专利名称：无线可夹置电流探测器的制作方法
技术领域：
一般来说，本发明涉及用于测量电流的幅值的设备和方法。具体来说，本发明的设 备和方法提供通过可夹置电流探测器(clamp-oncurrent probe)来测量电流。
背景技术：
可夹置电流探测器用于对经过导体的电流进行非接触电流测量，而无需中断所测 试的电路。测量经过导体的电流的其它方法包括使用分流电阻器(shunt resistor)。使用 分流电阻器的缺点包括但不限于固有功率损耗、需要中断电路通路以插入联线的仪表、产 生热量，以及与测试中的电路电绝缘的缺乏。2008年4月22日发出的标题为“INTEGRATED CURRENT SENSOR”的美国专利No. 7362086 (Dupuis等人)描述用于检测电路的特定点处的 电流的各种方法，包括采用耦合电感器用于响应于所检测电流而生成输出电流。1996年2月20日发出并且授权给本发明的相同受让人的标题为“⑶RRENT PROBE” 的美国专利5493211 (Clifford Baker)描述采用霍耳效应传感器用于测量导体中的电流的 电流探测器。可夹置电流探测器通常使用香蕉插座或其它形式的电缆连接来连接到例如数字 万用表、示波器、数据获取单元、功率表和其它各种仪器等测试设备。一些可夹置电流探测 器是完全自持式的，并且具有所测量电流的幅值的直观指示，但是没有连接到外部仪器的 部件。然而，存在某些环境，其中在电流探测器与测试和测量仪器或数据采集仪器之间 使用这种有线接口可能是不合乎需要的，或者甚至对用户是危险的。
发明内容
本发明的设备和方法对经过导体的电流执行非接触测量而无需中断所测试的电 路，并且向接收单元无线传送所测量的数据。本发明的设备当夹在导体周围时可测量经过 该导电的电流，并且向接收单元无线传送数据。本发明的设备可将这个数据传递到数据获 取系统、测试和测量仪器或者其中可嵌入该接收单元的其它主设备。可根据需求使接收单 元所接收的信息可用，或者可以可选地存入该信息。本发明的无线可夹置电流探测器将可夹置电流探测器与嵌入系统进行组合，其中 嵌入系统包括RF收发器用于使固定测试设备能够连接到电流探测器，而无需考虑电缆连 接问题，例如大小、电缆的物理磨损、重量、成本、电噪声、损耗以及与物理连接相关的其它 问题等。本发明的设备和方法还准许在先前不可能的环境和情形中使用电流探测器。本发明的设备可由有线串行通信部件或者由集成射频(RF)收发器来控制和查询。RF收发器可利用专有通信协议或标准无线通信协议，例如ZigBee、蓝牙或者IEEE通信 标准的任一个。该设备的许多配置设定可由用户通过从已确立的命令集向设备发出命令来 改变。本发明的设备可将数字处理器用于信号处理，以便执行所有核心功能。这使设备能 够通过修改固件的形式来添加功能性，而不是修改现有电路或者添加其它电路。
图1是根据本发明的一个实施例的发射器系统的基本高级框图。图2A是本发明的系统的一个实施例的发射器模拟前端部分的示意图。图2B是本发明的系统的一个实施例的发射器+2. 5V电压参考部分的示意图。图2C是本发明的系统的一个实施例的发射器模数(ADC)转换器部分的示意图。图2D是本发明的系统的一个实施例的发射器微控制器部分的示意图。图2E是本发明的系统的一个实施例的发射器+3. 3V升降压(Buck-Boost)DC-DC 转换器部分的示意图。图2F是本发明的系统的一个实施例的发射器+3. 3V延迟后加电(rail on after delay)部分的示意图。图2G是本发明的系统的一个实施例的发射器-15V升压DC-DC逆变器(inverter) 部分的示意图。图2H是本发明的系统的一个实施例的发射器+15V升压DC-DC转换器部分的示意图。图21是本发明的系统的一个实施例的发射器锂离子/聚合物电荷管理控制器部 分的示意图。