專利名稱：手持式電壓檢測(cè)探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)試設(shè)備領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于檢測(cè)在導(dǎo)體上存在交流(AC)信號(hào)電壓的手持式探測(cè)器。
背景技術(shù)：
在本領(lǐng)域中已知的手持式電探測(cè)器用于檢測(cè)在導(dǎo)體上存在的交流信號(hào)電壓。所述探測(cè)器或者是接觸型的，其需要和導(dǎo)體的未絕緣的部分直接電接觸，或者是非接觸型的，用于當(dāng)其位于導(dǎo)體的附近時(shí)檢測(cè)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。由于使用者可能接收有害的電擊，因此存在和接觸型探測(cè)器有關(guān)的安全問題，從而非接觸型的探測(cè)器是優(yōu)選的。
因?yàn)閮煞N類型的探測(cè)器使用視覺與/或聽覺指示器向使用者表示檢測(cè)的電壓的存在，許多探測(cè)器具有手動(dòng)的通斷開關(guān)，這使得使用者能夠在不用探測(cè)器時(shí)使其無(wú)效。不過，所述開關(guān)具有若干個(gè)缺點(diǎn)。如果開關(guān)由金屬制成，并且如果開關(guān)接觸“火”線或電路，其可能成為電擊和傷害使用者的通路。使用者可能在使用探測(cè)器之前忘記接通所述開關(guān)，因而具有假的負(fù)讀數(shù)的危險(xiǎn)，或者使用者可能忘記關(guān)斷開關(guān)，使得電池被耗盡。手動(dòng)的通斷開關(guān)還可以由于長(zhǎng)期重復(fù)使用而被擊穿。因此，最好是，使用者使用一種不依賴于手動(dòng)通斷開關(guān)的探測(cè)器。
美國(guó)專利5103165披露了一種改進(jìn)的可以是接觸型和或者是非接觸型的無(wú)開關(guān)型的探測(cè)器。在該專利的最好方式的實(shí)施例中，其探測(cè)器殼體由不導(dǎo)電的材料制成，例如聚氯乙烯(PVC)，以便減少對(duì)使用者造成電擊的危險(xiǎn)，并且通過使用內(nèi)部電路用于當(dāng)檢測(cè)到電流或電壓時(shí)使探測(cè)器自動(dòng)接通，從而取消了開關(guān)的使用，以減少電池漏電。上述專利披露的探測(cè)器提供一種視覺指示器，向使用者警示電流或電壓的存在，但是沒有聽覺指示器。不過，該專利的探測(cè)器的絕緣殼體存在積聚靜電荷的問題，這會(huì)引起視覺指示器的閃爍，也會(huì)引起聽覺指示器的鳴叫。當(dāng)探測(cè)器在衣物上摩擦?xí)r，例如在使用者的口袋或袖子中摩擦?xí)r則可能發(fā)生靜電積聚。這種間歇地閃爍或鳴叫會(huì)煩擾使用者，并且也會(huì)消耗電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種無(wú)開關(guān)的用于檢測(cè)并警示導(dǎo)體上具有交流電壓信號(hào)的手持式探測(cè)器，其包括濾波電路，用于減少由于靜電積累而引起的探測(cè)器的指示器的間歇激勵(lì)。本發(fā)明的探測(cè)器包括天線，適于檢測(cè)由導(dǎo)體上的交流電壓輻射的電能，檢測(cè)器電路，其響應(yīng)在天線上檢測(cè)的電能，用于當(dāng)天線上的電能滿足一定的幅值和持續(xù)時(shí)間的閾值時(shí)提供電信號(hào)，指示器，用于警示使用者檢測(cè)的電能的存在，以及和指示器電路相連的激勵(lì)電路，適于只有當(dāng)在一個(gè)時(shí)間間隔期間從所述檢測(cè)電路接收到足夠數(shù)量的信號(hào)時(shí)才激勵(lì)所述指示器，因而減少探測(cè)器指示器由于靜電積累而引起的間歇激勵(lì)以及電池的任何相關(guān)的漏電。
在這種手持式探測(cè)器中，檢測(cè)電路建立關(guān)于和天線檢測(cè)的電能相關(guān)的能量閾值。檢測(cè)電路對(duì)檢測(cè)的電能的幅值和頻率進(jìn)行濾波。當(dāng)檢測(cè)的電能滿足能量閾值時(shí)，則由檢測(cè)電路產(chǎn)生頻率和持續(xù)時(shí)間可以改變的電信號(hào)，并且由所述激勵(lì)電路接收所述電信號(hào)。所述激勵(lì)電路作為一個(gè)開關(guān)，用于只有當(dāng)在給定的時(shí)間間隔期間從檢測(cè)電路接收到足夠數(shù)量的信號(hào)時(shí)才激勵(lì)所述指示器。如果激勵(lì)電路未從檢測(cè)電路收到足夠的信號(hào)，則指示器不被激勵(lì)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述探測(cè)器包括天線，適于當(dāng)探測(cè)器位于導(dǎo)電部件附近時(shí)，檢測(cè)從所述導(dǎo)電部件輻射的電能；指示器，當(dāng)其被激勵(lì)時(shí)，用于向使用者發(fā)出警示信號(hào)；檢測(cè)器電路，包括和天線相連的第一反相器，適于響應(yīng)在天線上檢測(cè)的電壓的一個(gè)范圍，以及第二反相器，其和所述第一反相器相連，適于每當(dāng)?shù)谝环聪嗥鞯妮敵鲭妷焊淖儠r(shí)進(jìn)行響應(yīng)；以及包括電容器的激勵(lì)電路，其和第二反相器以及指示器相連，適于在收到來(lái)自第二反相器的信號(hào)以便在所述電容器被完全充電時(shí)激勵(lì)所述指示器時(shí)進(jìn)行充電，以及振蕩器，適于周期地對(duì)所述電容器放電。
本發(fā)明的這些和其它的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，通過結(jié)合附圖進(jìn)行的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明可以更加清楚地看出。


圖1是按照本發(fā)明的手持式電探測(cè)器的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖2是圖1的實(shí)施例的分解的透視圖；圖3A和3B是在圖1和圖9的實(shí)施例中使用的電路的原理圖；圖4是用于說(shuō)明圖3A，3B的電路的操作的信號(hào)波形；
圖5是用于說(shuō)明圖3A，3B的電路的操作的另一個(gè)信號(hào)波形；圖6是用于說(shuō)明圖3A，3B的電路的操作的另一個(gè)信號(hào)波形；圖7是用于說(shuō)明圖3A，3B的電路的操作的另一個(gè)信號(hào)波形；圖8是用于說(shuō)明圖3A，3B的電路的操作的另一個(gè)信號(hào)波形；圖9是按照本發(fā)明的手持式電探測(cè)器的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖10是圖1的實(shí)施例的分解圖；圖11是沿著圖9所示的線取的圖9的本發(fā)明的垂直截面圖；圖12A和12B是在圖1和圖9的實(shí)施例中使用的電路的原理圖；圖13是用于說(shuō)明圖12A，12B的電路的操作的信號(hào)波形；圖14是用于說(shuō)明圖12A，12B的電路的操作的另一個(gè)信號(hào)波形；圖15是用于說(shuō)明圖12A，12B的電路的操作的另一個(gè)信號(hào)波形；圖16是用于說(shuō)明圖12A，12B的電路的操作的另一個(gè)信號(hào)波形；以及圖17是用于說(shuō)明圖12A，12B的電路的操作的另一個(gè)信號(hào)波形。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，其中的手持式電探測(cè)器總體上用標(biāo)號(hào)100表示。該探測(cè)器100包括和空心殼體104的一端相連的探測(cè)器尖端102，以及可通過螺紋連接在殼體104的相對(duì)端上的帽106。聲音孔107經(jīng)過探測(cè)器尖端102通到內(nèi)部的聽覺指示器，使得當(dāng)聽覺指示器被激勵(lì)時(shí)聲音可以通過所述聲音孔發(fā)出。夾子108和殼體104相連，用于把探測(cè)器100連附于一個(gè)物體例如使用者的口袋上。
參見圖2，其中以分解的示意圖的形式詳細(xì)示出了探測(cè)器100。探測(cè)器尖端102具有空心的內(nèi)部和尖端延伸部分200。探測(cè)器尖端102由透光的聚氯乙烯(PVC)構(gòu)成。殼體104和探測(cè)器尖端102的空心的內(nèi)部含有電路板202。該電路板202以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式安裝在殼體104內(nèi)。電路板202包括電路裝置(后面還要詳細(xì)說(shuō)明，并被示于圖3A，3B)，其中包括集成電路和呈發(fā)光二極管204和聽覺指示器206的形式的電磁場(chǎng)指示器，所述聽覺指示器被通俗地稱為“蜂鳴器”。在這個(gè)實(shí)施例中，所述指示器可以通過施加功率被激勵(lì)。天線212的一端和電路板202相連，在本實(shí)施例中，該天線是導(dǎo)電的，并且由黃銅制成。天線212的相對(duì)端被嵌入探測(cè)器尖端102的導(dǎo)電尖端延伸部分200中，從而用于不接觸能源地檢測(cè)電磁場(chǎng)。電路板202和天線212相連，以便接收表示被檢測(cè)的電磁場(chǎng)的存在的信號(hào)。
