专利名称：视频显示器终端磁场探测器的制作方法
本申请是对1992年4月15日提出的申请No.07/869，464的部分改进的延续申请。
本发明涉及用于探测具有特定强度的磁场存在的装置，特别是涉及一种装置，它可对从一台视频显示终端发散出的一定强度的磁场做出响应并提供一种容易感觉到的视频或声频信号。
用于计算机和电视机中的视频显示器终端发散传播包含电磁分量的电磁辐射及伴生的静态电场。近来，这种电磁辐射的磁场分量已经变成公众忧虑的原因，这导致在政府规定中制定了可被接受的水平量。尽管在过去其他人已经尝试提供一种电磁辐射探测器用于测量从微波炉和其它用于家庭、工业、医疗、军事的高能微波装置中发散出的能量的有害水平，但是这些已有的装置都不能用来测量视频显示器终端上发散出的超低频(ELF范围在5到2000Hz)和甚低频(VLF范围在2，000到400，000Hz)的磁场辐射。
因此，就急迫地需要有一种简单可靠的装置，它可以安装到视频显示器终端上以警告工作或生活在靠近视频显示器终端的人们某一个终端正发射有害水平的磁场辐射。这样的装置应该提供一种低成本且能防止错误操作的方法，能够让外行人容易地用于测量是否有超过政府标准中规定的水平的低频磁场辐射从视频显示器终端中泄漏出来。
本发明的基本目的是提供一种低成本的装置，它能够容易地被外行人所使用并适用于测量超低频和甚低频磁场辐射水平。
本发明的另一个目的是提供一种可适用于指示从视频显示器终端中泄漏出的磁场辐射水平是否超过政府标准的装置。
在本发明中，通过调整电位器P1设定了用于磁场探测的阈值。存在的磁场在耦合线圈L1中感应出电流，这个电流首先在第一级(运算放大器A1)中被放大，然后在第二级(运算放大器A2)中被整流。第二级(运算放大器A2)的输出被用作第三级(运算放大器A3)的输入值，并将这个值与用电位计P1设定的阈值进行比较。如果第二级(运算放大器A2)的输出达到了电位计P1设定的水平，第三级(运算放大器A3)就产生输出电流，用于触发第四级(运算放大器A4)，第四级作为一个驱动器以启动一个用电池(B1和B2)作动力的机电继电器(K1)。
因此根据本发明的一个方面，所描述的用于指示磁场存在的装置包括一个用于检测磁场并产生一个对磁场响应电流的传感器，一个用于放大该电流的放大装置，一个用于产生单向直流电流的整流装置，一个用于设定对应于某一特定磁场强度的阈值电流水平的调整装置，一个用于比较电流量与阈值量的比较装置，一个用于指示特定阈值量的磁场的存在的指示装置，和一个连接在指示装置和比较装置之间用于传送比较装置的输出以驱动指示装置的开关驱动装置。
根据本发明的另一个方面，所描述的为使用者指示磁场强度的装置包括一个利用感应电流传感磁场强度的装置，一个用于放大所说感应电流的装置，一个用于比较该感应电流和预先设定的阈值的装置，和一个与比较装置连接的用于为使用者指示该感应电流超过阈值量的装置。
根据本发明的另一个方面，为了将该感应电流与比较装置电绝缘，在比较装置和传感装置及放大装置之间配置了绝缘装置，从而确保较高的探测准确性。此外，为了增加探测器的使用时间，使用了包括两个基本相似的电并联的电压的电压源。
该视频显示器终端磁场探测器可直接应用于探测具有特定强度的低频磁场。别的目的、特性、和优点将通过下面对本发明的优选实施例的描述加以说明。
图1是加接到视频显示器上的一个小型视频显示器终端(VDT)磁场探测器的透视图。
图1A示出了信号指示器，测试灯和VDT磁场探测器外壳上的栅格窗。
图2是本发明的使用耦合线圈作为磁场检测器的VDT磁场探测器的示意电路图。
图3是使用一个霍尔效应电流传感器作为磁场传感器的VDT磁场探测器的替换实施例的示意图。
图4是根据本发明的第三个实施例的教导制造的磁场探测器的示意电路图。
图5是图1A中所示的探测器沿视线5-5的方向的上剖示图。
图6是图1A中所示的探测器沿视线6-6的方向的侧剖示图。
图7(A-B)是用来表示标定本发明的探测器的一系列步骤的流程图。
现在参见附图，其中相同的标示数字在不同的图中表示同一个部件，图1所示为本发明的用粘结剂，“维可劳”搭链，或其它常规方法固定在视频显示器终端(VDT)101上的VDT磁场探测器100。图1A所示为包括信号指示器102，测试灯103，和格窗104的VDT磁场探测器100的外壳。
