三维全向电磁场探头及电磁检测设备的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种三维全向电磁场探头及电磁检测设备，该三维全向电磁场探头包括：固定部、电场探头和磁场探头，电场探头和磁场探头均固定连接在固定部上；电场探头包括第一平行板电容器、第二平行板电容器和第三平行板电容器，第一平行板电容器、第二平行板电容器和第三平行板电容器两两正交；磁场探头包括第一线圈、第二线圈和第三线圈，第一线圈、第二线圈和第三线圈所在平面两两正交，并且，第一平行板电容器与第一线圈相对布置，第二平行板电容器与第二线圈相对布置，第三平行板电容器与第三线圈相对布置。本发明将电场探头和磁场探头集成于一体，可在一个三维全向电磁场探头中同时实现电场和磁场的测量，不需要更换探头，使用方便。
【专利说明】
三维全向电磁场探头及电磁检测设备
技术领域
[0001 ]本发明涉及电磁场测量技术领域，尤其是涉及一种三维全向电磁场探头及电磁检测设备。
【背景技术】
[0002]电磁辐射检测仪可用于电场、磁场辐射检测。电磁辐射检测仪适用于居家、办公室、户外、工业场所等场所。
[0003]现有的电磁辐射检测仪在测量低频电磁场时，需要通过一个独立的低频电场测量探头和一个独立的低频磁场测量探头分别进行低频电场和磁场的测量。测量电场时，需要将低频电场测量探头与电磁辐射检测仪的主机连接，测量磁场时，需要将低频磁场测量探头与电磁辐射检测仪的主机连接，因此，测量时，常常需要更换探头进行测量，使用不方便。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种三维全向电磁场探头及电磁检测设备，以解决现有技术中的电磁辐射检测仪在测量电磁场时需要更换探头带来的不便的技术问题。
[0005]本发明提供一种三维全向电磁场探头，其中，包括:固定部、电场探头和磁场探头，电场探头和磁场探头均固定连接在所述固定部上;所述电场探头包括第一平行板电容器、第二平行板电容器和第三平行板电容器，所述第一平行板电容器、第二平行板电容器和第三平行板电容器两两正交;所述磁场探头包括第一线圈、第二线圈和第三线圈，第一线圈、第二线圈和第三线圈所在平面两两正交，并且，所述第一平行板电容器与所述第一线圈相对布置，所述第二平行板电容器与所述第二线圈相对布置，所述第三平行板电容器与所述第三线圈相对布置。
[0006]进一步地，所述固定部为长方体形的固定盒，所述固定盒包括两个相对布置的两个第一面，两个相对布置的第二面，以及两个相对布置的第三面;所述第一面、第二面和第三面两两正交；
[0007]所述第一平行板电容器与所述第一线圈相对安装在两个所述第一面上，所述第二平行板电容器与所述第二线圈相对安装在两个所述第二面上，所述第三平行板电容器与所述第三线圈相对安装在两个所述第三面上。
[0008]进一步地，所述固定盒由金属制成。
[0009]进一步地，所述电场探头还包括均位于所述固定盒内的第一电场取样电阻、第二电场取样电阻和第三电场取样电阻，所述第一电场取样电阻与所述第一平行板电容器串联，所述第二电场取样电阻与所述第二平行板电容器串联，所述第三电场取样电阻与所述第三平行板电容器串联；
[0010]所述磁场探头还包括均位于所述固定盒内的第一磁场取样电阻、第二磁场取样电阻和第三磁场取样电阻，所述第一线圈与所述第一磁场取样电阻串联，所述第二线圈与所述第二磁场取样电阻串联，所述第三线圈与所述第三磁场取样电阻串联。
[0011]进一步地，所述第一平行板电容器、第二平行板电容器和第三平行板电容器均包括靠近所述固定盒的第一极板、远离所述固定盒的第二极板以及位于所述第一极板和所述第二极板之间的绝缘介质，其中，三个所述第一极板相互连接。
