夹紧式交流电压探头的制作方法

1.本发明涉及一种夹紧作为测定对象的电缆的夹紧式交流电压探头。


背景技术：

2.以往，已知一种电压检测装置，其通过生成基准电压以减少检测对象交流电压与基准电压之间的电位差，即生成与检测对象交流电压为相同电压的基准电压，来对检测对象交流电压进行检测(例如，参照专利文献1)。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本专利特开2010-25918号公报


技术实现要素：

6.发明所要解决的问题
7.然而，根据所述电压检测装置，需要生成与检测对象交流电压为相同电压的基准电压，因此例如在检测对象交流电压为数百～千伏的高电压的情况下，需要设置生成此种高电压的电路。生成此种高电压的电路的成本高，且不容易再现所检测到的高电压的交流波形。
8.本发明的目的是提供一种容易测定高电压的交流电压的夹紧式交流电压探头。
9.解决问题的技术手段
10.本发明的一例的夹紧式交流电压探头包括：夹紧部，夹紧作为测定对象的电缆；电极，以与由所述夹紧部夹紧的所述电缆相向的方式配设而成；并联电路，第一电容器与第一电阻并联连接，一端与所述电极连接；第二电阻，一端连接于所述并联电路的另一端，另一端连接于电路接地；第二电容器，一端连接于所述并联电路的另一端，另一端连接于电路接地；以及放大器，在输入端子连接所述并联电路的所述一端或所述另一端，并将输入到所述输入端子的信号放大并输出。
11.发明的效果
12.此种结构的夹紧式交流电压探头容易测定高电压的交流电压。
附图说明
13.图1是表示本发明的一实施方式的夹紧式交流电压探头的结构的一例的立体图。
14.图2是透视图1所示的夹紧臂及框体的跟前侧的壁而示出内部的正面图。
15.图3是表示图1所示的夹紧式交流电压探头的电结构的一例的电路图。
16.图4是表示图3所示的夹紧式交流电压探头的电结构的另一例的电路图。
具体实施方式
17.以下，基于附图来说明本发明的实施方式。再者，各图中标注相同符号的结构表示
为相同的结构，并省略其说明。
18.图1所示的夹紧式交流电压探头1大致包括：夹紧部2，夹紧作为测定对象的电缆cbl；以及大致箱状形状的框体3，与夹紧部2连结。框体3经由同轴电缆4而连接于示波器(oscilloscope)或数据记录器等测定装置。
19.夹紧部2包括一对夹紧臂21、22。夹紧臂21的基端部由安装于框体3的轴体27轴支承。夹紧臂21能够以轴体27为中心摆动。在夹紧臂21、夹紧臂22的相向面形成有供电缆cbl嵌入的保持槽211、保持槽221。
20.夹紧臂21通过省略图示的扭簧来向夹紧臂22施力。通过扭簧的施力在夹紧臂21与夹紧臂22之间夹紧电缆cbl。
21.参照图2，夹紧臂22相对于框体3固定地连结。再者，夹紧臂22也能够与夹紧臂21同样地摆动。
22.夹紧臂21、夹紧臂22及框体3由绝缘材料、例如树脂材料构成。
23.在夹紧臂22的内部设置有收容空间28。收容空间28与框体3的内部空间连通。在收容空间28中配设有大致板状形状的电极e。电极e例如可在印刷布线基板上以导体图案的形式形成，也可为金属板。电极e与夹紧臂22的保持槽221的内壁面相向或接触地配设。由此，电极e介隔由绝缘材料构成的保持槽221的壁而与由夹紧部2夹紧的电缆cbl相向配置。
24.在框体3中收容有电路基板31。电路基板31的端子t3与电极e经由布线w1连接。
25.在夹紧臂22的收容空间28及框体3的内壁面，至少除了位于由夹紧部2夹紧的电缆cbl与电极e之间的部分以外，形成有以影线表示的导电性的导电层32。
26.导电层32例如可为铝箔等金属箔，也可为涂布有导电性涂料的层，也可为镀敷层，也可为金属板。在图2所示的例子中，在位于由夹紧部2夹紧的电缆cbl与电极e之间的保持槽221的壁、以及电极e的周边部未形成导电层32。