图2是本发明利用测量线圈L1作为磁场传感器的VDT磁场探测器100的示意电路图。从VDT101中散发出的磁场不受影响地通过格窗104并在与VDT磁场探测器100的第一级相联的测量线圈中感生电流。测量线圈L1可取的是由一根直径为1英寸，22号导线缠绕100圈，第一级，其作用是作为高增益放大器，包括运算放大器A1，电阻R1和R2，以及电容C1。可取的是R1的值为10欧姆，R2的值为1M欧姆，从而根据一个理想的倒相放大器(反馈电阻/输入电阻)的基本放大因子式得到增益因子为100，000。利用与耦合线圈L1串联的单个电容C1提供了一宽带低频响应曲线。发明人所选择的电容C1的值为0.1μf。所选择的耦合线圈L1和电容C1的值使得VDT磁场探测器100能够测量超低频(ELF，5到2KHz)甚低频(VLF，2K到400KHz)范围的磁场。
第二级，是一个与第一级相联的精密的整流器，包括运算放大器A2，输入电阻R3，反馈电阻R4，电容C2，和二极管D1和D2。第二极根据从VDT101中发射的磁场变化的次数而在耦合线圈L1中感生的交流信号产生直流电流。之所以使用精密的整流器是因为耦合线圈L1中感生的信号或电流即使是在用运算放大器A1放大100，000倍以后也是非常小的。因为所制造的专用二极管在容许的输入电压范围愉对装置正向加偏压，如果使用了不支持运算放大器A2的一般二极管，从第一级中输出的极小的信号将很可能落入输入电压公差范围或容许值范围内。该感生信号将变得与二极管D1和D2的输入电压变化无法分辨。功能测试开关S1提供了电池供电测试能力以使使用者确信电池B1和B2是有电的和电路没有短路。由发明人所选择的第二级器件的值为输入电阻R3＝10K欧姆，反馈电阻R4＝100K，电阻R9＝100K，电容C2＝0.001μf。
第三级是一个与运算放大器A2的输出以及电池B1和B2相联的比较器，包括运算放大器A3，输入电阻R5，R6，R7和R8，以及电位计P1。电位计P1可以灵活地设定一个输入电压阈值，并在该值上触发比较器运算放大器A3的输出。电容C3由运算放大器A2的直流输出充电。在运算放大器A3的输入端上跨接电容C3使得输入电压变化和由第二级的精密整流器所产生的电流中的波动效应减小。发明人所选择的第三级的器件的值为;输入电阻R5＝100K，R6＝100K，R7＝100K，R8＝100K。
第四级包括一个运算放大器A4形式的驱动器。运算放大器A4的输出与螺线管/断电器K1联接。运算放大器A4较可取的是增益为1(0反馈电阻/0输入电阻)的倒相形式。这一级仅仅是作为一个缓冲器，以将断电器K1与运算放大器A3的任何有害的输出量隔开。使用运算放大器A4作为驱动器也改善了对断电器K1的能量传递或传输。运算放大器典型地是以四组的形式包装的。本发明的设计由于在这个装置中利用了所有四个放大器，所以成本低廉。
继电器K1由电池B1、B2供电，并由运算放大器A4的输出触发。与继电器K1联成整体的是三联开关S1，其作用是当标示指示器102工作时切断继电器K1电磁线圈与电池B1，B2之间的电连接。
当检测线圈L1检测到阈值的磁场之前，在整个电路中只有非常小的电流在流动。一旦在检测线圈L1中感生出足以触发运算放大器A3的电流，一个相对较大的电流将开始流过K1。如果该较高的电流水平持续一段时间，则电池B1和B2将充电。所以，继电器K1和三联开关S1和三联开关S1被设计成这样，当继电器K1被供电时，继电器的铁芯105被拉向继电器K1的中心。与芯105相连的是标示指示器102和三联开关S1。铁芯105的运动启动了标示指示器102，同时引起三联开关S1断开电池B1和B2与电路的连接。在标示指示器102启动状态下不需要附加的电源来维持标示指示器102，指示器可以人工复位。因为该电路直到继电器K1被复位之前无需附加电源，故而将继电器K1与三联开关S2构成一体节省了储存在电池B1、B2中的能量。继电器K1是对常规的继电器的独特的改进，并且无法从标准器件得到。
在图3中所示的本发明的另一个实施例用霍尔效应电流传感器CS1作为磁场检测元件代替了测量线圈L1。霍尔效应电流传感器输出电压正比于磁场，要求加上严格的恒定电流。发明人所选择的恒定电流源的设计如图所示为第五级。第五级包括运算放大器A5，NPN晶体管Q1，场效应管Q2，和电阻R10，R11，R12，和R13。第五级，其作用是作为霍尔效应电流传感器CS1的恒流源，代替图2中的L1在连接点106和108直接连接。第五级可以仿制Norton等效恒流源，它产生电流Iout100，可取的是20mA。优选的晶体管型号是Q1＝2N2219，Q2＝2N4867，同时优选的霍尔效应电流传感器型号是CS1＝F.W.Be11FH301，其磁场灵敏度为每千高斯12mV，优选的电源为+，-3V。
