[发明专利]一种非接触式电压传感器、电压测量系统及电压测量方法

权利要求书

1.一种非接触式电压传感器，其特征在于，包括：

传感模块，用于通过差分探头感应待测导电体的空间耦合电容，输出差分信号，所述待测导电体具有第一电压角频率；

参考信号模块，与所述传感模块电连接，用于产生具有第二电压角频率的参考电压信号，所述第二电压角频率和所述第一电压角频率不同；

信号处理模块，分别与所述传感模块和所述参考信号模块电连接，用于经信号处理获取所述差分信号中的待测电压差分信号和参考电压差分信号，并依据所述待测电压差分信号、所述参考电压差分信号以及所述参考电压信号确定所述待测导电体的待测电压信息；

所述信号处理模块包括：

差分放大电路，与所述差分探头电连接，用于对所述差分信号进行放大以得到第二差分信号；

滤波单元，与所述差分放大电路电连接，用于获取所述第二差分信号中的待测电压差分信号和参考电压差分信号；

整流单元，与所述滤波单元和所述参考信号模块电连接，用于获取所述参考电压差分信号的直流分量以及所述参考电压信号的直流分量；

处理单元，与所述整流单元和所述滤波单元电连接，用于依据所述参考电压差分信号的直流分量、所述参考电压信号的直流分量以及所述待测电压差分信号确定所述待测导电体的待测电压信息；

所述非接触式电压传感器的输出信号符合下式：

；

所述待测导电体的待测电压幅值符合下式：

；

其中所述常数为第二电压角频率和第一电压角频率与差分放大电路的增益间乘积的比值。

2.如权利要求1所述的非接触式电压传感器，其特征在于，所述传感模块包括传输阻抗和所述差分探头；

所述差分探头包括分别与所述信号处理模块电连接的第一差分探头和第二差分探头；

所述传输阻抗包括第一传输阻抗和第二传输阻抗，所述第一传输阻抗和所述第二传输阻抗为电阻、电容或电感中的至少一种；

所述第一差分探头通过所述第一传输阻抗与所述参考信号模块电连接；

所述第二差分探头通过所述第二传输阻抗与所述参考信号模块电连接。

3.如权利要求1所述的非接触式电压传感器，其特征在于，

所述差分探头为两块材质及大小形状相同的金属板，两块所述金属板之间彼此平行排列；

所述参考信号模块为参考信号发生器。

4.如权利要求3所述的非接触式电压传感器，其特征在于，所述金属板之间的距离为0.005～200mm，所述金属板的厚度为0.001～3mm。

5.如权利要求1所述的非接触式电压传感器，其特征在于，

应用所述非接触式电压传感器进行电压测量时，所述差分探头靠近所述待测导电体的上侧、下侧、左侧或右侧。

6.如权利要求1所述的非接触式电压传感器，其特征在于，

所述第一电压角频率和所述第二电压角频率相差10-50倍。

7.一种电压测量系统，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的非接触式电压传感器。

8.一种电压测量方法，基于非接触式电压传感器实现，所述非接触式电压传感器包括传感模块、参考信号模块、信号处理模块，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将传感模块中差分探头靠近待测导电体，感应待测导电体的空间耦合电容，其中所述待测导电体具有第一电压角频率，所述传感模块分别与参考信号模块和信号处理模块电连接，所述参考信号模块与所述信号处理模块电连接；

S2.所述参考信号模块产生具有第二电压角频率的参考电压信号，所述传感模块向所述信号处理模块输出差分信号，其中，所述第二电压角频率和所述第一电压角频率不同；

S3.信号处理模块接收所述差分信号和所述参考电压信号，并进行信号处理，获取所述差分信号中的待测电压差分信号和参考电压差分信号，依据所述待测电压差分信号、参考电压差分信号以及所述参考电压信号确定所述待测导电体的待测电压信息；

所述信号处理模块包括：

差分放大电路，与所述差分探头电连接，用于对所述差分信号进行放大以得到第二差分信号；

滤波单元，与所述差分放大电路电连接，用于获取所述第二差分信号中的待测电压差分信号和参考电压差分信号；

整流单元，与所述滤波单元和所述参考信号模块电连接，用于获取所述参考电压差分信号的直流分量以及所述参考电压信号的直流分量；

处理单元，与所述整流单元和所述滤波单元电连接，用于依据所述参考电压差分信号的直流分量、所述参考电压信号的直流分量以及所述待测电压差分信号确定所述待测导电体的待测电压信息；

所述非接触式电压传感器的输出信号符合下式：

；

所述待测导电体的待测电压幅值符合下式：

；

其中所述常数为第二电压角频率和第一电压角频率与差分放大电路的增益间乘积的比值。