非接触电压测量装置的制造方法
【专利摘要】在非接触电压测量传感器(1)中，检测探头(11)由板簧构成，通过施加外力，以向上述板簧的张力作用的方向卷曲的方式变形。
【专利说明】
非接触电压测量装置
技术领域
[0001] 本发明设及电压测量装置，尤其设及W与导线不接触的方式来测量施加于所述导 线上的电压的非接触电压测量装置。
【背景技术】
[0002] W往，已知具有如下非接触电压测量装置，该非接触电压测量装置W与导线接触 的方式来测量在由绝缘包覆部包覆的导线上流动的交流电压(测量对象电压）。
[0003] 非接触电压测量装置通过W下方式来测量测量对象电压。首先，用于检测电压的 检测探头接近导线的绝缘包覆部。当绝缘包覆部和检测探头接近时，在检测探头和导线之 间产生禪合电容。在检测探头和导线之间产生禪合电容的状态下，若交流电在导线上流动， 则在检测探头上产生感应电压。利用该感应电压的电压值和禪合电容的静电容量值来导出 测量对象电压。
[0004] 作为非接触电压测量装置的一例，专利文献1中公开了具有由柔性材料包覆的检 测探头的非接触电压检测装置。由于检测探头具有柔性，因此，用户通过将检测探头缠绕在 电线的绝缘包覆部上，能够使电线与检测探头的密接性提高，并且能够扩大两者的接触面 积。由此，检测探头与电线内的忍线之间产生的禪合电容变大，另外，能够抑制禪合电容的 变动(不规则）。因此，利用绝对值大且变动小的禪合电容，能够准确地测量测量对象电压。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:日本公开专利公报"日本特开2012-163394号公报(2012年8月30日公 开r
【发明内容】
[000引发明要解决的问题
[0009] 然而，在专利文献1公开的非接触电压检测装置中，用户需要进行W下方式的手动 操作，即，一边对检测探头的位置或形状进行调节，一边将检测探头缠绕在绝缘包覆的周 围。该手动操作存在耗力及耗时的问题。另外，当用户将非接触电压检测装置的电压表安装 在电缆上时，存在因与所述电缆接触而被电击的可能性。
[0010] 本发明鉴于所述问题而提出，其目的在于，提供一种非接触电压测量装置，不需要 手动操作将检测探头缠绕在被绝缘包覆的导线上，W使在检测探头和导线之间产生的禪合 电容增大，从而能够准确地测量施加于导线的测量对象电压。
[00川解决问题的手段
[0012]为了解决所述问题，本发明的一个实施方式的非接触电压测量装置，具有在缠绕 于导线的状态下检测电压的检测探头，当使所述检测探头W不接触的方式接近所述导线W 使在所述检测探头和所述导线之间产生禪合电容时，基于在所述检测探头上产生的感应电 压，来测量施加于所述导线的测量对象电压，其中，所述检测探头在W下两种状态之间弹性 变形，即，违背作用于所述检测探头的张力向所述检测探头的长度方向延伸的第一状态和 向所述张力作用的方向卷曲的第二状态。
[0013] 根据所述结构，检测探头在W下两种状态之间弹性变形，即，向张力作用的方向卷 曲的第二状态和违背所述张力来延伸的第一状态。因此，检测探头W导线的周向与张力的 作用方向平行的方式来与导线接触，在该接触状态下，在所述检测探头从第一状态弹性变 形为第二状态的情况下，通过向张力作用的方向卷曲，从而缠绕在导线的周围。
[0014] 因此，为了在检测探头和导线之间产生禪合电容，而不需要将检测探头缠绕在导 线的周围的手动操作。因此，能够减少因手动操作的耗时及耗力。而且，当用户将非接触电 压检测装置安装在导线上时，不与所述导线接触，因此，不存在被电击的可能性，从而能够 安全地将非接触电压检测装置安装在导线上。
[0015] 而且，通过检测探头缠绕在导线的周围，使得检测探头和导线之间产生的禪合电 容增大，因此，能够更加精确地测量施加于导线的测量对象电压。
[0016] 发明效果