图2J是本发明的系统的一个实施例的发射器数字RF收发器部分的示意图。图3A是本发明的一个实施例的发射器基本高级固件流程图。图3B和图3C形成可用于操作单元的标准系统命令的单个表。图4是本发明的一个实施例的接收系统的基本高级框图。图5A是本发明的系统的一个实施例的接收器模拟前端部分的示意图。图5B是本发明的系统的一个实施例的接收器+2. 5V电压参考部分的示意图。图5C是本发明的系统的一个实施例的接收器微控制器部分的示意图。图5D是本发明的一个实施例的接收器+3. 3V调节器(regulator)的示意图。图5E是本发明的系统的一个实施例的接收器数字RF收发器部分的示意图。图6A是本发明的一个实施例的接收器基本高级固件流程图。图6B是形成可用于操作单元的标准系统命令的另一个表。图7是根据主题发明的无线可夹置电流探测器的等比例图示。图8是根据主题发明的无线可夹置电流探测器接收器单元的等比例图示。
具体实施例方式本发明的设备和方法可用于对经过导体的电流进行非接触电流测量而无需中断 所测试的电路，并且向接收单元无线传送所测量的数据。本发明的设备可夹到导体上，以便 测量经过其中的电流，并且向接收器单元无线传送所测量的电流值。可按照需求使这个信息可用，或者可选地存入这个信息。本发明的设备可包括各种元件，它们根据设备的用途以不同组合设置。可存在于 本发明的设备中的这类元件包括但不限于电压调节器、精确电压参考、无线电收发器、电池 电荷管理控制器、锂电池、微控制器、非易失性存储器、模数转换器、霍耳效应传感器、仪表 放大器(instrumentation amplifier)、运算放大器以及优化特定用途的设备的其它元件。图1是本发明的一个实施例的发射器系统100的基本高级框图，它示出系统中例 如功率、模拟、数字和RF等的所有主要分支电路之间的关系。传送单元的主电源是锂电池 105，其电压范围从完全充电时的4. 2V到耗尽时的大约3. 0V。电压调节器用于调节来自锂 电池105的电源电压，因为子系统所使用的电压需要固定在特定电压电平。本发明的设备 包括+3. 3V、+15V和-15V开关模式电压调节器110、115、120，它们向所有子系统提供所需 的恒定电压(甚至当电池电压在单元处于使用中时下降)。霍耳效应传感器125可用作用 于将携带电流的导体生成的所检测磁场的幅值转换成代表性电压的换能器。信号调整电路 130对来自霍耳效应传感器的输出电压进行滤波并且缩放到适合于ADC (模数转换器)135 的输入范围的幅值。ADC 135把来自信号调整电路的输出电压转换成数字数据。这个数字 数据被施加到微控制器140供处理和格式化，然后顺次发送到RF数据链路145，以便无线传 送到(图4的)接收单元400。图2A是主题发明的无线可夹置电流探测器发射器的模拟前端的一个实施例的示 意图。电位计P0T1用作霍耳效应传感器125的单端输出信号的衰减器。可使用小型机械 式多圈电位计，但是在一个优选实施例中，电位计P0T1可以是更可靠的固态数字电位计。运算放大器(Op-amp) U1A用于缓冲从P0T1的游标端子(wiperterminal)所接收 的经衰减的霍耳效应传感器信号。Op-amp U1D用于缓冲来自+2. 5V电压参考147的输出。 Op-amp U1A和U1D的输出信号通过由电阻器R2、R6和R29组成的求和网络耦合到另一个 Op-ampUlB。Op-amp U1B和电阻器R5、R7构成放大器，它用于对0p-ampUlA的输出信号(即 传感器信号)以及来自Op-amp U1D的经缓冲的+2. 5V参考电压进行求和并且缩放。Op-amp U1B的求和输出这时是经过缩放和偏移调整的以便优化ADC 135 (图2C中的U2)的电压输 入范围使用的信号。放大器U1B的输出信号耦合到包括电阻器R3和R4、电容器C1和C4以 及另一个Op-amp U1C的滤波器。