為了減少使用者受到電擊的可能性，探測(cè)器尖端102、殼體104、和探測(cè)器100的帽106都由不導(dǎo)電的材料制成，例如抗沖擊的塑料，在本實(shí)施例中采用聚氯乙烯(PVC)。探測(cè)器尖端102和殼體104由黏合劑相連。
殼體104含有兩個(gè)小電池，用標(biāo)號(hào)214和216表示，用于對(duì)探測(cè)器100的電路提供功率。在本實(shí)施例中，每個(gè)電池是1.5V。在電池216的一端的一個(gè)極和一個(gè)前接點(diǎn)(未示出)相連，所述前接點(diǎn)連附于電路板202的右端附近。電池214和電池216具有低的和高的電壓輸出。所述前接點(diǎn)在本實(shí)施例中是片型彈簧。一個(gè)撓性接點(diǎn)208被連附于電路板202的左端，并且和電路裝置相連，以便完成通過電池214和216的電路。在本實(shí)施例中，撓性接點(diǎn)208由黃銅構(gòu)成，但是也可以由其它合適的導(dǎo)電材料制成。所述撓性接點(diǎn)208可以沿一個(gè)方向彎曲，從而和相鄰的電池214的極接觸，并由盤簧210保持在這種接合狀態(tài)下。撓性接點(diǎn)208還可以被移動(dòng)到一直線位置，從而能夠在殼體104的內(nèi)部插入和除去電池214和216。
殼體104的左端具有內(nèi)螺紋218，其和帽106的外螺紋220匹配，用于使帽106和殼體104相連或拆下。盤簧210被安裝在帽106內(nèi)，使得當(dāng)帽106和殼體104相連時(shí)，盤簧210可靠地和撓性接點(diǎn)208接合，從而和相鄰的電池214的極形成可靠的電連接，并且對(duì)電池214和216施加一個(gè)力，將它們推入殼體104內(nèi)，使得電池216的所述極和電路板202的前接點(diǎn)保持牢固的接觸，因而完成在電池214、216以及電路板202之間的電路。
作為代替使用撓性接點(diǎn)208、內(nèi)部螺紋218和外部螺紋220的另一種方案，帽106和殼體104可以使用具有陽(yáng)端和陰端的電連接器連接。連接器的陽(yáng)端被安裝在電路板202上，并和電路300(見圖3A，3B)電氣相連。連接器的陰端被安裝在帽106的內(nèi)部，并和盤簀210電氣相連。在這個(gè)替代的實(shí)施例中，當(dāng)盤簧210和相鄰的電池214的極牢固地接合，從而把電池214和216推入殼體104內(nèi)并和電路板202的前接點(diǎn)牢固地接合時(shí)，借助于連接器的陽(yáng)端和陰端的連接而實(shí)現(xiàn)的帽106和殼體104的連接形成一個(gè)電路。
現(xiàn)在參看圖3A，3B，其中示出了電路300的原理圖，所述電路被設(shè)置在所示的電路板202上，并且位于探測(cè)器尖端102和殼體104內(nèi)。電路300具有天線374，用于當(dāng)探測(cè)器位于導(dǎo)電部件附近時(shí)，檢測(cè)從所述導(dǎo)電部件例如導(dǎo)線輻射的電能的存在。在這個(gè)實(shí)施例中，電路300用于警示使用者電能的存在，所述電能具有不斷地改變著的電磁場(chǎng)。所述電路包括兩個(gè)指示器，即聽覺指示器302和呈發(fā)光二極管304的形式的視覺指示器，當(dāng)這些指示器被激勵(lì)時(shí)，它們警示使用者存在一定的電能。此外，電路300包括和天線374相連的電路，用于當(dāng)由天線374檢測(cè)的電能在一定的時(shí)間間隔內(nèi)滿足一個(gè)測(cè)量閾值時(shí)，激勵(lì)所述指示器。在這個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)從導(dǎo)電部件輻射的電能大約在50到400赫茲之間并且大約大于40-50V時(shí)滿足所述測(cè)量閾值。在電路300中具有激勵(lì)電路，其在每當(dāng)所述閾值被滿足時(shí)便收到一個(gè)信號(hào)。如果在一個(gè)時(shí)間間隔期間收到足夠的信號(hào)，則指示器被激勵(lì)。
在這個(gè)實(shí)施例中，電路300使用3.0V的電源，這由圖2所示的電池214和216提供。電池214和216在節(jié)點(diǎn)308(BAT+)以及310(BAT-)和電路300相連。
當(dāng)位于導(dǎo)電部件附近時(shí)，天線374檢測(cè)導(dǎo)電部件上的電能。天線374和節(jié)點(diǎn)314(N1)相連。由天線374檢測(cè)的電能在節(jié)點(diǎn)314產(chǎn)生電壓。重要的是，電路300只對(duì)某些電能敏感。在本實(shí)施例中，電阻器306(R1)和反相器316(I1)配置成使得電路300只對(duì)超過一定的電壓的由天線374檢測(cè)的電能敏感。在優(yōu)選實(shí)施例中，電阻器306為330兆歐，并被連接在節(jié)點(diǎn)314和310之間。在這個(gè)實(shí)施例中，電阻器306使電路300能夠檢測(cè)大于大約40-50V的電壓。
電路300包括集成電路(IC)，其包括若干個(gè)反相器，在圖3A，3B中分別由標(biāo)號(hào)316，318，320，322，324和326表示。所述IC能夠?qū)崿F(xiàn)否則要由多個(gè)分立的電氣元件實(shí)現(xiàn)的許多功能。在本實(shí)施例中的反相器316，318，320，322，324和326是CMOS施密特觸發(fā)器反相器。眾所周知，CMOS型電路具有低的功率消耗。在本實(shí)施例中使用的IC可以由許多不同的公司得到，例如Fairchild，Motorola，TexasInstrument或Toshiba。電池214和216通過用本領(lǐng)域熟知的方式和IC的合適的管腳相連從而對(duì)IC供電。此外，電池214和216確定閾值電壓以及反相器的輸出。作為后面的參考，在本實(shí)施例中，反相器的高的閾值電壓是施加于IC上的電壓的2/3，或者2.0V。因此，在本實(shí)施例中，對(duì)反相器的高輸入是大于2.0V的電壓。在這個(gè)實(shí)施例中，低的閾值電壓是施加于IC上的電壓的1/3，或者1.0V。反相器的高輸出大約為3.0V，反相器的低輸出大約為0。此外，電池214和216當(dāng)聽覺指示器302和發(fā)光二極管304被激勵(lì)時(shí)為其提供功率。
電阻器312(R2)是100兆歐，被連接在節(jié)點(diǎn)314和反相器316之間。在反相器316的輸入端的電阻器312用于防止大的輸入電流破壞IC。
當(dāng)天線374接近電磁場(chǎng)時(shí)，在節(jié)點(diǎn)314以及反相器316的輸入端便產(chǎn)生電壓。當(dāng)天線374所在位置沒有電磁場(chǎng)(或者很小)時(shí)，反相器31 6的輸出為高，這是因?yàn)樵谄漭斎攵司哂械偷碾妷?。?dāng)在天線374上具有幅值大于反相器316的高閾值的信號(hào)時(shí)，反相器的輸出為低。出現(xiàn)在反相器316的輸入端的信號(hào)電壓的數(shù)量取決于在天線374和信號(hào)源(通常是導(dǎo)線)之間的電容、電阻器306和312的阻值以及反相器316的輸入電容。
電容器328(C1)和電阻器332(R3)提供高通濾波器，并被連接在反相器316和反相器318(I2)之間的配置中，以便提供交流耦合，并作為微分器。電容器328是0.01微法，連接在反相器316的輸出和節(jié)點(diǎn)330(N2)之間。電阻器332是470兆歐，連接在節(jié)點(diǎn)330和308之間。電容器328和電阻器332的時(shí)間常數(shù)由電容器328的電容值和電阻器332的阻值(其是470兆歐)的乘積給出。這個(gè)特征使得電路300只能響應(yīng)連續(xù)的時(shí)變信號(hào)。這個(gè)特征在操作期間是有幫助的，例如，當(dāng)在探測(cè)器尖端102(圖1)和被探測(cè)的導(dǎo)線之間的距離改變，因而引起改變著的檢測(cè)信號(hào)時(shí)。這個(gè)可能是由于使用者移動(dòng)探測(cè)器而引起的距離的改變，可能引起在反相器316上的電壓的大的改變，因而足以產(chǎn)生不精確的讀數(shù)。下面詳細(xì)說(shuō)明微分器。