27.由此，夹紧式交流电压探头1的外壁面为绝缘性，框体3的内壁面以及夹紧臂22的内壁面的至少除了位于由夹紧部2夹紧的电缆cbl与电极e之间的部分以外的部分为导电性。
28.夹紧式交流电压探头1的外壁面为绝缘性，因此即使在例如电缆cbl的导体部分露出的情况下，电流自电缆cbl流向电极e或电路基板31，夹紧式交流电压探头1损伤的可能性也减少。另外，操作夹紧式交流电压探头1的用户的安全性提高。
29.另外，通过包括导电层32，可减少来自外部环境的电磁噪声。
30.再者，电极e未必限定于配设于夹紧部2的内部且以介隔绝缘材料而与电缆cbl相向的方式配置的例子。电极e例如也可在保持槽221露出配置，在与电缆cbl接触的状态下相向配置。
31.在夹紧臂21、夹紧臂22的前端附近，形成有以夹紧臂21、夹紧臂22闭合的状态贯通夹紧臂21、夹紧臂22的自由尺寸孔的螺钉孔23、螺钉孔24。在夹紧臂22的螺钉孔24的与夹紧臂21相反的一侧，安装有螺母26。由此，通过将螺钉25从螺钉孔23侧插入螺钉孔24并紧固螺钉25与螺母26，可利用夹紧臂21、夹紧臂22牢固地夹紧电缆cbl。
32.如后所述，夹紧式交流电压探头1经由通过将电缆cbl的导体线与电极e相向配置而产生的静电电容cx来检测电缆cbl的交流电压。静电电容cx和电缆cbl的导体线与电极e的相向距离d成反比。因此，相向距离d越短，静电电容cx越增大，交流电压的检测变得容易。
另外，若相向距离d发生变化，则经由静电电容cx获得的电压电平发生变动。
33.另一方面，夹紧臂21、夹紧臂22仅通过省略图示的扭簧的施力，电缆cbl的夹紧力不足，在电缆cbl与保持槽221之间产生间隙，相向距离d增大，静电电容cx有减少的可能性。另外，电缆cbl摆动，相向距离d发生变动，静电电容cx有发生变动的可能性。
34.然而，夹紧式交流电压探头1可利用螺钉25紧固夹紧臂21、夹紧臂22来牢固地夹紧电缆cbl，因此可减少产生由相向距离d的增大引起的静电电容cx的减少或由电缆cbl的摆动引起的静电电容cx的变动的可能性。
35.再者，也可将螺母26设置在螺钉孔23侧，从螺钉孔24插入螺钉25。另外，也可不设置螺母26，而在螺钉孔23或螺钉孔24中形成螺钉槽。
36.图3所示的夹紧式交流电压探头1包括电极e、并联电路5、电阻r2(第二电阻)、电容器c2(第二电容器)、放大器a1、以及端子t1、端子t2。并联电路5是电容器c1(第一电容器)与电阻r1(第一电阻)的并联电路。并联电路5、电阻r2、电容器c2、放大器a1、以及端子t1、端子t2形成于电路基板31。
37.图3中，将通过电缆cbl与电极e相向而形成的静电电容利用静电电容cx表示。
38.电极e经由图2所示的布线w及端子t3而连接于并联电路5的一端p1。并联电路5的另一端p2经由电容器c2而连接于电路接地。另外，并联电路5的另一端p2经由电阻r2而连接于电路接地。电路接地与导电层32连接。
39.并联电路5的一端p1连接于放大器a1的输入端子。放大器a1的输出端子连接于端子t1。端子t2连接于电路接地。
40.端子t1连接于同轴电缆4的芯线，端子t2连接于同轴电缆4的屏蔽线。由此，放大器a1的输出信号经由同轴电缆4而输出到示波器或数据记录器等测定装置。再者，放大器a1的输出信号不限于经由同轴电缆输出的例子，也可为双绞线电缆或多芯电缆等。另外，放大器a1的输出信号线与放大器a1等的运作用电源线也可包含在一根电缆中。就减少噪声的影响的观点而言，更优选为与放大器a1的输出信号用电缆分开地设置供给放大器a1等的运作用电源的电缆。