[0017] 根据本发明，不需要手动操作将检测套头缠绕在被绝缘包覆的导线上，W使检测 探头和导线之间产生的禪合电容增大，从而能够更加高精度地测量施加于导线上的测量对 象电压。
【附图说明】
[0018] 图1是示意性地示出本发明的一个实施方式的非接触电压测量传感器的外观的俯 视图，是示出弯曲状态的检测探头的图。
[0019] 图2是示意性地示出本发明的一个实施方式的非接触电压测量传感器的外观的立 体图。
[0020] 图3是示意性地示出本发明的一个实施方式的非接触电压测量传感器的结构的 图，是示出具有所述传感器的电路的图。
[0021] 图4是示意性地示出具有作用于面的上下方向上的张力的铜板黃的图。
[0022] 图5是示出禪合电容和测量对象电压之间关系的另一图，是示出禪合电容的静电 容量值与测量对象电压的绝对值的2次微分之间的关系的图表的图。
[0023] 图6是示出本发明的一个实施方式的非接触电压测量传感器的外观的另一俯视 图，是示出弯曲被消除的状态的检测探头的图。
[0024] 图7是示出本发明的一个实施方式的非接触电压测量传感器的检测探头缠绕在测 量对象配线的周围的例子的图。
【具体实施方式】
[0025] W下，参照图1~图7来详细说明本发明的实施方式。
[0026] (非接触电压测量传感器1的结构）
[0027] 参照图1~图3来说明非接触电压测量传感器1(非接触电压测量装置)的结构。图1 是示意性地示出非接触电压测量传感器1的外观的俯视图。图2是示意性地示出非接触电压 测量传感器1的外观的立体图。另外，图3是示意性地示出非接触电压测量传感器1的结构的 图，并且是示出具有非接触电压测量传感器1的电路EC的图。W下，将非接触电压测量传感 器1简称为电压传感器1。
[0028] 电压传感器1对流动于图3所示的测量对象配线W内的忍线（导线）的角频率ω的交 流电压化(测量对象电压），W与所述忍线不接触的方式进行测量。虽然没有图示，但测量对 象配线W被绝缘包覆，测量对象配线W的忍线的周围由绝缘性物质包覆。
[0029] 如图1所示，电压传感器1具有检测探头11及电路基板15。检测探头11和电路基板 15通过连接线化电连接。检测探头11配置在基板16的背面上。另一方面，电路基板15配置在 相同基板16的表面上。基板16由柔性绝缘构件形成。
[0030] 在电路基板15内形成有电路EC。连接线化及电路基板15W不裸露的方式由聚酷亚 胺的片来层压(未图示）。
[0031] 如图1所示，电压传感器1的表面呈矩形。电压传感器1的表面的短边(沿图1的纵向 延伸的边）的长度为例如10mm~20mm。此外，虽然与电压传感器1的短边相比较的长边(沿图 1的横向延伸的边)的实际长度优选为比测量对象配线W的外周长，但不限于此。
[0032] 如图2所示，在与电压传感器1的表面的长边垂直的截面中，检测探头11W及配置 有检测探头11的基板16的部分W凹陷的形状弯曲。在图1及图2中，检测探头11的弯曲（槽） 用附图标记C来表示。
[0033] 如图3所示，电路EC包括电容器Cl及C2、检测电阻R、切换开关13 W及运算放大器14。 通过电场护罩12来覆盖检测探头11及电路EC的周围。电容器Cl及C2的静电容量值都是已知 的（分别为 47pF、470pF)。
[0034] (1.检测探头11)
[0035] 检测探头11由板状的弹黃(铜板黃)形成，所述弹黃由铜制成。
[0036] 如图3所示，当检测探头11与包覆测量对象配线W的忍线的绝缘性物质接触或者足 够接近时，在检测探头11与所述忍线之间产生具有未知的静电容量值的禪合电容Cl。
[0037] 如图1所示，张力T向相对检测探头11的长度方向（图1中的横向）倾斜的方向（箭头 所示的方向）作用于构成检测探头11的板黃的表面上。
[0038] 如图2所示，检测探头11借助板黃的张力T，具有弹性变形为向张力T作用的方向卷 曲的形状的特性。当检测探头11变形时，配置有检测探头11的基板16的部分也与检测探头 11 一同变形。