Op-amp U1C配置为二阶低通滤波器，它用于限制将要施加 于ADC 135输入端子的信号的带宽。图2B示出+2. 5V电压参考源147的细节。电压调节器148在输入端子接收+15V， 并且在其输出端子产生经调节的+2. 5V电压。电容器C7和C8对输入电压进行滤波，以便消 除不希望的噪声。将经调节的输出电压施加到包括电阻器R9和R10以及电位计P0T2的分 压器。本领域的技术人员会知道，电位计P0T2也可是固态类型的，如上所述。电位计P0T2 的调节引起在+2. 5V Ref输出端子形成的电压略微改变。也就是说，+2. 5V电压参考源147 的输出可使用P0T2来调节，以便略微调节图2A的Op-amp U1B的输入端的模拟输出信号的 偏移量。参照图2C，ADC 135用于对来自霍耳效应传感器125的经调整的输出信号进行取 样，并且将其转换成微控制器140(图2D中的U4)可通过数字方式处理的16位数字字。可 使用更低或更高分辨率的模数转换器，但是，16位ADC的当前成本和分辨率使它适合于这 种应用。电容器C2和C3分别对+3. 3V电源和+2. 5V参考信号进行滤波。ADC 135可以是例如 Texas Instruments 制造的 LTC1864。参照图2D，微控制器140控制设备的所有智能功能。所有板载主要集成电路均设 计成由处理器/微控制器控制并且与其接口。本发明的设备可设计成结合各种类型的处 理器的任一种，例如但不限于复杂指令集计算机(CISC)、精简指令集计算机(RISC)、哈佛 架构、冯 诺伊曼架构以及改良的哈佛架构。现场可编程门阵列(FPGA)或数字信号处理 器(DSP)也可用于实现该设计。优选微控制器具有小占用面积、低管脚数、充足的程序存储 器、低功耗、集成的振荡器以及外设和数字通信接口的丰富集合。微控制器140负责以常 规时间间隔对ADC进行轮询，因而对从霍耳效应传感器125所输出的经调整的信号进行采 样，它用于根据从ADC 135所获得的数据来计算所测量电流的幅值、向系统的RF收发器U13 传送电流幅值信息、检查系统电池的状态，以及与主机系统接口，以便允许终端用户配置系 统设定。微控制器140可以是例如Microchip Technology Inc.所制造的DSPIC。单总线 缓冲器栅极/线路驱动器U5在系统启动期间隔离RF收发器(图2J中的145)输出的接 收信号以免到达微控制器140接收管脚。适当的单总线缓冲器栅极/线路驱动器是Texas Instruments 所制造的 SN74AHCT1G126。图2E是+3. 3V升降压(buck/boost)开关模式电压调节器110的更详细图示。芯 片U7用于把来自锂离子电池105或者来自外部+5. 0V电源的4. 2V-3. 0V转换到固定的 +3. 3V输出电压。线圈L1耦合到芯片U7，并且用于开关模式调节过程。电容器C16对进 入的电池电压进行滤波，以及电容器C15对+3. 3V输出电压进行滤波。这个+3.3V “轨道 (rail) ” (BP,电源电平)用于向微控制器140、ADC 135和无线电收发器U13供电。为了防止这个开关模式调节器在+3. 3V输出达到稳态之前向先前所述电路供电， 实施“延迟后加电”电路，如图2F所示。+3. 3V调节器110的输出连接到可以是FET晶体 管开关的Q1的源端子S以及还连接到由R18、R19和C17组成的电阻器/电容器网络。当 +3. 3V调节器的输出达到稳态并且经过了网络R18、C17的时间常数所确定的一段时间时， 逆变器U8的输入端的电压电平使得逆变器U8的输出管脚将从+3. 3V转变成0V。当Q1的 栅极端子G为低时，其源极端子S的+3. 3V (+3. 3V_PRI)将传给漏极端子D，从而允许+3. 3V 轨道上的电路被加电。图2G和图2H分别所示的开关模式电压调节器120、115用于分别采用+15. 