41.电缆cbl并无特别限定，例如假定为电动汽车的马达驱动用电源电缆。在电动汽车的马达驱动用电源电缆的情况下，作为自逆变器输出的基于脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)的矩形波周期波形的交流电压成为测定对象。在所述情况下，假定的电压为交流电(alternating current，ac)200v～1000v，测定波形为相当于频率1khz～1mhz的脉冲。
42.电缆cbl的交流电压经由静电电容cx施加到并联电路5的一端p1。
43.例如在基于pwm的矩形波周期波形的情况下，矩形波的上升、下降中包含高频成分，因此为了精度良好地测定电缆cbl的电压波形，需要检测与矩形波的周期对应的低频成分及与矩形波的上升、下降对应的高频成分此两者。
44.因此，根据夹紧式交流电压探头1，构成电阻r1与电容器c2的串联电路。电阻r1与电容器c2的串联电路是所谓的积分电路，作为使低频成分通过的低通滤波器而发挥功能。
45.由于电容器c2的端子间电压与电阻r1的端子间电压相加并被施加到放大器a1的输入端子，因此根据电阻r1与电容器c2的串联电路，可将与矩形波的周期对应的低频成分输入到放大器a1。
46.另外，根据夹紧式交流电压探头1，构成电容器c1与电阻r2的串联电路。电容器c1与电阻r2的串联电路是所谓的微分电路，作为使高频成分通过的高通滤波器而发挥功能。
47.由于电阻r2的端子间电压与电容器c1的端子间电压相加并被施加到放大器a1的输入端子，因此根据电容器c1与电阻r2的串联电路，可将与矩形波的上升、下降对应的高频成分输入到放大器a1。
48.即，与矩形波的周期对应的低频成分、以及与矩形波的上升、下降对应的高频成分此两者重叠并被输入到放大器a1的输入端子。因此，能够精度良好地利用放大器a1放大自电缆cbl检测出的交流电压波形，并输出到测定装置。
49.另外，电阻r1的电阻值r1与电容器c1的阻抗相比非常大。具体而言，例如可将电阻值r1设为1mω～1gω。例如，若将假定的频率f设为1khz～1mhz且将电容器c1设为1nf，则电容器c1的相对于1khz的阻抗|z|为1/(2π
×
103×
10-9
)＝159kω，电容器c1的相对于1mhz的阻抗|z|为1/(2π
×
106×
10-9
)＝159ω。
50.由此，电阻值r1相对于频率f为1khz时的电容器c1的阻抗|z|大1mω/159kω＝6.3倍以上，相对于频率f为1mhz时的电容器c1的阻抗|z|大1mω/159ω＝6300倍以上。因此，从电缆cbl检测出的交流电流的大部分流过静电电容cx、电容器c1、电容器c2的串联电路。
51.其结果，由于可大致忽略流过电阻r1的电流，因此电缆cbl的电缆电压vin由静电电容cx、电容器c1、电容器c2的串联电路分压，输入到放大器a1的输入电压va可利用下式(1)近似。
52.va＝vin
×
(cxc2+cxc1)/(c1c2+cxc2+cxc1)
…
(1)其中，将电容器c1的静电电容设为c1，将电容器c2的静电电容设为c2。
53.如此，根据夹紧式交流电压探头1，电缆电压vin被分压，电压减少的输入电压va被输入到放大器a1，因此如专利文献1所记载，容易在不设置生成高电压的电路的情况下测定高电压的交流电压。
54.例如，可将静电电容cx设为0.1pf～10pf，将静电电容c1设为0.1nf～10nf，将静电电容c2设为1nf～100nf。在cx＝0.1pf、c1＝0.1nf、c2＝1nf时，根据式(1)，va＝vin
×
0.001。另外，在cx＝10pf、c1＝10nf、c2＝100nf时，根据式(1)，va＝vin
×
0.001。