[0039] 检测探头11可W处于形状不同的两种状态。检测探头11的第一状态是，如图2的实 线所示，检测探头11具有弯曲C且弯曲为溜槽状的状态。弯曲C发挥W下作用，通过使与检测 探头11的长度方向垂直的截面中的检测探头11的截面惯性矩变大，来抑制检测探头11卷 曲。因此，当检测探头11处于第一状态时，保持向长度方向延伸的状态。
[0040] 检测探头11的第二状态是，如图2的虚线所示，消除弯曲C，W向张力T的方向卷曲 的状态。当从电压传感器1的表面侧或者背面侧向第一状态的检测探头11施加外力时，弯曲 C被消除。此外，施加于检测探头11的外力可W是用户施加的力，也可W是当检测探头11与 测量对象配线W接触时从所述配线W受到的阻力。当弯曲C被消除时，检测探头11借助张力T 向张力T作用的方向卷曲。
[0041] 运样一来，检测探头11从具有弯曲C的第一状态转变为弯曲C被消除且向张力T的 方向卷曲的第二状态。
[0042] 其中，"弯曲C被消除"的状态除了弯曲C完全被消除的状态W外，还包括弯曲C部分 被消除W达到检测探头11能够借助张力τ卷曲的程度的状态。
[0043] 当检测探头11 一边与测量对象配线W的外表面接触，一边从第一状态转变为第二 状态时，W缠绕于测量对象配线W的方式卷曲。例如，如图1所示，在张力Τ作用的方向与检测 探头11的长度方向不平行的情况下，检测探头11 W螺旋状缠绕于测量对象配线w(参照图 7)。另外，当张力T作用的方向与检测探头11的长度方向平行时，检测探头11W环状缠绕于 测量对象配线W。
[0044] 当检测探头11缠绕于测量对象配线W的周围时，在检测探头11与测量对象配线W之 间产生禪合电容Cl(参照图3)。此时，在测量对象配线W内的忍线上流动的交流电压化使检测 探头11内的电荷上引起静电感应。由此，在检测探头11上产生依赖于电压化及禪合电容Cl的 电压Vin(感应电压）。电压Vin经过连接线化输入至电路EC。
[0045] 此外，第二状态的检测探头11通过从两端侧被施加拉力W消除卷曲，从而能够返 回到第一状态。
[0046] 此外，检测探头11除了通过有无弯曲C来伸缩（即，在第一状态和第二状态之间变 形)的结构，还可W具有通过空气的压力来伸缩的结构。在该结构中，如"吹卷"的玩具那样， 检测探头11可通过使检测探头11内的空气的压力增大，来保持向长度方向延伸的第一状 态，通过使空气的压力减少，来变形为第二状态。
[0047] W下，对检测探头11的制作方法进行说明。首先，用户准备作为检测探头11的材料 的铜制的板黃(铜板黃）。
[004引图4示意性地示出具有作用于表面的上下方向上的张力T的铜板黃CP。铜板黃CP具 有要向张力T的方向卷曲的特性。换言之，铜板黃CP的原始（自然的）形状是向张力T的方向 卷曲的形状。如图4所示，用户从铜板黃CP切出具有与张力T的方向不平行的长边的矩形的 板黃FS。然后，使板黃FSW向长度方向延伸的溜槽状弯曲。由此，完成图1及图2所示的检测 探头11。
[0049] 此外，检测探头11也可电压传感器1能够测量测量对象配线W的忍线露出部分 的电压化的方式，被绝缘构件包覆。在该结构中，用户通过使包覆检测探头11的绝缘构件与 露出的忍线接触，能够使检测探头11W不接触的方式接近忍线。在该结构中，至少检测探头 11的电极可W由板黃构成。
[0050] 另外，作为检测探头11的材料，除了采用铜制的板黃，还可W采用不诱钢制的板 黃。不诱钢制的板黃与铜制的板黃相比，具有要返回到原始形状的力强的特性。
[0051] 此外，检测探头11也可W不是板状，棒状或金属丝状的检测探头也包含在本发明 的范围内。
[0052] (2.电场护罩12)