在另一个实施例中可以用一个声指示器，或别的视觉指示器，诸如一个LED或任何类型的低压灯。所有在本发明中描述的器件都是标准(现用的)器件，除非专门另有说明。
现在参见图4，其中所示的第三个磁场探测器电路200包括一个通过电容206耦合接地的电感线圈204。电感204可检测频率在约5到400，000Hz范围的磁场，并产生一个交变电流。
电路200还包括电阻208，和210，它们分别与线圈204和电容206连接，并且通过电容214与运算放大器212相互连接。对于一个本领域的技术人员应该是显而易见的，电阻208和210与电容214一起构成一个低通滤波器，它使得从电感204中发出的并与频率为约2，000到400，000Hz的与磁场辐射关联的电信号加到电阻216上。与频率为5到约2，000Hz范围的频率有关的电流被连接到运算放大器212并被放大。
电阻213和215与电阻210，电容214和放大器212联结，而且还分别与电压源242和地线联结。电阻217和电阻219串联，并通过开关221提供了一条从放大器212的输出到它的输入的反馈路径。开关221接地，放大器212与电源242连接。为了得到所需要的放大，电阻213，215，217，219，电容206，和电源242对放大器212加偏压，这对一个本领域的普通技术人员来说是显然的。
从放大器212中发出的放大的电流由二极管218和与二极管218的输出以及地连接的电容220的结合进行整流。经整流后的电流与隔离二极管224耦联。与高频磁场辐射关联的电流被二极管226和电容228的结合整流，并与隔离二极管230耦联。隔离二极管224和230的输出被累加并加到电阻232上。这个累加可以通过将二极管224和230的输出相互连接在一起而得到。按照这种方式，隔离二极管230和224将电感204和放大器212与电路200的其它部分隔离开，从而基本防止了来自这些电路和其它部分的电流改变或干扰电感204和/或放大器212输出的信号。此外，隔离二极管224和230增加了磁场探测的准确率。
如图所示，电阻232与运算放大器比较器234连接并通过电阻236与地相连。比较器234还通过电阻238与一个可调电阻或电位计240相联，它通过“上拉”电阻244与电压源242连接。
按照这种方式，对于本领域的普通技术人员应该是显然的，累加信号的幅值在通过电阻232以后与一个预先设定的阈值进行比较，该阈值是通过设定电位计240和电阻244的值而确定的。如果这个幅值超过阈值，放大器234产生一个信号到电流限制电阻246上。按照该方法，所产生的信号被加到双向晶体管248的基级，该晶体管的发射极端子接地，集电极端子与一个非稳态的多谐振荡器250连接。
在比较器234的输出信号传输到晶体管248的基极的同时，晶体管248的集电极输出一个逻辑高电平信号到多谐振荡器250中。发光二极管254的输入端通过电阻255与电源242连接，其输出端与振荡器250相连。在从晶体管248接受一个逻辑高电平信号时，多谐振荡器250容许电流从电源242流过二极管254，从而使二极管254发光。所以，当电流从比较器中输出时，多谐振荡器250和发光二极管254共同提供了视觉指示信号。该电流仅当输入到放大器234中的电流幅度超过一个预先设定的阈值时才输出，以指示有频率为5到约400，000Hz的磁场存在。与振荡器250相互连接并分别与振荡器256和地连接的电阻257和电容259由振荡器250决定加到振荡器256上的信号的幅值。
这就是说，如进一步所示的，多谐振荡器250与第二个和它基本相似的多谐振荡器256相连，并当发光二极管254被触发时提供一个逻辑高电平信号到多谐振器256中。振荡器256还通过电阻265与电源242连接，并通过电阻261与发声器258相连。电容261也把振荡器256和电阻261与地相连。
