以在許多方面加以實施。在實施細節上， 系統的細節可以極大地變化，而仍然被此處公開的主題包括在內。如上所述，當描述本發明的某些特徵或者方面時，所使用的特定術語不應被認為表示該術語在此處被再定義，以將其限定為該術語相關的任何本發明的特定特性，特徵，方面。通常，以下權利要求中所採用的術語不應當被解釋為將本發明限定至說明書中公開的特定實施例，除非上述詳細說明部分明確定義了此種術語。相應地，本發明的實際範圍不僅包括所公開的實施例，還包括權利要求之下實現或者實施本發明的全部等價方式。
權利要求
1.一種具有內部交流電壓源的自供電非接觸電壓檢測器，其中該自供電非接觸電壓檢測器被設置為自檢若干部分該非接觸電壓檢測器。
2.如權利要求1所述的自供電非接觸電壓檢測器，其中所述部分包括，設置為檢測外部交流電壓的天線；內部交流電壓源；電源；耦合至該天線的電路。
3.如權利要求1所述的自供電非接觸電壓檢測器，其中該天線在遠端具有非傳導性的鞘，該內部交流電壓源被耦合至該天線的屏蔽罩，並且該交流電壓源產生的交流脈衝通過該屏蔽罩耦合至該天線。
4.如權利要求3所述的自供電非接觸電壓檢測器，其中該屏蔽罩是傳導性的，並且其減少雜散的外部電場與該天線的電容性耦合。
5.如權利要求3所述的自供電非接觸電壓檢測器，其中該屏蔽罩位於該非傳導性鞘和耦合至該天線的電路之間。
6.一種非接觸電壓檢測器，包括天線，其被設置為電容式耦合至交流電壓；內部交流電壓源，其被設置為在被開啟時產生交流電壓脈衝以耦合至該天線，並且在被關閉時具有地電位或者直流電位；開關，其被設置為由用戶激活以對該非接觸電壓檢測器進行自檢，其中該開關的激活開啟該內部交流電壓源，並且該開關的去激活關閉該內部交流電壓源；天線，其被設置為用指示器指示該開關被激活時的第一狀態，以及開關被去激活時外部交流電壓的存在的第二狀態；和電源，其被設置為向該內部交流電壓源和該指示器供電。
7.如權利要求6所述的非接觸電壓檢測器，進一步包括用於該天線的屏蔽罩，其被設置為最小化雜散的外部電場與該天線的耦合，其中該屏蔽罩包括多層印刷電路板的一個或多個外層，並且該天線為該多層印刷電路板的最內層，進一步地，其中該內部交流電壓源被耦合至用於該天線的屏蔽罩，並且該交流電壓源產生的交流脈衝通過該屏蔽罩耦合至該天線。
8.如權利要求6所述的非接觸電壓檢測器，還包括用於該天線的屏蔽罩，其被設置為最小化雜散的外部電場與該天線的連接，其中該天線在遠端具有非傳導性的鞘，該內部交流電壓源被耦合至該天線的屏蔽罩，並且該交流電壓源產生的交流脈衝通過該屏蔽罩耦合至該天線。
9.如權利要求8所述的非接觸電壓檢測器，其中該屏蔽罩包括包裹圍繞該天線的絕緣層，以及包裹圍繞該絕緣層的導電層。
10.如權利要求8所述的非接觸電壓檢測器，其中該屏蔽罩包括同軸電纜。
11.如權利要求8所述的非接觸電壓檢測器，其中該屏蔽罩包括包裹圍繞該天線的用金屬片覆蓋的印刷電路板。
12.一種非接觸電壓檢測器，包括天線，其被設置為電容式耦合至交流電壓；內部交流電壓源，其被設置為在被開啟時產生交流電壓脈衝以耦合至該天線，並且在被關閉時具有地電位或者直流電位；開關裝置，其被設置為由用戶激活以對該非接觸電壓檢測器進行自檢，其中該開關裝置的激活開啟該內部交流電壓源，並且該開關的去激活關閉該內部交流電壓源；指示裝置，其被設置為，當該開關裝置被激活時指示自檢的第一狀態，當該開關裝置被去激活時指示外部交流電壓存在的第二狀態；和供電裝置，其被設置為向該內部交流電壓源和該指示裝置供電。
13.如權利要求12所述的非接觸電壓檢測器，進一步包括用於屏蔽該天線的裝置，其被設置為最小化雜散的外部電場與該天線的耦合，其中該屏蔽裝置包括多層印刷電路板的一個或多個外層，並且該天線為該多層印刷電路板的最內層，進一步地，其中該內部交流電壓源被耦合至該天線的屏蔽裝置，並且該交流電壓源產生的交流脈衝通過該屏蔽罩耦合至該天線。
14.如權利要求12所述的非接觸電壓檢測器，還包括用於屏蔽該天線的裝置，其被設置為最小化雜散的外部電場與該天線的連接，其中該天線在遠端具有非傳導性的鞘，該內部交流電壓源被耦合至該天線的屏蔽裝置，並且該交流電壓源產生的交流脈衝通過該屏蔽裝置耦合至該天線。
15.如權利要求14所述的非接觸電壓檢測器，其中該屏蔽裝置包括包裹圍繞該天線的絕緣層，以及包裹圍繞該絕緣層的導電層。
16.如權利要求14所述的非接觸電壓檢測器，其中該屏蔽裝置包括同軸電纜。
17.如權利要求14所述的非接觸電壓檢測器，其中該屏蔽裝置包括包裹圍繞該天線的用金屬片覆蓋的印刷電路板。
18.—種自檢非接觸電壓檢測器的方法，包括接收用戶輸入以對非接觸電壓檢測器進行自檢；開啟內部交流電壓發生器，其中該交流電壓發生器被耦合至該非接觸電壓檢測器的天線的屏蔽罩；和驅動指示電路以提供該非接觸電壓檢測器是否具有功能的指示。
19.如權利要求18所述的方法，還包括在不再收到自檢輸入時關閉該內部交流電壓發生器，其中該交流電壓發生器在關閉狀態具有地電位或者直流電位，並保持與該天線的屏蔽罩耦合；通過該天線的遠端耦合任何外部交流電壓；和驅動該指示電路以提供任何外部交流電壓是否存在的指示。
20.如權利要求19所述的方法，其中該天線的遠端具有非傳導性的鞘，且該屏蔽罩是傳導性的。
全文摘要
公開了在非接觸電壓檢測器上進行完全的系統測試，而同時從雜散電場屏蔽該電壓檢測器天線的系統和方法。當使用者運行自檢時，交流電發生器通過天線屏蔽罩電容式耦合至該天線，以檢測該天線中的任何斷路。該耦合信號被該電壓檢測器的電子器件增幅和過濾，並且如果該電壓檢測器為完全可操作狀態，則觸發指示器。
文檔編號G01N27/72GK102177433SQ201080002146
公開日2011年9月7日 申請日期2010年6月3日 優先權日2009年6月3日
發明者克勞斯·俄威斯利格, 盧茨·瑞德赫斯, 阿明·貝拉爾 申請人:福祿克公司