0V 和-15. 0V对霍耳效应发生器进行偏压。参照图2G，集成电路开关模式负电压调节器U9接 收来自锂离子电池电荷管理电路107的电池电压，并且在其输出端子提供-15V。电容器C19 和C20对进来的经调整的电池电压进行滤波以去除噪声，以及电容器C18对所生成的-15V 进行滤波。电容器C21和电感器L2连接到集成电路开关模式电压调节器U9的端子，以便 确保其正常操作。D1是肖特基二极管，它与U9结合用来生成-15. 0V。参照图2H，集成电路开关模式正电压调节器U12接收来自锂离子电池电荷管理电 路107的电池电压，并且在其输出端子提供+15V。电容器C23和C24对所生成的+15V进 行滤波。电容器C29和电感器L3连接到集成电路开关模式正电压调节器U12的端子，以 便确保其正常操作。图2H中的U12还可为系统微控制器提供电池状态。当系统电池消耗 至低于在电阻器R26与R28之间的公共节点所测量的某个预定阈值时，集成电路开关模式 正电压调节器U12将输出管脚拉到低电平(即，吸取经过上拉电阻器R24的电流)，由此发 信号通知系统微控制器关于电池应当马上充电。D2是肖特基二极管，它与U12结合用来生成-15. OVo图21示出锂离子电池电荷管理电路107的附加细节。参照图21，集成电路U11用 于管理系统锂离子/聚合物电池105的充电。当+5V的外部电源连接到单元107的+5V_ Batt_Charge端子时，使集成电路U10和U11通电。在操作中，电荷管理控制器U11接收所 施加的外部+5V电平，并且形成适当电压电平对电池105充电。电荷管理控制器U11最初经由NTC1 (负温度系数热敏电阻)检查电池的温度， NTC1与R27结合构成分压器电路。热敏电阻NTC1安装在接近锂离子电池105，以便感测电 池105的温度。随着热敏电阻NTC1所感测的电池温度增加，其电阻减小，从而引起分压器比 的变化以及在热敏电阻NTC1和电阻器R27的公共节点所形成的电压的对应变化，其中电压 的变化施加到电荷管理控制器U11的输入端子。如果电池的温度是在所确立的极限之内， 则电荷循环(charge cycle)开始，并且将U11的管脚号2拉到低电平，而将管脚号1拉到 高电平(即，控制器U11吸取经过耦合到上拉电阻器R20的端子的电流，而没有吸取经过耦 合到上拉电阻器R21的端子的电流)。电阻器R20和R21的一端耦合在一起，并且耦合到 +5V源。电阻器R20和R21各自的第二端耦合到逆变器U10的相应输入端子，用于对其施加 逻辑电平信号。在将逆变器U10的管脚号3拉到逻辑低电平时，管脚号4设置为高电平，它将对双 色LEG (绿/红)108的绿色元件进行偏压，从而使电流流经限流电阻器R23。点亮LED 108 的绿色部分表示电池正确地进行充电。当充电循环成功完成时，LED 108的绿色部分关掉。 如果电池的温度过高或者过低，则在施加外部电力时，禁止电荷循环，将控制器U11的管脚 号2拉到高电平(使LED 108的绿色部分熄灭)，并且管脚号1以1Hz的速率在高与低逻 辑状态之间交替。这种状况使红色/绿色荷电状态LED 108以1Hz的速率闪烁红色。电 容器C22耦合到+5V_Batt_Chage电平并且对其进行滤波，以及电容器C27耦合到电池电压 +VBAT并且对其进行滤波。电容器C25和C26以及电阻器R25耦合到控制器U11，并且用于 确保其正确操作。图2J示出RF数据链路145的附加细节。在本发明的设备的一个实施例中，图2J 所示的Zigbee无线电集成电路U13用于以常规间隔或者仅在查询时才向接收单元无线传 送由无线可夹置电流探测器所测量的电流幅值。微控制器140与Zigbee无线电芯片U13 之间的通信经由简单逻辑电平通用异步串行端口接口(UART)在Zigbee无线电芯片U13的 管脚号2、3上以及在微控制器140的管脚号33、34上被操纵。