反相器318的輸出響應(yīng)反相器316的輸入的一定改變而改變。大于反相器316的高閾值的電壓幅值以一定的頻率使反相器316的輸出變高。如前所述，如果所述改變通過電容器328和電阻器332的微分器結(jié)構(gòu)的話，這種改變將影響在節(jié)點(diǎn)330上存在的電壓。因此，反相器316、電阻器306、電容器328和電阻器332的結(jié)構(gòu)用于對(duì)在節(jié)點(diǎn)314上的具有一定的最小電壓和一定的頻率的電壓(來(lái)自天線374的電壓)濾波。此外，當(dāng)濾波器條件被滿足時(shí)，這種結(jié)構(gòu)對(duì)反相器318提供一個(gè)邏輯輸入。當(dāng)濾波器條件被滿足時(shí)，在節(jié)點(diǎn)348(N4)的反相器318的輸出將從低變?yōu)楦?。否則，反相器318的輸出則為低。反相器316、反相器318和微分器的工作將在下面詳細(xì)說(shuō)明。
電阻器334(R4)是1.0兆歐的電阻，其被連接在節(jié)點(diǎn)330和反相器318的輸入之間。電阻器334用于防止高的輸入電流破壞IC。
當(dāng)反相器318的輸出是高時(shí)，電容器336(C2)充電，其電容為0.33微法。電容器336通過與電阻器344(R7)并聯(lián)的二極管342(D1)、電阻器338(R5)和電阻器340(R6)充電。在電容器336充電的時(shí)間間隔期間電容器上的電壓由以下公式確定(其中V是電容器電壓，Vcc是電池電壓(3.0V)，Vc是在電容器336上的電壓，t是對(duì)電容器充電的時(shí)間，R是電阻器338和340的阻值，C是電容器336的電容)V＝(Vcc-Vc)*(1-e^(制(R*C)))當(dāng)電容器充電時(shí)，其電壓隨時(shí)間呈指數(shù)地增加。
二極管342的陽(yáng)極和節(jié)點(diǎn)348相連。二極管342用于防止電容器336向反相器318放電。電阻器344為2.2兆歐，其被連接在節(jié)點(diǎn)348和節(jié)點(diǎn)346(N4)之間。電阻器344使得電容器336能夠緩慢地向回向反相器318放電。
電阻器338是47兆歐，被連接在二極管342的陰極和節(jié)點(diǎn)350(N5)之間。電阻器340是47兆歐，被連接在節(jié)點(diǎn)350和346之間。當(dāng)從反相器318接收電壓脈沖時(shí)，電阻器338和340決定在電容器336上增加的電荷的數(shù)量。
反相器320(I3)和反相器322(I4)的輸入都和節(jié)點(diǎn)346相連，并且反相器320和反相器322的輸出和節(jié)點(diǎn)352(N6)相連。1.5千歐的電阻器376(R12)和節(jié)點(diǎn)352以及雙極結(jié)晶體管(BJT)368的基極相連，用于限制到雙極結(jié)晶體管368的電流。
當(dāng)在電容器336上的電壓低于高閾值時(shí)，反相器320、322的輸出為高。當(dāng)電容器336的電壓高于閾值電壓時(shí)，其輸出為低。如同在后面詳細(xì)說(shuō)明的，反相器320和322的低的輸出引起聽覺指示器302發(fā)聲，并使發(fā)光二極管304發(fā)光。反相器320和322通過BJT368向指示器302和304供電。
振蕩器354通過電阻器340以及二極管364(D2)和電容器336相連。振蕩器354作為定時(shí)器，用于限制電容器336的充電時(shí)間。只有在由振蕩器354設(shè)置的時(shí)間間隔期間電容器336被充電超過一定的閾值電壓的條件下，指示器才被激勵(lì)。振蕩器354是一種非穩(wěn)態(tài)的多諧振蕩器，其連續(xù)地產(chǎn)生輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)具有由電阻器356(R8)、電阻器358(R9)、電容362(C3)、反相器324(I5)和反相器326(I6)確定的周期。振蕩器354產(chǎn)生具有3.0V的峰-峰電壓的非對(duì)稱的方波。當(dāng)振蕩器的輸出為低時(shí)，電容器336放電。因此，為了使指示器被激勵(lì)，在振蕩器354變低之前，電容器336上的電壓必須大于閾值電壓。只有當(dāng)振蕩器為高并且反相器318的輸出為高時(shí)，電容器336才被充電。在本實(shí)施例中，振蕩器的輸出為低的時(shí)間間隔大約是174毫秒，并且在本實(shí)施例中，振蕩器的輸出為高的時(shí)間間隔大約是290毫秒。振蕩器354當(dāng)其輸出為低時(shí)通過電阻器340和二極管364放電。當(dāng)振蕩器的輸出是高時(shí)，二極管364用于保持來(lái)自充電的電容器336的輸出。
在本實(shí)施例中，電阻器356、電阻器358和電容器362分別是180千歐、270千歐和1.0微法。振蕩器354還包括電阻器360R10，其阻值是1.0兆歐，以及二極管366(D3)。電阻器360用于限制反相器324的電流。當(dāng)振蕩器354的輸出是低時(shí)，電容器336通過電阻器340和二極管364放電。這使得電容器362上的電壓減少到小于低的閾值，從而使反相器320和322的輸出為高。電容器336放電到反相器320、322的低閾值所需的時(shí)間由下面的公式給出(其中Vc是放電之前電容器上的電壓，R是電阻器340的電阻，C是電容器336的電容，V是反相器的低閾值電壓)T＝-R*C*In(V/Vc)現(xiàn)在參看圖4，其中所示的電壓對(duì)時(shí)間的曲線表示當(dāng)在天線374上具有大于閾值的60Hz的信號(hào)時(shí)電容器336上的電壓隨時(shí)間的變化。分別用標(biāo)號(hào)400和404示出了反相器320和322的輸入為高閾值和低閾值時(shí)的電壓。從電壓成為反相器400的高閾值時(shí)開始到在404電壓成為低閾值時(shí)的時(shí)間間隔是指示器被激勵(lì)的時(shí)間間隔(下面將詳細(xì)說(shuō)明)。當(dāng)這個(gè)電壓在反相器320和322的低閾值和高閾值之間改變時(shí)，這些反相器的輸出從高向低，再?gòu)牡拖蚋吒淖儭＿@以振蕩器354的頻率發(fā)生。在標(biāo)號(hào)402開始到標(biāo)號(hào)406的時(shí)間間隔表示電容器336放電的時(shí)間。從標(biāo)號(hào)406到標(biāo)號(hào)408的時(shí)間，表示電容器336充電的時(shí)間。標(biāo)號(hào)410表示反相器318利用脈沖對(duì)電容器336充電的時(shí)間間隔。標(biāo)號(hào)412表示反相器318不輸出脈沖并且電容器336通過電阻器344放電的時(shí)間間隔。
再次參看圖3A，3B，反相器320、反相器322和BJT 368的配置用作激勵(lì)指示器的開關(guān)。當(dāng)電容器336上的電壓達(dá)到反相器320、322的高閾值時(shí)，所述開關(guān)接通。當(dāng)反相器320和反相器322具有高的輸出時(shí)，不向聽覺指示器302或發(fā)光二極管304提供電池功率。低的輸出使BJT 368導(dǎo)通，借以向節(jié)點(diǎn)370(N7)提供電池功率。BJT 368的連接如下發(fā)射極和節(jié)點(diǎn)308相連；基極和電阻器376相連；集電極和節(jié)點(diǎn)370相連。
當(dāng)電池功率加于節(jié)點(diǎn)370時(shí)，指示器，即聽覺指示器302和發(fā)光二極管304被激勵(lì)，借以警示使用者存在超過一定的閾值的恒定變化的交流電壓。聽覺指示器302連接在節(jié)點(diǎn)370和310之間。一個(gè)150歐姆的電阻器372(R11)和LED 304串聯(lián)連接在節(jié)點(diǎn)370和310之間。當(dāng)被供電時(shí)，聽覺指示器302和LED 304便以振蕩器的頻率的速率被激勵(lì)(接通和斷開)。在本實(shí)施例中，指示器接通大約290毫秒，斷開大約174毫秒。
參看圖5-8，其中示出了用于說(shuō)明本發(fā)明的微分器的工作的電壓對(duì)時(shí)間的曲線。這些電壓表示在同一個(gè)時(shí)間間隔期間在電路300的不同點(diǎn)存在的電壓。圖5表示在節(jié)點(diǎn)314輸入到反相器316的正弦信號(hào)。標(biāo)號(hào)500和504表示反相器316的高閾值，標(biāo)號(hào)502和506表示反相器316的低閾值。參看圖6，其中示出了作為對(duì)圖5的輸入的響應(yīng)的反相器316的輸出。反相器316的輸出是一個(gè)脈沖，其寬度由輸入信號(hào)跨過反相器的閾值點(diǎn)所用的時(shí)間確定。當(dāng)在節(jié)點(diǎn)314的電壓大于高閾值時(shí)，反相器316的輸出變低。當(dāng)在節(jié)點(diǎn)314的電壓低于低閾值時(shí)，反相器316的輸出變高。