如此，多谐振荡器256，在接收到振荡器250的信号后，启动一个电发声器258，从而产生一个指示一定的磁场存在的声信号。电容263和电阻261的值决定加到扬声器258上的电流的大小。对于本领域的一个普通技术人员来说这是显然的，非稳态多谐振荡器250和256共同提供视觉和听觉报警信号，以告知频率在某一预定范围的磁场的存在。最后，开关221的衷减使得电噪声被按照前述的方式放大和比较，从而启动了二极管254和扬声器258。所以该噪声可用来测试电路200。此外，使用两个基本相同的并联电源271和273容许电路200比另两个实施例工作较长的时间。对于本领域的普通技术人员来说这是显然的，电源242可以用普通的光电池来代替。
可取的是，下面的器件值被用于第三个实施例
器件值2060.1F2081KΩ210100Ω2131mΩ2140.1F215100KΩ2161KΩ21747KΩ219220KΩ22010μF2321KΩ236100KΩ238100KΩ240100K极限244220KΩ24610KΩ255220Ω257220KΩ2611KΩ26510KΩ为了提供一种相对较小的和合适形状的，其易于安装到视频显示器终端上的磁场探测器，在电路200中所示的各种电元器件按图5和6的方式组装。
特别是，安装外壳300包括一个环绕地并向内凸起的缘302，电路板304就固定支撑在其上。电路板304，如图6所示，包括发光二极管254，发声器258，和各种其他的器件306，它们基本与各个器件206-258相同。此外，线圈204安装在线路板的下面，在本发明的一个优选实施例中，它被用常规的电器件安装和保持装置可移动地插接在底表面308上。此外电源242也和线圈204一起安装在外壳300的底部。这种安装可以通过普通的安装方式来实现。照此，电路200可以用一种有效和紧凑的方式来组装。
现在参见图7(A-B)，其中所示的流程图350描述了标定图5中所示的探测器所需要的一系列步骤。该标定过程，本发明的优选实施例中，为了确保频率在约5至约400，000Hz的磁场范围能够为电路200提供一个视觉和听觉信号输出是必需的。特别是，在步骤352中，许多标定频率数被确定在约5到约5，000Hz的频率范围。在步骤354中，一些标定频率数被确定在约5，000到约400，000Hz的频率范围。
在步骤356中，未被应用的，前面步骤352中确定的频率之一被用于探测器200。在步骤358，电位计240被改变直到发光二极管254和发声器258分别产生视频和声音报警信号。
在步骤360中，必须保证电流电位计设置使得发光二极管254和发声器258在接收到任一和所有前面所用的信号后能够产生各自的信号。
这是通过将每一个前面应用的信号加到已经设置了电位计358的电路200中来实现的。如果这样的触发没能实现，就改变电位计240，直到所有的频率被用作所希望的激励。步骤362需要使用者确定是否有所前面确定的信号，其与步骤352相关联，已施加到探测器200上。如果这些还没有都被施加，则在步骤360之后进行步骤356。否则，在步骤362之后进行步骤364。
在步骤364中，未被施加的和前面所确定的标定频率信号之一，其与步骤366相关，被施加到探测器200。步骤366跟在步骤364之后，在这个步骤中，电位计被改变直到发光二极管254和发声器258分别产生其报警信号。在步骤368中，电路200的使用者必须保证电流电位计的设置对于前面已用于电路200的每一个信号都能触发发光二极管254和发声器258是有效的。在步骤370中，使用者必须确定是否所有在步骤354中确定的频率都已被用于电路200。如果不是所有的频率都已被应用，则在步骤370之后进行步骤364。否则，标定程序350被终止。如此，对于本发明领域的普通技术人员来说是显然的，在两个频率范围中的某些频率被选择出来并按照使该电路在输入这些信号以后可产生声频和视频报警信号的方式顺序地加到电路200上。
可以理解本发明并不局限于上面所图示和描述的结构和方法，在不脱离如以下的权利要求所述的发明的构思和范围的前提下，还可以做出各种变化和改进。
权利要求
1.一种用于为使用者指示磁场强度的装置，包括A.用于检测所说磁场强度的装置；B.与所说检测装置电连接用于放大所就感生电流的装置；C.用于比较所说感生电流和一个预先设定的阈值的装置。
2.如权利要求1所说的装置，还包括D.与所说的比较装置相连用于为使用者指示所说的感生电流超过所说阈值量的装置。