[0012]进一步地，三个所述第二极板外均设有绝缘保护层。
[0013]进一步地，所述第一线圈、所述第二线圈和所述第三线圈均为多匝。
[0014]进一步地，所述三维全向电磁场探头还包括三个线圈固定盘，三个所述线圈固定盘均与所述固定部固定连接，所述第一线圈、所述第二线圈和所述第三线圈分别缠绕在对应的所述线圈固定盘上。本发明还提供一种电磁检测设备，其中包括:主机以及根据本发明所述的三维全向电磁场探头，所述主机与所述三维全向电磁场探头连接。
[0015]进一步地，所述三维全向电磁场探头还包括:设置于所述固定盒内并依次连接的运算放大器、模数转换器和数据处理器，其中，所述运算放大器分别与所述磁场探头和所述电场探头连接，所述数据处理器与所述主机通过光纤通信。
[O 016 ]本发明提供的三维全向电磁场探头，将电场探头和磁场探头分别固定在固定部上，将电场探头和磁场探头集成于一体，可在一个三维全向电磁场探头中同时实现电场和磁场的测量，实现电场探头和磁场探头一体化。测量时，通过两两正交的第一平行板电容器、第二平行板电容器和第三平行板电容器来测量电场，通过两两正交的第一线圈、第二线圈和第三线圈来测量磁场，不需要更换探头，使用方便，并且结构紧凑。
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本发明【具体实施方式】或现有技术中的技术方案，下面将对【具体实施方式】或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本发明实施例提供的三维全向电磁场探头的结构示意图；
[0019]图2为本发明一种实施例的电场探头的结构示意图；
[0020]图3为本发明另一种实施例的电场探头的结构示意图；
[0021 ]图4为本发明实施例的平行板电容器的结构示意图；
[0022]图5为本发明实施例的磁场探头的结构示意图；
[0023]图6为本发明实施例的电磁检测设备的结构示意图。
[0024]附图标记:
[0025]I 一固定部；2—电场探头；
[0026]3—磁场探头；4 一线圈固定盘；
[0027]5—支撑柱；6 —运算放大器；
[0028]7 —模数转换器；8—数据处理器；
[0029]9 —主机；
[0030]21 —第一平行板电容器；22 —第二平行板电容器；
[0031]23 —第三平行板电容器；
[0032]31—第一线圈；32—第二线圈；
[0033]33—第三线圈；
[0034]2a—第一极板；2b—第二极板；
[0035]2c—绝缘介质；2d—引线。
【具体实施方式】
[0036]下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
[0038]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0039]图1为本发明实施例提供的三维全向电磁场探头的结构示意图；图2为本发明一种实施例的电场探头的结构示意图；图3为本发明另一种实施例的电场探头的结构示意图；图4为本发明实施例的平行板电容器的结构示意图；图5为本发明实施例的磁场探头的结构示意图。
[0040]本发明提供一种三维全向电磁场探头，如图1至图5所示，该三维全向电磁场探头包括:固定部1、电场探头2和磁场探头3，电场探头2和磁场探头3均固定连接在所述固定部I上;所述电场探头2包括第一平行板电容器21、第二平行板电容器22和第三平行板电容器23，所述第一平行板电容器21、第二平行板电容器22和第三平行板电容器23两两正交;所述磁场探头3包括第一线圈31、第二线圈32和第三线圈33，第一线圈31、第二线圈32和第三线圈33所在平面两两正交，并且，所述第一平行板电容器21与所述第一线圈31相对布置，所述第二平行板电容器22与所述第二线圈32相对布置，所述第三平行板电容器23与所述第三线圈33相对布置。