[0053] 电场护罩12通过遮断从外界向检测探头11或者电路EC入射的电场，来防止检测探 头11或者电路EC与测量对象配线W的忍线W外的电压源之间电容禪合。此外，在图3中，电场 护罩12仅覆盖了电路EC的一部分，但是也可W覆盖整个电路EC。
[0054] 如图3所示，在检测探头11和电场护罩12之间产生寄生电容Cp。寄生电容Cp的静电 容量值由检测探头11与电场护罩12之间的位置关系来确定。在确定检测探头11的位置W及 电场护罩12的位置之后，通过校准来求出寄生电容Cp，从而变成已知的值。
[0055] (3.切换开关13)
[0056] 切换开关13使电路EC在W下两个状态之间切换，即，（i)电容器Cl在禪合电容Cl与 检测电阻R之间直接连接的（i)状态和（ii)电容器Cl及电容器C2在禪合电容Cl和检测电阻R 之间直接连接的（ii)状态。
[0057] 当电路EC处于（i)状态时，检测探头11与检测电阻R之间的电阻抗为l/jwCi。另一 方面，当电路EC处于（ii)状态时，检测探头11与检测电阻R之间的电阻抗为l/jwC/2。其中， C/2 = Cl+C2。
[005引当电路EC处于（i)状态时，输入到电路EC的电压Vin在检测电阻R和电容器Cl之间 分压。另一方面，当电路EC处于（ii)状态时，电压化在检测电阻R和电容器Cl及C2之间分压。
[0059] 就电路EC处于（i)状态时W及（ii)状态时的各状态而言，在设置于电路EC内的检 巧1点〇口上检测出电压Vout(分别为Voutl、Vout2)。由此，得到包含将禪合电容Cl及电压化作 为未知数的两个式。
[0060] 此外，在本实施方式中，检测点DP设置在电容器Cl及C2与检测电阻R之间。因此，检 巧帖胖是隔着基准电位点(GND)与检测电阻R的相反一侧相同的电位。因此，电压Vout等同 于检测电阻R的分压。
[0061] 可通过将上述两个式W使禪合电容Cl及电压化分离的方式变形，来导出禪合电容 Cl及电压化。运种导出方法是众所周知的，因此，在此省略其导出方法的详细说明。
[006。（补充）
[0063] 禪合电容Cl的绝对值越大，电压化的误差越小。W下，从理论的角度，对所述理由进 行说明。
[0064] 在图3所示的电路EC中，电压化由W下的数式表示。
[0065] 【数式1】
[006引其中，将电路EC处于（i)状态时向AD转换器（图3的AD+)输出的电流定义为11，将电 压定义为Voutl，将电路EC处于（ii)状态时向AD转换器输出的电流定义为12,将电压定义为 Vout2。另外，电容器C2的静电容量值比电容器C1的静电容量值充分大(C1<<C2)。
[0069] 若将式(2)代入到式(1)，则得到
[0070] 【数式2】
[0071]
[00巧因此，得到
[0073] 【数式3】
[0074]
[007引【数式4】
[0085]图5是示出电压化的绝对值的2次微分d|化IVdCL与禪合电容Cl之间的关系的图表。 从图5所示的图表可知，禪合电容Cl的静电容量值越大，d I Vl I ^dCL的变动越小。由此可知， 从理论上可W导出，禪合电容Cl的静电容量值越大，化的测量值的变动及误差越小。
[00化](4.运算放大器14)
[0087]运算放大器14维持检测点DP的电位和电场护罩12的电位相等的状态。因此，在检 测点DP和电场护罩12之间产生的寄生电容Cp(静电容量值;5pF左右）中几乎没有漏电流。换 言之，运算放大器14将在寄生电容Cp流动的漏电流阻止在能够无视程度的大小。由此，可W 抑制流动在寄生电容Cp的漏电流对电压化的测量值的影响。
[008引（利用非接触电压测量传感器1的电压测量方法）
[0089] W下，对利用电压传感器1的电压测量方法进行说明。
[0090] 首先，用户通过按压检测探头11的一部分来消除弯曲C。并且，用户保持检测探头 11的两端侧，W维持检测探头11不卷曲且向长度方向延伸的状态。图6示出了弯曲C被消除 而向长度方向延伸状态的检测探头11。