接口不仅用于通过空中向接 收单元400传送数据，而且还用于配置Zigbee无线电，使得它可与个人区域网络中的其它 Zigbee无线电正确通信。Zigbee无线电集成电路U13可以是Digi International所制造 的 XB24-Z7WIT-004。主题发明的无线可夹置电流探测器发射器的基本固件流程图300如图3A所示。在 步骤305进入该例程，并且进行到步骤310，其中对微控制器140加电。在系统在步骤320 加电时，微控制器140 (图2D的U4)初始化设备上的所有输入/输出端口，初始化变量，从 非易失性存储器读取和加载数据系数，检查电池状态，以及配置Zigbee无线电供使用。在 步骤330，可夹置电流探测器将采用ADC 135对霍耳效应传感器的输出进行取样，采用控制 器140来处理数字化数据，然后根据用户配置，该单元则准备等待来自接收单元的命令，或 者将检查活动接收器以便以用户定义的常规间隔发送电流测量，或者只是处于空闲状态，直到电流测量样本被请求。图4示出本发明的一个实施例的接收器系统400的基本高级框图，它示出系统中 例如功率、模拟、数字和RF等的所有主要分支电路之间的关系。接收单元的主电源是由终 端用户所提供的士 15V电源410、415。由于子系统所使用的电压必须是固定的特定电压，所 以可要求使用电压调节器。本发明的设备包括两个+3. 3V线性电压调节器420、425，它们向 所有数字子系统提供所需的恒定电压。RF数据链路430接收由可夹置电流探测器传送的数 据，并且将它顺次转发到系统微控制器440。微控制器440格式化进来的数据，并且将它顺次传送到数模转换器(DAC) 435。微 控制器440还负责操纵用户接口 405。DAC 435把来自微控制器440的进来的数字数据转 换成模拟信号。然后，信号调整电路445与电压参考电路450结合，对来自DAC 435的模拟 信号进行滤波、移位和放大，使得它这时表示无线可夹置探测器发射器所测量的电流信号 的幅值，并且在输出电路455输出该模拟信号供终端用户使用。终端用户还可检索由微控 制器440产生的数字形式的输出信号。图5A是无线可夹置电流探测器接收器单元400的模拟信号调整电路445的示意 图。电位计P0T401用作来自DAC 435的输出信号的衰减器。与电阻器R402、R403和电容 器C402、C403结合的0p-ampU402A配置为二阶低通滤波器(抗映像滤波器)，它用于在将 DAC输出信号施加到第二 Op-amp U402B的输入端子之前限制其带宽。Op-amp U402D用于 缓冲来自+2. 5V电压参考450 (用于对来自DAC435的输出添加偏移量)的输出。+2. 5V电 压参考450的输出可使用图5B的电位计P0T402来调节，以便略微调节模拟输出信号的偏 移量。Op-amp U402B用于对U402A的输出、DAC 435的输出信号和Op-amp U402D的输出信 号(经缓冲的+2. 5V参考电压)进行求和。电阻器R404和R407构成用于缩放经调整的模 拟信号的分压器。包括Op-amp U402C和增益设定电阻器R408、R409的放大器电路用于放 大Op-amp U402B的输出信号。Op-amp U402C的输出这时是经过缩放和偏移的信号，并且是 由接收单元400所产生的最终模拟输出信号。图5B示出+2. 5V电压参考源450的细节。电压调节器U403在输入端子接收+15V， 并且在其输出端子产生经调节的+2. 5V电压。电容器C406和C407对输入电压进行滤波，以 便消除不希望的噪声。将经调节的输出电压施加到包括电阻器R410、R412和电位计P0T402 的分压器。本领域的技术人员会知道，电位计P0T402也可以是固态类型的，如上所述。电 位计P0T4022的调节引起在+2. 