[0041]如图2所示，在空间坐标系中，X轴、Y轴和Z轴两两正交，为了方面描述，在本实施例中，第一平行板电容器21垂直于X轴，第二平行板电容器22垂直于Y轴，第三平行板电容器23垂直于Z轴。第一线圈31所在平面垂直于X轴，第二线圈32所在平面垂直于Y轴，第三线圈33所在平面垂直于Z轴。
[0042]三维全向电磁场探头的作用是将待测磁场、电场变换为与之成正比的电压信号。其中，电场探头2能感受电场强度并转换成电信号输出，磁场探头3能感受磁场强度并转化为电信号输出。
[0043]本发明提供的三维全向电磁场探头，将电场探头2和磁场探头3分别固定在固定部I上，将电场探头2和磁场探头3集成于一体，可在一个三维全向电磁场探头中同时实现电场和磁场的测量，实现电场探头2和磁场探头3—体化。测量时，通过两两正交的第一平行板电容器21、第二平行板电容器22和第三平行板电容器23来测量电场，通过两两正交的第一线圈31、第二线圈32和第三线圈33来测量磁场，不需要更换探头，使用方便，并且结构紧凑。
[0044]其中，所述固定部I可以为各种用于安装固定电场探头2和磁场探头3的结构，例如固定支架、固定盒等。只要保证第一平行板电容器21、第二平行板电容器22和第三平行板电容器23空间正交，第一线圈31、第二线圈32和第三线圈33所在平面正交即可。
[0045]优选地，所述固定部I为长方体形的固定盒，如图1和图5所示，所述固定盒包括两个相对布置的两个第一面，两个相对布置的第二面，以及两个相对布置的第三面;所述第一面、第二面和第三面两两正交;所述第一平行板电容器21与所述第一线圈31相对安装在两个所述第一面上，所述第二平行板电容器22与所述第二线圈32相对安装在两个所述第二面上，所述第三平行板电容器23与所述第三线圈33相对安装在两个所述第三面上。安装时，只需将第一平行板电容器21、第二平行板电容器22、第三平行板电容器23、第一线圈31、第二线圈32和第三线圈33分别安装在固定盒的六个面上，即可保证所述第一平行板电容器21、第二平行板电容器22和第三平行板电容器23两两正交，并且第一线圈31、第二线圈32和第三线圈33所在平面两两正交。因此，本实施例中的固定盒方便安装。三个所述平行板电容器固定设置在所述固定盒的三个正交的表面上，三个所述线圈固定设置在所述固定盒的剩余三个正交的表面上，从而使用一个长方体形的固定盒便可将电场探头2和磁场探头3方便地集成在一起。
[0046]优选地，所述固定盒由金属制成(例如金属盒采用铜或者铝制成)，使得固定盒具有屏蔽作用，能够保护固定盒内的部件不受干扰。在测量大场强时，通过固定盒的屏蔽作用，保护固定盒内的部件不受到被测场的影响，提高测量的准确性。
[0047]进一步地，所述电场探头2还包括均位于所述固定盒内的第一电场取样电阻、第二电场取样电阻和第三电场取样电阻(第一电场取样电阻、第二电场取样电阻和第三电场取样电阻以下简称电场取样电阻)，所述第一电场取样电阻与所述第一平行板电容器21串联，所述第二电场取样电阻与所述第二平行板电容器22串联，所述第三电场取样电阻与所述第三平行板电容器23串联。变化的电场(即被测电场)会使第一平行板电容器21、第二平行板电容器22、第三平行板电容器23的极板上的感应电荷产生移动，感应电荷的移动就形成了感应电流，感应电流通过第一电场取样电阻、第二电场取样电阻和第三电场取样电阻便形成电压。实现电场探头2感受电场强度并转换成电信号输出的作用。分别测量第一电场取样电阻、第二电场取样电阻和第三电场取样电阻两端电压即可获知电场强度。