[0091] 然后，用户W按压检测探头11的一部分的状态使检测探头11接近测量对象配线W。 运时，用户W使作用于检测探头11的张力T的方向和测量对象配线W的周向平行的方式，在 使测量对象配线W的长度方向和检测探头11的长度方向交叉的状态下，使检测探头11接近 测量对象配线W。
[0092] 当检测探头11充分接近测量对象配线W时，用户的手离开检测探头11。由此，检测 探头11通过向张力T作用的方向卷曲，自动地W螺旋状缠绕在测量对象配线W的周围。图7示 出了检测探头11W螺旋状缠绕在测量对象配线W的周围的例子。
[0093] 此外，检测探头11可不受测量对象配线W的直径的大小的影响的方式缠绕在 所述配线W上。
[0094] 在检测探头11在测量对象配线w的周围缠绕η圈的情况下，禪合电容Cl表示为W下 的数式。
[0095] 【数式8】
[0096] Cl =化e〇L/log(a/b) Xm
[0097] 其中，将测量对象配线w内的忍线（圆筒形）的半径定义为a,绝缘包覆（中空圆筒 形）的厚度定义为b，检测探头11的短边(参照图6)的长度定义为L，真空的介电常数定义为 ε〇〇
[0098] 从上述的数式可知，检测探头11缠绕在测量对象配线W上的圈数m越多，配线W内的 忍线和检测探头11之间产生的禪合电容Cl越大。例如，检测探头11缠绕在测量对象配线W的 周围2圈的结构与缠绕1/2圈的结构相比，禪合电容Cl的绝对值变成4倍。如上所述，禪合电 容Cl的绝对值越大，电压化的误差越小。
[0099] 另外，禪合电容Cl越大，电压Vout也越大。电压Vout越大，占据电压Vout的检测值 的误差的比例越小，因此，大的电压Vout变动小，且可靠性高。因此，利用大的电压Vout，能 够高精度地导出电压化。
[0100] 本发明不限于上述的实施方式，在权利要求书所示的范围内可W进行各种变更。
[0101] 【总结】
[0102] 本发明的一个实施方式的非接触电压测量装置，具有在缠绕于导线的状态下检测 电压的检测探头，当使所述检测探头W不接触的方式接近所述导线W使在所述检测探头和 所述导线之间产生禪合电容时，基于在所述检测探头上产生的感应电压，来测量施加于所 述导线的测量对象电压，所述检测探头在W下两种状态之间弹性变形，即，违背作用于所述 检测探头的张力向所述检测探头的长度方向延伸的第一状态和向所述张力作用的方向卷 曲的第二状态。
[0103] 根据所述结构，检测探头在W下两种状态之间弹性变形，即，向张力作用的方向卷 曲的第二状态和违背所述张力来延伸的第一状态。因此，检测探头W导线的周向与张力的 作用方向平行的方式来与导线接触，在该接触状态下，在所述检测探头从第一状态弹性变 形为第二状态的情况下，通过向张力作用的方向卷曲，从而缠绕在导线的周围。
[0104] 因此，为了在检测探头和导线之间产生禪合电容，而不需要将检测探头缠绕在导 线的周围的手动操作。因此，能够减少因手动操作的耗时及耗力。而且，当用户将非接触电 压检测装置安装在导线上时，不与所述导线接触，因此，不存在被电击的可能性，从而能够 安全地将非接触电压检测装置安装在导线上。
[0105] 而且，通过检测探头缠绕在导线的周围，使得检测探头和导线之间产生的禪合电 容增大，因此，能够更加精确地测量施加于导线的测量对象电压。
[0106] 另外，在所述非接触电压测量装置中，所述检测探头由板黃构成，在处于所述第一 状态时，若施加外力，则向所述板黃的张力作用的方向卷曲，从而转变为所述第二状态。
[0107] 根据所述结构，当违背张力而延伸的第一状态的检测探头受到外力时，向板黃的 张力作用的方向卷曲，从而转变为第二状态。因此，检测探头W使导线的周向和张力的作用 方向平行的方式来与导线接触，在该接触状态，在施加外力的情况下，所述检测探头向张力 作用的方向卷曲，从而缠绕在导线的周围。