參見圖7，其中示出了微分器的輸出。該圖表示響應(yīng)圖6所示的作為輸入的隨時(shí)間變化的電壓而在節(jié)點(diǎn)330產(chǎn)生的微分器的輸出。在節(jié)點(diǎn)330的電壓是輸入到反相器318的電壓。標(biāo)號(hào)702和706表示反相器318的低閾值，標(biāo)號(hào)704和708表示反相器318的高閾值。反相器318產(chǎn)生高輸出的時(shí)間間隔由下式給出(其中t是圖7中由標(biāo)號(hào)700表示的時(shí)間，R是電阻器器332的電阻，C是電容器328的電容)
2＝3*(1-e^(t/(R*C)))如圖8所示，由于微分器電路，使得不管在節(jié)點(diǎn)314的信號(hào)跨過反相器316的閾值點(diǎn)所用的時(shí)間多長(zhǎng)，反相器318的輸出脈沖的寬度總由上式確定。
電容器336充電的唯一的時(shí)間是當(dāng)反相器318的輸出為高并且振蕩器354的輸出為高的時(shí)間。每當(dāng)天線電壓跨過反相器316的高閾值時(shí)，在由電容器328和電阻器332的時(shí)間常數(shù)確定的最大時(shí)間內(nèi)，反相器318的輸出變高。所述微分器和電容器336的積分作用以及振蕩器354的采樣一道，確保探測(cè)器只響應(yīng)大約在50-400Hz頻率范圍內(nèi)的連續(xù)的電壓。
參看圖9，其中示出了手持式電探測(cè)器的另一個(gè)實(shí)施例，用標(biāo)號(hào)900表示。探測(cè)器900和圖1所示的探測(cè)器類似，包括和空心的殼體904的一端相連的探測(cè)器尖端902。夾子908被連接在殼體904的相對(duì)端，用于把探測(cè)器900連附于物體例如使用者的口袋上。殼體904和夾子908的相對(duì)端適于使帽906和殼體904以及夾子908相連或者被除去。聲音孔907通過探測(cè)器尖端902通到內(nèi)部的聽覺指示器，使得當(dāng)聽覺指示器被激勵(lì)時(shí)可以使聲音通過所述聲孔。
為了減少使用者受到電擊的可能性，探測(cè)器尖端902，殼體904，和探測(cè)器900的帽906都由不導(dǎo)電的材料制成，例如抗沖擊的塑料，在本實(shí)施例中采用聚氯乙烯(PVC)。探測(cè)器尖端902和殼體904由黏合劑相連接。
參見圖10，其中以分解的示意圖的形式詳細(xì)示出了探測(cè)器900。探測(cè)器尖端902具有空心的內(nèi)部和尖端延伸部分1000。探測(cè)器尖端902由透光的聚氯乙烯(PVC)構(gòu)成。殼體904和探測(cè)器尖端902的空心的內(nèi)部含有電路板1002。電路板1002以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式安裝在殼體904內(nèi)。電路板1002包括電路裝置(前面已詳細(xì)說(shuō)明，并被示于圖3A，3B)，其中包括集成電路和呈發(fā)光二極管1004和聽覺指示器1006的形式的電磁場(chǎng)指示器，所述聽覺指示器被通俗地稱為“蜂鳴器”。在這個(gè)實(shí)施例中，所述指示器可以通過施加功率被激勵(lì)。天線1012的一端和電路板1002相連，在本實(shí)施例中，天線是導(dǎo)電的，并且由黃銅制成。天線1012的相對(duì)端被嵌入探測(cè)器尖端902導(dǎo)電尖端延伸部分1000中，從而用于不接觸能源地檢測(cè)電磁場(chǎng)。電路板1002和天線1012相連，以便接收表示被檢測(cè)的電磁場(chǎng)的存在的信號(hào)。
殼體904含有兩個(gè)小電池，用標(biāo)號(hào)1014和1016表示，用于對(duì)探測(cè)器900的電路提供功率。在本實(shí)施例中，每個(gè)電池是1.5V。在電池1016的一端的一個(gè)極和一個(gè)前接點(diǎn)(未示出)相連，所述前接點(diǎn)連附于電路板1002的右端附近。電池1014和電池1016具有低的和高的電壓輸出。所述前接點(diǎn)在本實(shí)施例中是片型彈簧。
參見圖11，沿著圖9所示的線取的垂直截面圖表示探測(cè)器900的更詳細(xì)的情況。所示的帽906和殼體904以及夾子908相連。后接點(diǎn)1108沿著所示的帽906的內(nèi)部后表面被容納在帽906內(nèi)，并且后接點(diǎn)1108的一端和安裝在帽906內(nèi)的盤簧1110電氣相連。后接點(diǎn)1108在本實(shí)施例中由黃銅制成，不過也可以由其它合適的導(dǎo)電材料制成。后接點(diǎn)1108的相對(duì)端適于和電路板1002接合，從而當(dāng)把帽906連附于殼體904和夾子908上時(shí)和電路裝置形成電連接。當(dāng)盤簧1110和相鄰的電池1014的極牢固地接合時(shí)，把電池1014和1016推入殼體904內(nèi)，并和電路板1002的前接點(diǎn)牢固地接觸，帽906、殼體904、和夾子908的連接形成電路。
圖12A，12B表示圖3A，3B所示的電路的另一個(gè)實(shí)施例，其功能和電路300類似。雖然圖12A，12B所示的電路可被包括在圖2或者圖10所示的電路板上，為了方便，其使用將結(jié)合圖2所示的探測(cè)器進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施例中，電路1200包括兩個(gè)指示器，即聽覺指示器1202和呈發(fā)光二極管1204的形式的視覺指示器，當(dāng)這些指示器被激勵(lì)時(shí)，它們警示使用者存在一定的電能。所述電路1200的原理圖被設(shè)置在電路板202上，所述電路板位于探測(cè)器100的探測(cè)器尖端102和殼體104內(nèi)(見圖2)。電路1200具有天線1274，用于當(dāng)探測(cè)器100位于導(dǎo)電部件附近時(shí)，檢測(cè)從所述導(dǎo)電部件例如導(dǎo)線輻射的電能的存在。當(dāng)由天線1274檢測(cè)的電能的存在滿足一定的測(cè)量閾值時(shí)，電路1200激勵(lì)發(fā)光二極管1204。當(dāng)由天線1274檢測(cè)到滿足一定的測(cè)量閾值的電能存在并且在一定的時(shí)間間隔內(nèi)滿足所述測(cè)量閾值時(shí)，電路1200激勵(lì)聽覺指示器1202。在這個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)從導(dǎo)電部件輻射的電能大約在50到400赫茲之間并且大約大于40-50V時(shí)滿足所述測(cè)量閾值。在電路1200中的指示器的激勵(lì)不像在圖3A，3B所示的電路那樣幾乎同時(shí)發(fā)生。在電路1200中具有激勵(lì)電路，其在每當(dāng)所述閾值條件被滿足時(shí)便收到一個(gè)信號(hào)。如果在一個(gè)時(shí)間間隔期間收到足夠的信號(hào)，則聽覺指示器1202被激勵(lì)。
通過當(dāng)檢測(cè)的電能滿足測(cè)量閾值時(shí)激勵(lì)發(fā)光二極管1204，而不需要檢測(cè)的電能在一定的時(shí)間間隔內(nèi)滿足測(cè)量閾值，探測(cè)器100可能由于在探測(cè)器殼體上的靜電積累而易于使發(fā)光二極管1204間歇地激勵(lì)，如前所述。這個(gè)特征能夠使使用者在使用探測(cè)器之前對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)，從而確保探測(cè)器能夠工作，并避免由于電池功率不足以激勵(lì)指示器而造成假的負(fù)的讀數(shù)。電路1200使使用者能夠通過在衣服上摩擦探測(cè)器，使其積累足以激勵(lì)發(fā)光二極管1204的靜電來(lái)試驗(yàn)探測(cè)器。
在這個(gè)實(shí)施例中，電路1200使用3.0V的電源，這由圖2所示的電池214和216提供。電池214和216在節(jié)點(diǎn)1208(BAT+)以及1210(BAT-)和電路1200相連。
當(dāng)位于導(dǎo)電部件附近時(shí)，天線1274檢測(cè)導(dǎo)電部件上的電能。天線1274和節(jié)點(diǎn)1214(N1)相連。由天線1274檢測(cè)的電能在節(jié)點(diǎn)1214產(chǎn)生電壓。重要的是，電路1200只對(duì)某種電能敏感。在本實(shí)施例中，電阻器1206(R1)和反相器1216(I1)的配置使得電路1200只對(duì)超過一定的電壓的由天線1274檢測(cè)的電能敏感。在優(yōu)選實(shí)施例中，電阻器1206為330兆歐，并被連接在節(jié)點(diǎn)1214和1210之間。在這個(gè)實(shí)施例中，電阻器1206使電路1200能夠檢測(cè)大于大約40-50V的電壓。