5V Ref输出端子所形成的电压略微改变。也就是说，+2. 5V 电压参考源450的输出可使用P0T402来调节，以便略微调节图5A的Op-amp U402D的输入 端的模拟输出信号的偏移量。图5C中的微控制器440控制设备的所有智能功能。所有板载主要集成电路均设 计成由处理器/微控制器控制并且与其接口。接收单元中的微控制器440负责经由其UART 从Zigbee无线电接收数据，向DAC 435提供数字数据流，控制DAC 435向信号调整电路445 提供模拟输出信号，可选地经由串行接口以数字方式输出数据，并且采用其UART接口来允 许用户在外部配置单元。微控制器440可以是例如Microchip Technology Inc.所制造的 DSPIC。图5C的U405是单总线缓冲器栅极/线路驱动器。图5D示出一对线性电压调节器420、425，它们用于把来自终端用户的输入电压降 低到已知且可使用的电压。电压调节器U406是+3. 3V调节器，它用于向微控制器440和DAC 435供电。电压调节器U407也是+3. 3V调节器，并且用于向Zigbee无线电430供电。 两个分立+3. 3V电压调节器用来代替一个电压调节器，以便对各设备将电压调节器集成电 路的功率消耗保持在最小值。参照图5E，主题的接收器实施例400使用Zigbee无线电(radio) 430无线接收指 示传送无线可夹置电流探测器所测量电流的幅值的数据。该设备可配置成使得信息以常规 间隔或者仅当查询时才接收/发送。微控制器440与Zigbee无线电集成电路431之间的 通信经由对于发射电路所述的简单逻辑电平通用异步串行端口接口(UART)来操纵。无线可夹置电流探测器接收器400的基本固件流程图600如图6A所示。在步骤 605进入该例程，并且进行到步骤610，其中对微控制器440初始化。在系统在步骤615加 电时，微控制器440初始化设备上的所有输入/输出端口，初始化变量，从非易失性存储器 读取和加载数据系数，以及配置Zigbee无线电430供使用。根据用户配置，该单元则准备 等待来自传送单元的询问命令。如果接收到询问命令，则接收单元将采用命令接收确认进 行响应，它允许传送单元知道接收单元是活动的并且准备接收数据。如果传送单元设置成 流式传输数据，则在步骤620，接收单元的微控制器将经由UART从Zigbee无线电430接收 数据流。微控制器440又将控制DAC 435来更新模拟输出信号，或者可选地经由串行通信 以数字方式输出所接收的数据。根据这个特定实施例，设备的校准涉及传送设备100上的增益和偏移电位计P0T1 和P0T2以及接收设备400的P0T401和P0T402的调节。在一个优选实施例中，电位计由数 字电位计或者可编程电流源或者两者的组合来替代，从而允许通过自动部件来校准设备。在本发明的其它实施例中，可使用+5V组件，从而要求+5V模拟和数字电压轨道。 这个实施例可要求相对较多功率进行操作。备选地，可采用具有极低功率要求的+1. 8V电 子组件。在一个优选实施例中，所使用的所选数字和混合信号组件全部都是低功率+3. 3V 装置，例如CMOS装置。温度补偿可结合到本发明的设备中，以便增加电流测量的精准度(特别是当设备 将用于其温度与之前它被校准的环境有显著不同的环境中使用时)。例如，在大多数霍耳效 应装置的给定磁场水平的输出电压随温度升高而减小。温度感测设备(热敏电阻、热电偶 或者专用温度感测集成电路)的输出可用于补偿感测元件(本发明中当前设计的霍耳效应 设备)的输出的温度系数。这种补偿可在模拟电路中通过改变放大器的增益或者控制电流 水平来执行。温度补偿还可由本发明的设备的微控制器部分采用数学方式进行，其采用感 测元件的温度系数数据(不管是典型的经验得出值还是实际测量值)。温度传感器可以是 数字的，并且可由微控制器140来控制和读取。