55.即，可将电缆电压vin低电压化至1/1000的输入电压va输入到放大器a1。在所述情况下，即使电缆电压vin为1kv，输入到放大器a1的输入电压va也为1v，因此容易测定高电压的电缆电压vin。
56.放大器a1是将所输入的信号放大并输出的所谓的放大电路。放大器a1优选为输入阻抗为高阻抗的元件，例如可适宜地使用利用结型(junction)场效晶体管(field effect transistor，fet)或金属氧化物半导体fet(metal-oxide-semiconductor fet，mosfet)等fet而构成的放大器。
57.如上所述，通过由电极e从电缆cbl检测出的交流电流流过静电电容cx、电容器c1、电容器c2的串联电路，电缆电压vin被分压，输入电压va被输入到放大器a1。然而，在放大器a1的输入阻抗小时，所检测出的交流电流流入放大器a1，流过静电电容cx、电容器c1、电容器c2的串联电路的电流减少，输入电压va降低。因此，电缆电压vin的检测精度有降低的可能性。
58.然而，通过将放大器a1的输入阻抗设为高阻抗，可减少流入放大器a1的输入端子
的电流。其结果，可减少电缆电压vin的检测精度降低的可能性。
59.放大器a1的输出信号经由端子t1及同轴电缆4被输出到测定装置。由此，能够利用测定装置观测电缆cbl的交流电压波形。
60.再者，如图4所示，也可将放大器a1的输入端子连接于另一端p2，而不是连接于一端p1。然而，有时想根据要检测的信号的频率或波形来调整包含电阻r1及电容器c2的低通滤波器、包含电容器c1及电阻r2的高通滤波器的滤波器特性。在伴随着此种滤波器特性的调整而电容器c1、电容器c2的电路常数变更且静电电容cx、电容器c1、电容器c2的串联电路中的分压比发生变化时，在将放大器a1的输入端子连接于另一端p2的情况下，输入到放大器a1的检测电平发生变化。
61.另一方面，在将放大器a1的输入端子连接于一端p1的情况下，若在电容器c1、电容器c2的串联阻抗不发生变化的范围内调节电容器c1、电容器c2的静电电容，则能够抑制输入到放大器a1的检测电平的变化，并调整滤波器特性。因此，也可将放大器a1的输入端子连接于另一端p2，但更优选为连接于一端p1的情况。
62.即，本发明的一例的夹紧式交流电压探头包括：夹紧部，夹紧作为测定对象的电缆；电极，以与由所述夹紧部夹紧的所述电缆相向的方式配设而成；并联电路，第一电容器与第一电阻并联连接，一端与所述电极连接；第二电阻，一端连接于所述并联电路的另一端，另一端连接于电路接地；第二电容器，一端连接于所述并联电路的另一端，另一端连接于电路接地；以及放大器，在输入端子连接所述并联电路的所述一端或所述另一端，并将输入到所述输入端子的信号放大并输出。
63.根据所述结构，电缆的芯线与电极相向配置，电极与电缆的芯线静电耦合。其结果，经由电缆的芯线与电极之间所产生的静电电容，电缆的交流电压被施加到并联电路的一端。另外，将第一电阻与第二电容器串联连接而构成低通滤波器，将第一电容器与第二电阻串联连接而构成高通滤波器。其结果，通过利用低通滤波器取得作为测定对象的交流电压的基本频率，利用高通滤波器取得交流电压的上升、下降等波形中包含的高频成分，从而容易精度良好地检测测定对象的波形。进而，由于电缆与电极静电耦合，因此来自电缆的直流电流被切断，从电极获得的电流成为交流。其结果，关于被输入到放大器的电压，由电缆电极间的静电电容、第一电容器及第二电容器进行的分压占据主导地位。如此，例如即使电缆的电压是高电压，被分压而实现了低电压化的电压也会被输入到放大器。因此，即使测定对象为高电压，也可如专利文献1所记载那样在不设置生成高电压的电路的情况下进行检测，因此若使用所述夹紧式交流电压探头，则容易测定高电压的交流电压。