電路1200包括集成電路(IC)，其包括若干個(gè)反相器，在圖12A，12B中分別由標(biāo)號(hào)1216，1218，1220，1222，1224和1226表示。所述IC能夠?qū)崿F(xiàn)否則要由分立的多個(gè)電氣元件實(shí)現(xiàn)的許多功能。在本實(shí)施例中的反相器1216，1218，1220，1222，1224和1226是CMOS施密特觸發(fā)器反相器。眾所周知，CMOS型電路具有低的功率消耗。在本實(shí)施例中使用的IC可以由許多不同的公司得到，例如Fairchild，Motorola，Texas Instrument或Toshiba。電池214和216通過用本領(lǐng)域熟知的方式和IC的合適的管腳相連從而對(duì)IC供電。此外，電池214和216確定閾值電壓以及反相器的輸出。作為后面的參考，在本實(shí)施例中，反相器的高的閾值電壓是施加于IC上的電壓的2/3，或者2.0V。因此，在本實(shí)施例中，對(duì)反相器的高輸入是大于2.0V的電壓。在這個(gè)實(shí)施例中，低的閾值電壓是施加于IC上的電壓的1/3，或者1.0V。反相器的高輸出大約為3.0V，反相器的低輸出大約為0。此外，電池214和216當(dāng)聽覺指示器1202和發(fā)光二極管1204被激勵(lì)時(shí)為其提供功率。
電阻器1212(R2)是100兆歐，被連接在節(jié)點(diǎn)1214和反相器1216之間。在反相器1216的輸入端的電阻器1212用于防止大的輸入電流破壞IC。
當(dāng)天線1274接近電磁場(chǎng)時(shí)，在節(jié)點(diǎn)1214以及反相器1216的輸入端便產(chǎn)生電壓。當(dāng)天線1274所在位置沒有電磁場(chǎng)(或者很小)時(shí)，反相器1216的輸出為高，這是因?yàn)樵谄漭斎攵司哂械偷碾妷?。?dāng)在天線1274上具有幅值大于反相器1216的高閾值的信號(hào)時(shí)，反相器的輸出為低。出現(xiàn)在反相器1216的輸入端的信號(hào)電壓的數(shù)量取決于在天線1274和信號(hào)源(通常是導(dǎo)線)之間的電容、電阻器1206和1212的阻值以及反相器1216的輸入電容。
電容器1228(C1)和電阻器1232(R3)提供高通濾波器，并被連接在反相器1216和反相器1218(I2)之間的配置中，以便提供交流耦合，并作為微分器。電容器1228是0.1微法，連接在反相器1216的輸出和節(jié)點(diǎn)1230(N2)之間。電阻器1232是100千歐，連接在節(jié)點(diǎn)1230和1208之間。電容器1228和電阻器1232的時(shí)間常數(shù)由電容器1228的電容值和電阻器1232的電阻值的乘積給出，其是10毫秒。這個(gè)特征使得電路1200只能響應(yīng)連續(xù)的時(shí)變信號(hào)。這個(gè)特征在工作期間是有幫助的，例如，當(dāng)在探測(cè)器尖端102(圖1)和被探測(cè)的導(dǎo)線之間的距離改變，因而引起改變著的檢測(cè)信號(hào)時(shí)。這個(gè)可能是由于使用者移動(dòng)探測(cè)器而引起的距離的改變，可能引起在反相器1216上的電壓的足夠大的改變，因而產(chǎn)生不精確的讀數(shù)。下面詳細(xì)說(shuō)明微分器。
反相器3128的輸出響應(yīng)反相器1216的輸入的一定的改變而改變。大于反相器1216的高閾值的電壓幅值以一定的頻率使反相器1216的輸出變高。如前所述，如果所述改變通過電容器1228和電阻器1232的微分器結(jié)構(gòu)的話，這種改變將影響在節(jié)點(diǎn)1230上存在的電壓。因此，反相器1216、電阻器1206、電容器1228和電阻器1232的結(jié)構(gòu)用于對(duì)在節(jié)點(diǎn)1214的處于一定的最小電壓和一定的頻率的電壓(來(lái)自天線1274的電壓)濾波。此外，當(dāng)濾波器條件被滿足時(shí)，這種結(jié)構(gòu)對(duì)反相器1218提供一個(gè)邏輯輸入。當(dāng)濾波器條件被滿足時(shí)，在節(jié)點(diǎn)1248(N4)的反相器1218的輸出將從低變?yōu)楦摺７駝t，反相器1218的輸出則為低。反相器1216、反相器1218和微分器的工作將在下面詳細(xì)說(shuō)明。
電阻器1234(R4)是1.0兆歐的電阻，其被連接在節(jié)點(diǎn)1230和反相器1218的輸入之間。電阻器1234用于防止高的輸入電流破壞IC。
反相器1220(I3)的輸入端和節(jié)點(diǎn)1248相連。1.0千歐的電阻器1280(R13)連接在反相器1220和雙極結(jié)晶體管(BJT2)1278的基極之間，用于限制流到BJT2 1278的電流。150歐姆的電阻器1272(R11)和發(fā)光二極管1204串聯(lián)連接在BJT2 1278的集電極和節(jié)點(diǎn)1210之間。BJT2的發(fā)射極和節(jié)點(diǎn)1208相連。BJT2作為用于激勵(lì)發(fā)光二極管1204的開關(guān)。當(dāng)濾波器條件被滿足時(shí)，所述開關(guān)導(dǎo)通，如上所述，并且反相器1218的輸出電壓達(dá)到反相器1220的高閾值。當(dāng)反相器1220具有高輸出時(shí)，不向發(fā)光二極管1204提供電池功率。低輸出使BJT2導(dǎo)通，借以向電阻器1272和發(fā)光二極管1204提供電池功率。這種結(jié)構(gòu)使得當(dāng)檢測(cè)的電能滿足測(cè)量閾值時(shí)，發(fā)光二極管1204能夠被激勵(lì)，但是不像在圖3A，3B所示的電路的情況下那樣，不需要檢測(cè)的電能在一定的時(shí)間間隔內(nèi)滿足測(cè)量閾值。
當(dāng)反相器1218的輸出是高時(shí)，電容器1236(C2)充電，其電容為0.33微法。電容器1236通過與電阻器1244(R7)并聯(lián)的二極管1242(D1)、電阻器1238(R5)和電阻器1240(R6)充電。在電容器1236充電的時(shí)間間隔期間，電容器上的電壓由以下公式確定(其中V是電容器電壓，Vcc是電池電壓(3.0V)，Vc是在電容器1236上的電壓，t是對(duì)電容器充電的時(shí)間，R是電阻器1238和1240的阻值，C是電容器1236的電容)V＝(Vcc-Vc)*(1-e^(-t/(R*C)))當(dāng)電容器充電時(shí)，其電壓隨時(shí)間呈指數(shù)地增加。
二極管1242的陽(yáng)極和節(jié)點(diǎn)1248相連。二極管1242用于防止電容器1236向反相器1218放電。電阻器1244為1.0兆歐，其被連接在節(jié)點(diǎn)1248和節(jié)點(diǎn)1246(N3)之間。電阻器1244使得電容器1236能夠緩慢地向回向反相器1218放電。
電阻器1238是47兆歐，被連接在二極管1242的陰極和節(jié)點(diǎn)1250(N5)之間。電阻器1240是47兆歐，被連接在節(jié)點(diǎn)1250和1246之間。當(dāng)從反相器1218接收電壓脈沖時(shí)，電阻器1238和1240決定在電容器1236上增加的電荷的數(shù)量。
反相器1222(I4)的輸入和節(jié)點(diǎn)1246相連，并且反相器1222的輸出和節(jié)點(diǎn)1252(N6)相連。500歐姆的電阻器1276(R12)和節(jié)點(diǎn)1252以及雙極結(jié)晶體管(BJT)1268的基極相連，用于限制進(jìn)入雙極結(jié)晶體管1268的電流。
當(dāng)在電容器1236上的電壓低于高閾值時(shí)，反相器1222的輸出為高。當(dāng)電容器1236的電壓高于閾值電壓時(shí)，其輸出為低。如同在后面詳細(xì)說(shuō)明的，反相器1222的低的輸出引起聽覺指示器1202發(fā)聲。反相器1222通過BJT向聽覺指示器1202供電。
振蕩器1254通過電阻器1240以及二極管1264(D2)和電容器1236相連。振蕩器1254作為定時(shí)器，用于限制電容器1236的充電時(shí)間。只有在由振蕩器1254設(shè)置的時(shí)間間隔期間電容器1236被充電超過一定的閾值電壓的條件下，指示器才被激勵(lì)。振蕩器1254是一種非穩(wěn)態(tài)的多諧振蕩器，其連續(xù)地產(chǎn)生輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)具有由電阻器1256(R8)、電阻器1258(R9)、電容1262(C3)、反相器1224(15)和反相器1226(16)確定的周期。振蕩器1254產(chǎn)生具有3.0V的峰-峰電壓的非對(duì)稱的方波。當(dāng)振蕩器的輸出為低時(shí)，電容器1236放電。因此，為了使指示器被激勵(lì)，在振蕩器1254變低之前，電容器1236上的電壓必須大于閾值電壓。只有當(dāng)振蕩器為高并且反相器1218的輸出為高時(shí)，電容器1236才充電。在本實(shí)施例中，振蕩器的輸出為低的時(shí)間間隔大約是103.5毫秒，并且在本實(shí)施例中，振蕩器的輸出為高的時(shí)間間隔大約是290毫秒。振蕩器1254當(dāng)其輸出為低時(shí)通過電阻器1240和二極管1264放電。當(dāng)振蕩器的輸出是高時(shí)，二極管1264用于保持來(lái)自充電的電容器1236的輸出。