本发明的设备的电路的实施可通过各种方式来实现。例如，GaAs霍耳效应传感器 也可以是InAs或InSb传感器，或者备选地可使用其它磁传感器类型，例如但不限于磁阻 (MR/GMR)、磁光或线圈。除了优选串行总线之外，还可采用例如以太网或USB等其它通信方 案。主题发明的应用并不局限于本文所述的特定电流测量范围极限、分辨率或精准度。此 外，该设备可配置为远程监测设备、通过以太网加电(P0E)以及经由因特网可控制，以供任 何数量的家庭、商业或工业地点应用。其中可使用本发明的一种典型应用是使用固定测试设备来无线测量经过远程设 备上的导体的电流。另一种可能的应用是使用多个无线可夹置电流探测器以及一个连接到测试和测量设备的无线电流探测器接收器来测量和记录多个装置的电流消耗，其中多个装 置分隔数百英尺的距离。一般来说，其中可使用本发明的典型应用仅受到终端用户的想像 力限制。与本发明的设备的通信以及对其的控制可通过使用市场销售的例如但不限于C、 C++、BASIC、Fortran、Lab View、TestPoint或超级终端的变体等软件语言以及可发送和 接收串行通信信号的计算机或控制器或者通过具有用于通信的串行端口的其它设备来实 现。通信可以在一般与RS-232C接口关联的TTL类型数字或双极电压电平。向单元发送 命令时的缺省消息终止符是回车(IxOD)，而由单元所发送的缺省消息终止符是换行和回车 (0x0D,0x0A)o通信可通过直接连线连接或者与RF或光学收发器模块结合进行。存在四种 用户可选波特率可用。例如操作中的单元的模型号、序列号或固件版本等各种数据可由用 户检索。内部数据存入(logging)功能也是用户可配置的以用于数据的检索和各种定时 间隔。控制可通过基于文本的命令字符串或者例如按钮或复选框等图形界面来发起，仅受 到主机系统的特定编程语言或硬件能力限制。从单元所接收的数据可通过数值、图形方式 显示，或者存储在主设备的外部存储器中。通信可通过使用标准命令集(可随将来需要的出现而扩展)来实现。将数值命令 发送给单元，以便改变操作模式或者检索信息返回给主机。包含清除屏幕的命令以便特别 与Microsoft超级终端程序配合使用。用于校准的其它命令是工厂专有的。这防止用户意 外改变或破坏单元的校准。标准用户命令集如图3B、图3C和图6B所示。主题发明的可夹置无线电流探测器700的一个实施例的透视图如图7所示，其中 携带电流的导线(未示出)经过探测器主体720的开口 710以便测量电流的幅值。探测器主体720上的触发器730由终端用户按下，以便开启该开口，并且将该设备 围绕携带将要测量的电流的导体放置。虽然图7所示的探测器主体720适合与主题发明配 合使用，但是本领域的技术人员会知道，其它适当布置同样是可使用的。适合用作主题发明的接收器400的外壳的壳体800的透视图如图8所示。接收器 400可包括显示器810，用于显示由可夹置无线电流探测器700所测量的电流的指示。接收 器400还可具有各种连接器的一个或多个，例如香蕉插座820、BNC端子830、USB端子840 等等，用于在接收器400与外部测试和测量仪器或者外部计算机(未示出)之间传递测量 和启动数据。虽然图8的外壳800的形状适合与主题发明配合使用，但是本领域的技术人 员易于理解，可使用其它适当外壳。本文所使用的连词“或者”以“兼或”意义来使用(即，一个或另一个或者两者)。 此外，意在传达以下含义任一个备选均是充分的，并且所有所述备选不是必须存在的。本文所述的实施例用于进行说明，而不是意在以任何方式进行限制。主题发明意 在仅受到以下权利要求书限制。
权利要求