64.另外，所述放大器的所述输入端子优选为与所述并联电路的所述一端连接。
65.根据所述结构，输入到放大器的电压的分压比由第一电容器与第二电容器的串联阻抗来决定。与此相对，在将放大器的输入端子与并联电路的所述另一端连接的情况下，输入到放大器的电压的分压比由第二电容器的阻抗来决定。因此，在为了调整低通滤波器的特性而使第二电容器的静电电容发生变化时，输入到放大器的信号电平也发生变化。另一方面，根据所述结构，输入到放大器的电压的分压比由第一电容器与第二电容器的串联阻抗来决定，因此通过在不使第一电容器及第二电容器的串联阻抗发生变化的范围内使第二电容器的静电电容发生变化，容易抑制输入到放大器的信号电平的变化且调节第二电容器的静电电容。
66.另外，所述第一电阻的电阻值优选为比所述第一电容器的阻抗大。
67.根据所述结构，在第一电容器与第一电阻的并联电路中，与第一电阻相比，在第一电容器中流过更多的电流。其结果，由电缆电极间的静电电容、第一电容器及第二电容器进行的分压精度提高。
68.另外，所述放大器的所述输入端子优选为高阻抗。
69.根据所述结构，可减少从电极流入放大器的输入端子的电流，因此由电缆电极间的静电电容、第一电容器及第二电容器进行的分压精度提高。
70.另外，所述放大器优选为使用fet而构成。
71.fet的输入阻抗为高阻抗，因此适合作为所述放大器。
72.另外，优选为，所述夹紧部使用绝缘材料而构成，所述电极配设在所述夹紧部的内部，以介隔所述绝缘材料而与所述电缆相向的方式配置。
73.根据所述结构，即使在电缆的芯线与夹紧部接触的情况下，电缆的电压也不会被直接施加到电极，因此夹紧式交流电压探头的安全性提高。
74.另外，优选为，还包括框体，所述框体与所述夹紧部连结，并收容所述并联电路、所述第二电阻、所述第二电容器及所述放大器，所述框体的外壁面为绝缘性，内壁面为导电性，所述电路接地连接于所述导电性的内壁面。
75.根据所述结构，可使用户所接触的框体的外壁面为绝缘性来提高安全性，且通过导电性的内壁面来减少来自外部环境的电磁噪声。
76.另外，优选为，所述夹紧部具有收容所述电极的收容空间，所述夹紧部的外壁面为绝缘性，所述收容空间的内壁面至少除了位于所述电极与所述电缆之间的部分以外为导电性，所述电路接地连接于所述收容空间的导电性的内壁面。
77.根据所述结构，可使用户所接触的夹紧部的外壁面为绝缘性来提高安全性，且通过内壁面的导电性的部分来减少来自外部环境的电磁噪声。
78.另外，优选为，所述夹紧部通过一对夹紧臂夹紧所述电缆，所述一对夹紧臂中的至少一个的基端部由轴体轴支承，所述至少一个夹紧臂能够以所述轴体为中心摆动，在所述一对夹紧臂的前端附近形成有能够收纳用于紧固所述一对夹紧臂的螺钉的螺钉孔。
79.根据所述结构，可通过螺钉来紧固一对夹紧臂，因此可利用一对夹紧臂牢固地夹紧电缆。因此，电缆与夹紧臂之间不易产生间隙，电缆电极间的静电电容稳定。其结果，容易利用夹紧式交流电压探头来检测电缆电压。
80.符号的说明
81.1：夹紧式交流电压探头
82.2：夹紧部
83.3：框体
84.4：同轴电缆
85.5：并联电路
86.21、22：夹紧臂
87.23、24：螺钉孔
88.25：螺钉
89.26：螺母
90.27：轴体
91.28：收容空间
92.31：电路基板
93.32：导电层
94.211、221：保持槽
95.a1：放大器
96.c1：电容器(第一电容器)
97.c2：电容器(第二电容器)
98.cbl：电缆
99.e：电极
100.p1：一端
101.p2：另一端
102.r1：电阻(第一电阻)
103.r2：电阻(第二电阻)
104.t1、t2、t3：端子
105.va：输入电压
106.vin：电缆电压
107.w：布线