在本實(shí)施例中，電阻器1256、電阻器1258和電容器1262分別是180千歐、100千歐和1.0微法。振蕩器1254還包括電阻器1260(R10)，其阻值是1.0兆歐，以及二極管1266(D3)。電阻器1260用于限制反相器1224的電流。當(dāng)振蕩器1254的輸出是低時(shí)，電容器1236通過電阻器1240和二極管1264放電。這使得電容器1262上的電壓減少到小于低閾值的值，從而使反相器1222的輸出為高。電容器1236放電到反相器1222的低閾值所需的時(shí)間由下面的公式給出(其中Vc是放電之前電容器上的電壓，R是電阻器1240的電阻值，C是電容器1236的電容，V是反相器的低閾值電壓)
T＝-R*C*In(V/Vc)在電路的這個(gè)實(shí)施例中，和圖3A，3B所示的電路中的相同的信號(hào)相比，振蕩器354的輸出信號(hào)的周期被減少了，以便增加當(dāng)由天線1274檢測(cè)的電能在一定的時(shí)間間隔內(nèi)滿足測(cè)量閾值時(shí)聽覺指示器1202被激勵(lì)的速率。這通過把電阻器1258的值從270千歐減少到100千歐來(lái)實(shí)現(xiàn)。振蕩器354的周期的減小還使得需要調(diào)整電路中其它各個(gè)元件的值，以便確保當(dāng)探測(cè)器處于大約50-400赫茲的頻率范圍內(nèi)的較低頻率的連續(xù)電壓下時(shí)能夠正確工作。反相器1218的輸出為高的最大時(shí)間必須通過調(diào)整電容器1228和電阻器1232的時(shí)間常數(shù)來(lái)增加，以便使得電容器1236能夠以較低的頻率充分充電，并且必須通過減少電阻器1244的值使電容器1236能夠更快地向回向反相器1218放電。
現(xiàn)在參看圖13，其中所示的電壓對(duì)時(shí)間的曲線表示當(dāng)在天線1274上具有大于電壓閾值的60Hz的信號(hào)時(shí)電容器1236上的電壓隨時(shí)間的變化。分別用標(biāo)號(hào)1300和1304示出了反相器1222的輸入為高閾值和低閾值時(shí)的電壓。從電壓成為反相器1300的高閾值時(shí)開始到在1304電壓成為低閾值時(shí)的時(shí)間間隔是指示器被激勵(lì)的時(shí)間間隔(下面將詳細(xì)說(shuō)明)。當(dāng)這個(gè)電壓在反相器1222的低閾值和高閾值之間改變時(shí)，反相器的輸出從高向低，再?gòu)牡拖蚋吒淖?。這以振蕩器1254的頻率發(fā)生。從標(biāo)號(hào)1302開始到標(biāo)號(hào)1306的時(shí)間間隔表示電容器1236放電的時(shí)間。從標(biāo)號(hào)1306到標(biāo)號(hào)1308的時(shí)間，表示電容器1236充電的時(shí)間。標(biāo)號(hào)1310表示反相器1218利用脈沖對(duì)電容器1236充電的時(shí)間間隔。標(biāo)號(hào)1312表示反相器1218不輸出脈沖并且電容器1236通過電阻器1244放電的時(shí)間間隔。
再次參看圖12A，12B，反相器1222和BJT 1268的配置作為用于激勵(lì)聽覺指示器1202的開關(guān)。當(dāng)電容器1236上的電壓達(dá)到反相器1222的高閾值時(shí)，所述開關(guān)接通。當(dāng)反相器1222具有高的輸出時(shí)，不向聽覺指示器1202提供電池功率。低的輸出使BJT 1268導(dǎo)通，因而向節(jié)點(diǎn)1270(N7)提供電池功率。BJT 1268的連接如下發(fā)射極和節(jié)點(diǎn)1208相連；基極和電阻器1276相連；集電極和節(jié)點(diǎn)1270相連。
當(dāng)電池功率加于節(jié)點(diǎn)1270時(shí)，聽覺指示器1202被激勵(lì)，借以警示使用者存在超過一定的電壓閾值的恒定變化的交流電壓。聽覺指示器1202連接在節(jié)點(diǎn)1270和1210之間。當(dāng)被供電時(shí)，聽覺指示器1202便以振蕩器的頻率的速率被激勵(lì)(接通和斷開)。在本實(shí)施例中，指示器接通大約290毫秒，斷開大約130.5毫秒。
參看圖14-17，其中示出了用于說(shuō)明本發(fā)明的振蕩器的工作的電壓對(duì)時(shí)間的曲線。這些電壓表示在同一個(gè)時(shí)間間隔期間在電路1200的不同點(diǎn)存在的電壓。圖14表示在節(jié)點(diǎn)1214輸入到反相器1216的正弦信號(hào)。標(biāo)號(hào)1400和1404表示反相器1216的高閾值，標(biāo)號(hào)1402和1406表示反相器1216的低閾值。參看圖15，其中示出了作為對(duì)圖14的輸入的響應(yīng)的反相器1216的輸出。反相器1216的輸出是一個(gè)脈沖，其寬度由輸入信號(hào)跨過反相器的閾值點(diǎn)所用的時(shí)間確定。當(dāng)在節(jié)點(diǎn)1214的電壓大于高閾值時(shí)，反相器1216的輸出變低。當(dāng)在節(jié)點(diǎn)1214的電壓低于低閾值時(shí)，反相器1216的輸出變高。
參見圖16，其中示出了微分器的輸出。該圖表示響應(yīng)圖15所示的作為輸入的隨時(shí)間的電壓變化而在節(jié)點(diǎn)1230產(chǎn)生的微分器的輸出。在節(jié)點(diǎn)1230的電壓是輸入到反相器1218的電壓。標(biāo)號(hào)1602和1606表示反相器1218的低閾值，標(biāo)號(hào)1604和1608表示反相器1218的高閾值。反相器1218產(chǎn)生高輸出的時(shí)間間隔由下式給出(其中t是圖16中由標(biāo)號(hào)1600表示的時(shí)間，R是電阻器1232的電阻值，C是電容器1228的電容)2＝3*(1-e^(t/(R*C)))如圖17所示，由于微分器電路，使得不管在節(jié)點(diǎn)1214的信號(hào)跨過反相器1216的閾值點(diǎn)所用的時(shí)間多長(zhǎng)，反相器1218的輸出脈沖的寬度總由上式確定。
電容器1236充電的唯一的時(shí)間是當(dāng)反相器1218的輸出為高并且振蕩器1254的輸出為高的時(shí)間。每當(dāng)天線電壓跨過反相器1216的高閾值時(shí)，在由電容器1228和電阻器1232的時(shí)間常數(shù)確定的最大時(shí)間內(nèi)，反相器1218的輸出變高。所述微分器和電容器1236的積分作用以及振蕩器1254的采樣一道，確保探測(cè)器只響應(yīng)大約在50-400Hz頻率范圍內(nèi)的連續(xù)的電壓。
雖然對(duì)本發(fā)明參照其最好的實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，不脫離權(quán)利要求限定的本發(fā)明的構(gòu)思和范圍，對(duì)所披露的實(shí)施例的形式和細(xì)節(jié)可以作出許多改變、省略和增加。
權(quán)利要求
1.一種用于警示使用者導(dǎo)電部件上具有電能的探測(cè)器，所述探測(cè)器包括天線，當(dāng)探測(cè)器位于所述導(dǎo)電部件附近時(shí)，所述天線適于檢測(cè)由所述導(dǎo)電部件輻射的電能；指示器，其適于在被激勵(lì)時(shí)警示使用者；檢測(cè)電路，其和天線相連，并且適于當(dāng)檢測(cè)的電能滿足一測(cè)量閾值時(shí)提供信號(hào)；以及激勵(lì)電路，其和所述檢測(cè)電路相連，并適于當(dāng)在一個(gè)時(shí)間間隔期間收到多個(gè)信號(hào)時(shí)激勵(lì)所述指示器。
2.如權(quán)利要求1所述的探測(cè)器，其中所述檢測(cè)電路包括第一反相器，其和所述天線相連，適于響應(yīng)在所述天線上檢測(cè)的一定范圍的電壓；以及第二反相器，其和所述第一反相器相連，適于每當(dāng)?shù)谝环聪嗥鞯妮敵鲭妷焊淖儠r(shí)進(jìn)行響應(yīng)。
3.如權(quán)利要求2所述的探測(cè)器，其中所述檢測(cè)電路還包括濾波器，其連接在第一和第二反相器之間，適于響應(yīng)一定的頻率范圍。
4.如權(quán)利要求2所述的探測(cè)器，其中所述檢測(cè)電路還包括高通濾波器，其連接在第一和第二反相器之間，適于提供高頻耦合。