3.一种用于指示磁场强度的装置，包括A.用于检测所说磁场并产生一个代表所说磁场强度的电信号的传感装置;B.与所说传感装置相联，用于放大所说电信号的放大装置;C.响应所说的放大装置，用于将所说的放大电信号整流的整流装置;D.用于比较所说信号和一个预先设定的阈值信号的大小的比较装置;E.与所说比较装置相联的指示装置，当所说的整流信号大于所说的预先设定的阈值信号幅值时，所说的比较装置触发所说的指示装置。
4.如权利要求2所说的装置，还包括F.连接在所说的指示装置和所说的比较装置之间的用于传输所说比较装置的输出以致动所说的指示装置的开关驱动装置。
5.如权利要求3所说的装置，还包括A.用于致动所说的指示装置的装置，所说的致动装置具有一个与所说的指示装置相联的铁芯;B.与所说的铁芯和电源连接的开关装置;当所说的的铁芯被能量作用被拉向所说的致动装置的中心，从而致动所说的指示装置，同时使所说的开关装置切断所说的能源。
6.如权利要求5所说的装置其适于被固定到视频显示器终端上。
7.一种适用于探测频率为5到400，000Hz的辐射存在提供报警信号的辐射探测器，所说辐射探测器包括;用于传感所说辐射和当所就辐射被敏感到时产生一个交变电流信号的线圈装置;与所说的线圈装置相联，用于放大所说的交变电流信号的放大装置，其仅当所说的被敏感的辐射的频率小于约2000Hz时才产生一个放大信号;第一整流装置，与所说的线圈装置相连，其仅当所就的被敏感的辐射的频率大于约2，000Hz时才对所说的交变电流信号进行整流，用以产生第一直流电流信号;第二整流装置，与所说的放大装置相连，用于对所说的放大信号整流，从而产生第二直流电流信号;累加装置，与所说的第一直流信号和第二直流信号相连，用于累加所说的第一直流电流信号和第二直流电流信号，从而产生一个累加的信号;隔离装置，与所说的第一整流装置和第二整流装置相连，用于将所说的第一整流装置和第二整流装置与累加装置电隔离;比较装置，与所说的累加装置相连，用于比较所说的累加信号和一个预先设定的阈值，并且仅当所说的累加信号超过所说的预先设定的值时才产生比较输出信号;第一多谐振荡器装置，与所说的比较装置相联，且只有当所说的比较输出信号是由所说的比较装置产生时才选择性地产生一个视频报警信号;和第二多谐荡器装置，与所说的第一多谐振荡器装置相连，用于在所说的视频信号产生预定时间之后选择性地产生一个声频报警信号，从而与所说的第一多谐振荡器一起提供所说辐射存在的报警。
8.如权利要求7所说的辐射探测器，还包括用于为所说的放大装置，比较装置，和所说的第一和第二多谐振荡器装置供电的电源装置。
9.如权利要求8所说的辐射探测器，其中所说的电源装置包括一个第一电池，和一个与所说的第一电池并联的第二电池。
10.一种用于探测一定辐射存在并提出报警的辐射探测器，所说的辐射探测器包括一个外壳;一个安装在所说的外壳中用于检测所说的一定辐射存在并当所说的一定的辐射被敏感到时产生一个电流的线圈;一个安装在所说的外壳中和所说的线圈之上的电路板，所说的电路板适用于接收所说的电流并在接收到所说的电流后产生一个视频信号，从而对所说的一定的辐射的存在进行报警。
11.如权利要求10所说的辐射探测器，还包括至少一个装在所说的外壳内和所说的电路板下面的电池，所说的电池与所说的电路板相连并用于为所说的电路板供电。
12.一种标定辐射探测器的方法，该探测器适用于对频率在一定范围的辐射存在提供警报，所说的方法包括下列步骤确定在所说的频率范围内的单一频率的数量;将具有与所定义的频率数基本相类的频率的多元信号的每个，顺序地施加到所说的探测器;调整所说的电位计，使得所说的探测器提供响应每一个所说的施加信号的报警。
13.如权利要求12所说的方法，其中所说的一定的频率范围包括5到约400，000Hz的频率范围。
全文摘要
一个探测视频显示器发出的磁场存在的系统，其中由传感元件感生的电流被放大器放大，再由整流器整流。其直流信号作为比较器的输入，另一输入来自电位计，该电位计能设置代表有害磁场辐射量的输入电压阈值，比较器的输出启动一个与螺线管相连的驱动器。该螺线管当超过阈值量的磁场存在时致动一指示器。本磁场探测器是通过定义ELF和VLF频率并将每个频率加到探测器上，使之能对每个频率信号产生一个声音和视觉指示来标定的。
文档编号G01R33/028GK1080727SQ93105798
公开日1994年1月12日 申请日期1993年4月15日 优先权日1992年4月15日
发明者R·比尔, E·罗格里格斯 申请人:雷德设备有限公司