[0108] 例如，在板黃的张力作用的方向与检测探头的长度方向平行的情况下，检测探头 w环状缠绕在导线的周围。另外，在板黃的张力作用的方向相对于检测探头的长度方向倾 斜的情况下，检测探头W螺旋状缠绕在导线的周围。
[0109] 因此，如上所述，不需要将检测探头缠绕在导线的周围的手动操作。因此，能够减 少因手动操作的耗时W及耗力。而且，当用户将非接触电压检测装置安装在导线上时，不与 所述导线接触，因此，不存在被电击的可能性，从而能够安全地将非接触电压检测装置安装 在导线上。
[0110] 另外，在所述非接触电压测量装置中，所述张力作用的方向也可W相对于所述检 测探头的所述长度方向倾斜。
[0111] 根据所述结构，当导线的周向与张力作用的方向平行时，检测探头的长度方向相 对于导线的周向及长度不平行。在检测探头的长度方向相对于导线的长度方向不平行的状 态下，当检测探头的至少一部分与导线接触时，检测探头借助板黃的张力，W螺旋状缠绕在 导线的周围。
[0112] 因此，检测探头能够W螺旋状在导线的周围缠绕1圈W上。通过检测探头W螺旋状 缠绕在导线的周围的缠绕圈数增加，能够使检测探头和导线之间产生的禪合电容增大。其 结果，能够高精度地测量测量对象电压。
[0113] 另外，在所述非接触电压测量装置中，所述检测探头处于所述第一状态时，也可W 具有向所述检测探头的所述长度方向延伸的溜槽状的弯曲。
[0114] 根据所述结构，处于第一状态的检测探头具有向长度方向延伸的溜槽状的弯曲， 因此，与弯曲的延伸方向垂直的截面中的截面惯性矩大。因此，处于第一状态的检测探头难 W沿长度方向卷曲。因此，检测探头能够保持沿长度方向延伸的状态。
[0115] 当向处于第一状态的检测探头施加外力时，具体而言，当用户按压检测探头的一 部分时，检测探头的弯曲被消除。于是，如上所述，检测探头借助板黃的张力变形为第二状 态，并缠绕在导线的周围。
[0116] 产业上的可利用性
[0117] 本发明能够应用于W与所述导线不接触的方式测量施加于导线的电压的非接触 电压测量装置。
[0118] 附图标记的说明：
[0119] 1非接触电压测量传感器(非接触电压测量装置）
[0120] 11检测探头
[0121] W巧慢对象配线（的忍线；导线）
[0122] Vin电压(感应电压）
[0123] 化电压(测量对象电压）
[0124] Cl禪合电容
[0125] T 张力
【主权项】
1. 一种非接触电压测量装置，具有在缠绕于导线的状态下检测电压的检测探头，当使 所述检测探头以不接触的方式接近所述导线以使在所述检测探头和所述导线之间产生耦 合电容时，基于在所述检测探头上产生的感应电压，来测量施加于所述导线的测量对象电 压，所述非接触电压测量装置的特征在于， 所述检测探头在以下两种状态之间弹性变形，即，违背作用于所述检测探头的张力向 所述检测探头的长度方向延伸的第一状态和向所述张力作用的方向卷曲的第二状态。2. 根据权利要求1所述的非接触电压测量装置，其特征在于， 所述检测探头由板簧构成，当处于所述第一状态时，若施加外力，则向所述板簧的张力 作用的方向卷曲，从而变形为所述第二状态。3. 根据权利要求1或2所述的非接触电压测量装置，其特征在于， 所述张力作用的方向相对于所述检测探头的所述长度方向倾斜。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的非接触电压测量装置，其特征在于， 当所述检测探头处于所述第一状态时，所述检测探头具有向所述检测探头的所述长度 方向延伸的溜槽状的弯曲。
【文档编号】G01R15/04GK105829897SQ201580003206
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年1月16日
【发明人】荻本真央
【申请人】欧姆龙株式会社