一种无线可夹置电流探测器，包括向所述无线可夹置电流探测器提供电力的电池；耦合到所述电池并且在输出端子产生电源电压的电压调节器；可响应磁场而产生表示测试中的导体所传送的电流的信号的换能器；信号调整电路，用于偏移和缩放表示所述电流的所述信号以便产生经调整的信号；模数转换器，用于对所述经调整的信号进行取样，以便产生数字信号样本；微控制器，控制所述模数转换器以及用于处理所述数字信号样本；以及射频数据链路，用于所述微控制器与接收器单元之间的通信，所述射频数据链路在所述微控制器的控制下进行操作。
2.如权利要求1所述的无线可夹置电流探测器，其中，所述电压调节器是开关模式电 压调节器。
3.如权利要求2所述的无线可夹置电流探测器，其中，所述换能器是霍耳效应传感器。
4.如权利要求3所述的无线可夹置电流探测器，其中，所述信号调整电路包括用于调 节所述偏移的用户可调节装置。
5.如权利要求4所述的无线可夹置电流探测器，其中，所述电池是锂离子电池。
6.一种对经过导体的电流进行非接触电流测量而无需中断所测试的电路并且向接收 单元无线传送该测量的方法，包括以下步骤将无线可夹置电流探测器夹在所述导体周围；检测所述载流导体所生成的磁场；响应所述磁场的检测而生成表示所述电流的幅值的电压；缩放所述电压的幅值；对所述电压取样，并且产生表示所述样本的数字数据； 格式化所述数字数据；以及 向接收单元发送所述数据。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述生成表示所述电流的幅值的电压的步骤通过使用霍耳效应传感器来完成。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述格式化所述数字数据的步骤通过使用微控制 器来完成。
9.一种无线可夹置电流探测器和接收器系统，包括 无线可夹置电流探测器组件，包括向所述无线可夹置电流探测器供电的电池； 耦合到所述电池并且在输出端子产生电源电压的电压调节器； 可响应磁场而产生表示测试中的导体所传送的电流的信号的换能器； 信号调整电路，用于对表示所述电流的所述信号进行滤波以产生经调整的信号； 模数转换器，用于对所述经调整的信号进行取样，以产生数字信号样本； 微控制器，控制所述模数转换器以及用于处理所述数字信号样本；以及 用于所述微控制器与接收器单元之间的通信的射频数据链路，所述射频数据链路在所 述微控制器的控制下进行操作；以及所述接收器单元，所述接收器单元包括射频接收器，用于接收来自所述探测器的所述数字数据信号样本； 微控制器，耦合到所述射频接收器，用于接收和处理所述数字数据信号样本； 数模转换器，用于将所述处理的数字信号样本转换成表示测试中的所述导体所传送的 电流的模拟波形，所述数模转换器在所述微控制器的控制下进行操作；信号调整电路，耦合到所述数模转换器的输出端，用于对所述模拟波形进行接收和滤 波；以及用于向外部测试和测量仪器或者向外部计算机提供所述经滤波的模拟波形的输出端子。
10.如权利要求9所述的无线可夹置电流探测器和接收器系统，其中所述接收器包括用于显示测试中的所述导体所传送的所述电流的所述幅值的指示。
11.如权利要求9所述的无线可夹置电流探测器和接收器系统，其中所述接收器包括用于向外部测试和测量仪器或者向外部计算机提供所述经滤波的模 拟波形的连接器。
全文摘要
无线可夹置电流探测器以及包括数字RF收发器的嵌入系统允许远程测试和测量设备接收来自电流探测器的数据，而无需考虑电缆连接问题，例如大小、物理磨损、重量、成本、电噪声、损耗等等。这种电流探测器可用于以前未研究的环境和情形。该探测器可由有线串行通信部件或者通过集成射频(RF)收发器来控制和查询。RF收发器可利用专有通信协议或标准无线通信协议，例如ZigBee、蓝牙或者IEEE通信标准的任一种。
文档编号G01R19/25GK101846704SQ20101015952
公开日2010年9月29日 申请日期2010年3月26日 优先权日2009年3月26日
发明者G·L·坎塔维, S·M·弗兰塞奇尼 申请人:特克特朗尼克公司