5.如權(quán)利要求2所述的探測(cè)器，其中每個(gè)反相器的輸入端包括和所述反相器串聯(lián)連接的電阻器，用于防止向所述反相器提供大的輸入電流。
6.如權(quán)利要求3所述的探測(cè)器，還包括具有高、低電壓輸出的電壓源，用于提供電源。
7.如權(quán)利要求6所述的探測(cè)器，其中所述濾波器還包括連接在第一和第二反相器之間的電容器；以及連接在所述第二反相器的輸入端和所述電壓源的一個(gè)電壓輸出之間的電阻器。
8.如權(quán)利要求2所述的探測(cè)器，其中所述電壓的范圍大于40V。
9.如權(quán)利要求6所述的探測(cè)器，其中所述天線包括電阻器，其連接在第一反相器的輸入端和電壓源的低壓輸出端之間，用于把探測(cè)器的靈敏度調(diào)節(jié)到由天線檢測(cè)的一定的電壓。
10.如權(quán)利要求1所述的探測(cè)器，其中所述指示器包括用于向所述指示器供電的開關(guān)。
11.如權(quán)利要求10所述的探測(cè)器，所述開關(guān)包括反相器，其具有低輸出和高輸出，適于當(dāng)在一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)收到一定數(shù)量的信號(hào)時(shí)響應(yīng)激勵(lì)電路；以及晶體管，其和所述反相器、電壓源和指示器相連接，用于當(dāng)反相器具有一個(gè)輸出時(shí)從電壓源向指示器供電。
12.如權(quán)利要求1所述的探測(cè)器，所述激勵(lì)電路還包括電容器，其和檢測(cè)電路以及指示器相連接，適于在收到來(lái)自檢測(cè)電路的信號(hào)時(shí)進(jìn)行充電，當(dāng)所述電容器被充分充電時(shí)，用于激勵(lì)所述指示器；以及振蕩器，其適于周期地使所述電容器放電。
13.如權(quán)利要求12所述的探測(cè)器，其中所述激勵(lì)電路還包括二極管，其連接在所述振蕩器和電容器之間，適于阻止振蕩器對(duì)所述電容器充電。
14.如權(quán)利要求12所述的探測(cè)器，還包括電阻器，其連接在所述檢測(cè)電路和所述電容器之間，用于調(diào)節(jié)來(lái)自檢測(cè)電路的信號(hào)引起的電容器電荷增加的量。
15.如權(quán)利要求12所述的探測(cè)器，還包括二極管，其連接在檢測(cè)電路和所述電容器之間，適于阻止電容器向檢測(cè)電路放電。
16.如權(quán)利要求15所述的探測(cè)器，還包括電阻器，其連接在二極管和所述電容器之間，用于調(diào)節(jié)所述信號(hào)使所述電容器的電荷增加的量。
17.如權(quán)利要求15所述的探測(cè)器，還包括電阻器，其具有大于1兆歐的阻值，和所述二極管并聯(lián)，使得電容器能夠向所述檢測(cè)電路緩慢地放電。
18.如權(quán)利要求1所述的探測(cè)器，其中所述指示器是聽覺指示器。
19.如權(quán)利要求1所述的探測(cè)器，其中所述指示器是發(fā)光二極管。
20.如權(quán)利要求1所述的探測(cè)器，還包括適于容納所述天線、指示器、檢測(cè)電路和激勵(lì)電路的殼體。
21.如權(quán)利要求1所述的探測(cè)器，還包括具有高、低電壓輸出時(shí)用于提供電源的電壓源；當(dāng)被激勵(lì)時(shí)適于警示使用者的第二指示器；反相器，其和所述檢測(cè)電路相連接，適于在收到來(lái)自檢測(cè)電路的信號(hào)時(shí)激勵(lì)所述第二指示器；以及晶體管，其和反相器、電壓源以及第二指示器相連接，適于當(dāng)所述反相器具有一個(gè)輸出時(shí)從電壓源向第二指示器供電。
22.如權(quán)利要求21所述的探測(cè)器，其中所述第二指示器是發(fā)光二極管。
23.如權(quán)利要求21所述的探測(cè)器，其中所述指示器是聽覺指示器。
24.如權(quán)利要求1所述的探測(cè)器，其中所述激勵(lì)電路包括用于調(diào)節(jié)所述指示器被激勵(lì)的速率的裝置。
25.一種用于警示使用者導(dǎo)電部件上具有電能的探測(cè)器，所述探測(cè)器包括天線，當(dāng)探測(cè)器位于所述導(dǎo)電部件附近時(shí)，所述天線適于檢測(cè)由所述導(dǎo)電部件輻射的電能；指示器，其適于在被激勵(lì)時(shí)警示使用者；第一反相器，其和所述天線相連接，適于響應(yīng)在所述天線上檢測(cè)的一定范圍的電壓；第二反相器，其和所述第一反相器相連接，適于每當(dāng)?shù)谝环聪嗥鞯妮敵鲭妷焊淖儠r(shí)響應(yīng)以一個(gè)信號(hào)；以及激勵(lì)電路，其和所述第二反相器相連接，用于當(dāng)在一個(gè)時(shí)間間隔期間收到一定數(shù)量的信號(hào)時(shí)激勵(lì)所述指示器。
26.如權(quán)利要求25所述的探測(cè)器，還包括濾波器，其連接在第一和第二反相器之間，適于響應(yīng)一定的頻率范圍。
27.如權(quán)利要求25所述的探測(cè)器，還包括高通濾波器，其連接在第一和第二反相器之間，適于提供高頻耦合。
28.如權(quán)利要求25所述的探測(cè)器，其中每個(gè)反相器的輸入端包括和所述反相器串聯(lián)連接的電阻器，用于防止向所述反相器提供大的輸入電流。
29.如權(quán)利要求26所述的探測(cè)器，還包括具有高、低電壓輸出的電壓源，用于提供電源。
30.如權(quán)利要求29所述的探測(cè)器，其中所述濾波器包括連接在第一和第二反相器之間的電容器；以及連接在所述第二反相器的輸入端和所述電壓源的一個(gè)電壓輸出之間的電阻器。
31.如權(quán)利要求25所述的探測(cè)器，其中所述電壓的范圍大于40V。
32.如權(quán)利要求25所述的探測(cè)器，其中所述天線包括電阻器，其連接在第一反相器的輸入端和電壓源的低壓輸出端之間，用于把探測(cè)器的靈敏度調(diào)節(jié)到由天線檢測(cè)的一定的電壓。
33.如權(quán)利要求25所述的探測(cè)器，其中所述指示器包括用于向所述指示器供電的開關(guān)。
34.如權(quán)利要求33所述的探測(cè)器，所述開關(guān)包括反相器，其具有低輸出和高輸出，適于當(dāng)在一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)收到一定數(shù)量的信號(hào)時(shí)對(duì)激勵(lì)電路進(jìn)行響應(yīng)；以及晶體管，其和所述反相器、電壓源和指示器相連接，用于當(dāng)反相器具有一個(gè)輸出時(shí)從電壓源向指示器供電。
35.如權(quán)利要求25所述的探測(cè)器，所述激勵(lì)電路包括電容器，其和第二反相器以及指示器相連接，適于在收到來(lái)自第二反相器的信號(hào)時(shí)進(jìn)行充電，當(dāng)所述電容器被充分充電時(shí)，用于激勵(lì)所述指示器；以及振蕩器，其適于周期地使所述電容器放電。
36.如權(quán)利要求35所述的探測(cè)器，其中所述激勵(lì)電路還包括二極管，其連接在所述振蕩器和電容器之間，適于防止振蕩器對(duì)所述電容器充電。
37.如權(quán)利要求35所述的探測(cè)器，還包括電阻器，其連接在所述第二反相器的輸出端和所述電容器之間，用于調(diào)節(jié)所述信號(hào)引起的電容器電荷增加的量。
38.如權(quán)利要求35所述的探測(cè)器，還包括二極管，其連接在第二反相器的輸出端和所述電容器之間，適于防止電容器向第二反相器放電。
39.如權(quán)利要求38所述的探測(cè)器，還包括電阻器，其連接在二極管和所述電容器之間，用于調(diào)節(jié)所述信號(hào)使所述電容器的電荷增加的量。
40.如權(quán)利要求38所述的探測(cè)器，還包括電阻器，其具有大于1兆歐的電阻值，和所述二極管并聯(lián)，使得電容器能夠向所述第二反相器緩慢地放電。
41.如權(quán)利要求25所述的探測(cè)器，其中所述指示器是聽覺指示器。
42.如權(quán)利要求25所述的探測(cè)器，其中所述指示器是發(fā)光二極管。
43.如權(quán)利要求25所述的探測(cè)器，還包括適于容納所述天線、指示器、第一和第二反相器和激勵(lì)電路的殼體。
44.如權(quán)利要求25所述的探測(cè)器，還包括具有高、低電壓輸出的用于提供電源的電壓源；當(dāng)被激勵(lì)時(shí)適于警示使用者的第二指示器；第三反相器，其和所述第二反相器相連，適于在收到來(lái)自第二反相器的信號(hào)時(shí)激勵(lì)所述第二指示器；以及晶體管，其和第三反相器、電壓源以及第二指示器相連，適于當(dāng)?shù)谌聪嗥骶哂幸粋€(gè)輸出時(shí)從電壓源向第二指示器供電。
45.如權(quán)利要求44所述的探測(cè)器，其中所述第二指示器是發(fā)光二極管。
46.如權(quán)利要求44所述的探測(cè)器，其中所述指示器是聽覺指示器。
47.如權(quán)利要求25所述的探測(cè)器，其中所述激勵(lì)電路包括用于調(diào)節(jié)所述指示器被激勵(lì)的速率的裝置。
48.一種用于警示使用者導(dǎo)電部件上具有電能的探測(cè)器，所述探測(cè)器包括天線，當(dāng)探測(cè)器位于所述導(dǎo)電部件附近時(shí)，所述天線適于檢測(cè)由所述導(dǎo)電部件輻射的電能；指示器，用于當(dāng)在其輸入端的電壓大于一定的電壓時(shí)警示使用者；檢測(cè)電路，其和天線相連接，并且適于當(dāng)檢測(cè)的電能滿足一個(gè)測(cè)量閾值時(shí)提供信號(hào)；電容器，其和所述檢測(cè)電路以及指示器相連，適于在從所述檢測(cè)電路收到信號(hào)時(shí)進(jìn)行充電，用于當(dāng)所述電容器被充分充電時(shí)，激勵(lì)所述指示器；以及振蕩器，適于周期地使所述電容器放電。
49.如權(quán)利要求48所述的探測(cè)器，還包括二極管，其連接在振蕩器和所述電容器之間，適于防止振蕩器對(duì)所述電容器充電。
50.如權(quán)利要求48所述的探測(cè)器，還包括電阻器，其連接在所述檢測(cè)電路和所述電容器之間，用于調(diào)節(jié)來(lái)自檢測(cè)電路的信號(hào)引起的電容器電荷增加的量。
51.如權(quán)利要求48所述的探測(cè)器，還包括二極管，其連接在檢測(cè)電路和所述電容器之間，適于防止電容器向檢測(cè)電路放電。
52.如權(quán)利要求51所述的探測(cè)器，還包括電阻器，其連接在二極管和所述電容器之間，用于調(diào)節(jié)所述信號(hào)使所述電容器的電荷增加的量。
53.如權(quán)利要求51所述的探測(cè)器，還包括電阻器，其具有大于1兆歐的阻值，和所述二極管并聯(lián)，使得電容器能夠向所述檢測(cè)電路緩慢地放電。
54.如權(quán)利要求48所述的探測(cè)器，其中所述指示器是聽覺指示器。
55.如權(quán)利要求46所述的探測(cè)器，其中所述指示器是發(fā)光二極管。
56.如權(quán)利要求48所述的探測(cè)器，還包括適于容納所述天線、指示器、檢測(cè)電路、電容器和振蕩器的殼體。
57.如權(quán)利要求48所述的探測(cè)器，還包括具有高、低電壓輸出的用于提供電源的電壓源；當(dāng)被激勵(lì)時(shí)適于警示使用者的第二指示器；反相器，其和所述檢測(cè)電路相連接，適于在收到來(lái)自檢測(cè)電路的信號(hào)時(shí)激勵(lì)所述第二指示器；以及晶體管，其和反相器、電壓源以及第二指示器相連接，適于當(dāng)所述反相器具有一個(gè)輸出時(shí)從電壓源向第二指示器供電。
58.如權(quán)利要求57所述的探測(cè)器，其中所述第二指示器是發(fā)光二極管。
59.如權(quán)利要求57所述的探測(cè)器，其中所述指示器是聽覺指示器。
60.如權(quán)利要求48所述的探測(cè)器，其中所述振蕩器包括用于調(diào)節(jié)所述指示器被激勵(lì)的速率的裝置。
61.一種用于警示使用者導(dǎo)電部件上具有電能的探測(cè)器，所述探測(cè)器包括天線，當(dāng)探測(cè)器位于所述導(dǎo)電部件附近時(shí)，所述天線適于檢測(cè)由所述導(dǎo)電部件輻射的電能；指示器，適于在被激勵(lì)時(shí)警示使用者；第一反相器，其和所述天線相連接，用于響應(yīng)在所述天線上檢測(cè)的一定范圍的電壓；第二反相器，其和所述第一反相器相連接，用于每當(dāng)?shù)谝环聪嗥鞯妮敵鲭妷鹤兓瘯r(shí)進(jìn)行響應(yīng)；電容器，其和所述第二反相器以及指示器相連接，適于在從所述第二反相器收到信號(hào)時(shí)進(jìn)行充電，用于當(dāng)所述電容器被充分充電時(shí)，激勵(lì)所述指示器；以及振蕩器，適于周期地使所述電容器放電。
62.如權(quán)利要求61所述的探測(cè)器，還包括濾波器，其連接在第一和第二反相器之間，適于響應(yīng)一定的頻率范圍。
63.如權(quán)利要求61所述的探測(cè)器，還包括高通濾波器，其連接在第一和第二反相器之間，適于提供高頻耦合。
64.如權(quán)利要求62所述的探測(cè)器，還包括具有高、低電壓輸出的電壓源，用于提供電源。
65.如權(quán)利要求64所述的探測(cè)器，其中所述濾波器包括連接在第一和第二反相器之間的電容器；以及連接在所述第二反相器的輸入端和所述電壓源的一個(gè)電壓輸出端之間的電阻器。
66.如權(quán)利要求61所述的探測(cè)器，其中所述電壓的范圍大于40V。
67.如權(quán)利要求64所述的探測(cè)器，其中所述天線包括電阻器，其連接在第一反相器的輸入端和電壓源的低壓輸出端之間，用于把探測(cè)器的靈敏度調(diào)節(jié)到由天線檢測(cè)的一定的電壓。
68.如權(quán)利要求61所述的探測(cè)器，還包括二極管，其連接在所述振蕩器和電容器之間，適于防止振蕩器對(duì)所述電容器充電。
69.如權(quán)利要求66所述的探測(cè)器，還包括電阻器，其連接在所述二極管和所述電容器之間，用于調(diào)節(jié)所述信號(hào)引起的電容器電荷增加的量。
70.如權(quán)利要求61所述的探測(cè)器，還包括二極管，其連接在第二反相器的輸出端和所述電容器之間，適于防止電容器向第二反相器放電。
71.如權(quán)利要求61所述的探測(cè)器，還包括具有高、低電壓輸出的用于提供電源的電壓源；當(dāng)被激勵(lì)時(shí)適于警示使用者的第二指示器；第三反相器，其和所述第二反相器相連接，適于在收到來(lái)自第二反相器的信號(hào)時(shí)激勵(lì)所述第二指示器；以及晶體管，其和第三反相器、電壓源以及第二指示器相連接，適于當(dāng)所述第三反相器具有一個(gè)輸出時(shí)從電壓源向第二指示器供電。
72.如權(quán)利要求71所述的探測(cè)器，其中所述第二指示器是發(fā)光二極管。
73.如權(quán)利要求71所述的探測(cè)器，其中所述指示器是聽覺指示器。
74.如權(quán)利要求61所述的探測(cè)器，其中所述振蕩器包括用于調(diào)節(jié)所述指示器被激勵(lì)的速率的裝置。
75.一種用于警示使用者在一個(gè)導(dǎo)電部件上存在電能的方法，包括檢測(cè)從所述部件輻射的電能；當(dāng)所述檢測(cè)的電能滿足一個(gè)測(cè)量閾值時(shí)提供一個(gè)信號(hào)；在收到所述信號(hào)時(shí)使一個(gè)電容器充電；當(dāng)所述電容器被充分充電時(shí)，對(duì)一個(gè)指示器供電；使所述電容器周期地放電；以及當(dāng)所述指示器被激勵(lì)時(shí)，警示使用者。
76.如權(quán)利要求75所述的方法，其中所述提供所述信號(hào)的步驟包括只響應(yīng)在天線上檢測(cè)的一定范圍的電壓；以及每當(dāng)檢測(cè)的電壓超過一個(gè)閾值電壓時(shí)提供一脈沖信號(hào)。
77.如權(quán)利要求76所述的方法，其中所述提供信號(hào)的步驟還包括只對(duì)在天線上檢測(cè)的一定頻率范圍進(jìn)行響應(yīng)。
78.如權(quán)利要求75所述的方法，還包括在收到所述信號(hào)時(shí)向第二指示器供電；以及當(dāng)?shù)诙甘酒鞅患?lì)時(shí)警示使用者。
79.如權(quán)利要求75所述的方法，其中所述使電容器周期地放電的步驟還包括調(diào)節(jié)所述電容器放電的時(shí)間間隔。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種用于檢測(cè)并警示使用者在導(dǎo)體上具有交流電壓的無(wú)開關(guān)的手持式探測(cè)器和方法，其能夠減少由于靜電積累而引起的探測(cè)器指示器的間歇激勵(lì)。所述探測(cè)器包括天線，指示器，檢測(cè)電路和激勵(lì)電路。所述探測(cè)器通過使用指示器警示使用者的導(dǎo)體上具有電能。天線檢測(cè)從導(dǎo)體輻射的電能。當(dāng)由天線檢測(cè)的電能滿足一個(gè)特定的測(cè)量閾值時(shí)，由檢測(cè)電路產(chǎn)生并由激勵(lì)電路接收一個(gè)信號(hào)。所述激勵(lì)電路在一個(gè)給定的時(shí)間間隔期間從檢測(cè)電路收到足夠數(shù)量的信號(hào)之后，激勵(lì)所述指示器。
文檔編號(hào)G01R1/067GK1445554SQ03107318
公開日2003年10月1日 申請(qǐng)日期2003年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月20日
發(fā)明者P·N·杜格拉斯 申請(qǐng)人:桑特羅尼克斯有限公司