[0048]进一步地，所述磁场探头3还包括均位于所述固定盒内的第一磁场取样电阻、第二磁场取样电阻和第三磁场取样电阻(第一磁场取样电阻、第二磁场取样电阻和第三磁场取样电阻以下可以简称为磁场取样电阻)，所述第一线圈31与所述第一磁场取样电阻串联，所述第二线圈32与所述第二磁场取样电阻串联，所述第三线圈33与所述第三磁场取样电阻串联。被测磁场使第一线圈31、第二线圈32和第三线圈33中分别产生电流，电流经过第一磁场取样电阻、第二磁场取样电阻和第三磁场取样电阻形成电压，实现了磁场探头3感受磁场强度并转化为电信号输出的作用。分别测量第一磁场取样电阻、第二磁场取样电阻和第三磁场取样电阻的两端电压即可获知磁场强度。
[0049]此外，固定盒上设有多个细小的缝隙，第一线圈31、第二线圈32和第三线圈33的两端分别通过细小的缝隙接入固定盒内的第一磁场取样电阻、第二磁场取样电阻和第三磁场取样电阻。如图3所示，第一平行板电容器21的两个极板、第二平行板电容器22的两个极板、第三平行板电容器23的两个极板(即下文描述的第一极板2a和第二极板2b)分别连接引线2d，引线2d通过细小的缝隙接入固定盒内的第一电场取样电阻、第二电场取样电阻和第三电场取样电阻。
[0050]本发明通过由金属制成的具有屏蔽功能的固定盒，一方面，能够将上述所述的取样电阻(取样电阻包括上述所述的电场取样电阻和磁场取样电阻)方便地安装在固定盒内，避免取样电阻悬空设置;另一方面，还能避免取样电阻两端的电压受到被测电磁场的干扰，确保测得的取样电阻的两端的电压值为真实电压值，从而提高对电场测量和磁场测量的准确性。
[0051]此外，参考图6，所述三维全向电磁场探头还包括设置于所述固定盒内并依次连接的运算放大器6、模数转换器7和数据处理器8，其中，所述运算放大器6分别与所述磁场探头3和所述电场探头2连接。具体地，所述运算放大器6用于放大磁场取样电阻两端的电信号，以及放大电场取样电阻两端的电信号。在本实施例中，磁场探头3和电场探头2检测空间环境的电磁信号，信号取样后，通过运算放大器6将该电磁信号进行放大，放大后的信号经模数转换器7(A/D)转换得到数字信号，经过数据处理器8的数据处理后得到电磁场强值，最后以数字量的形式显示出来。
[0052]此外，所述三维全向电磁场探头还可以包括电池，所述电池与运算放大器6、模数转换器7和数据处理器8连接，从而为运算放大器6、模数转换器7和数据处理器8供电。
[0053]优选地，参见图4，所述第一平行板电容器21、第二平行板电容器22和第三平行板电容器23均包括靠近所述固定盒的第一极板2a、远离所述固定盒的第二极板2b以及位于所述第一极板2a和所述第二极板2b之间的绝缘介质2c，其中，三个所述第一极板2a相互连接，使得三个所述第一极板2a可以作为一个参考极板，方便测量。此外，三个第一极板2a固定彼此连接后能够方便地固定在固定盒上。
[0054]优选地，第一平行板电容器21、第二平行板电容器22和第三平行板电容器23的顶角连接在一起，如图3中所示，第一平行板电容器21、第二平行板电容器22和第三平行板电容器23共同形成一个顶点，以使整个电场探头2的结构更紧凑。
[0055]具体地，三个所述第一极板2a可以焊接在一起，使三个所述第一极板2a作为一个参考电极。此外，也可以通过导线将三个所述第一极板2a连接起来。
[0056]具体地，第一极板2a和第二极板2b上的金属层可以为铜。第一极板2a和第二极板2b的绝缘介质2c可以为空气，塑料等介质。优选地，所述绝缘介质2c为环氧玻璃布层压板，方便加工，在环氧玻璃布层压板的两个相对的表面分别覆盖金属层即可制成本发明中的平行板电容器。环氧玻璃布层压板能够将第一极板2a和第二极板2b固定连接起来。
[0057]进一步地，三个所述第二极板2b外均设有绝缘保护层。绝缘保护层能够避免在使用时，第二极板2b与其他金属体碰撞，降低干扰，提高测量的精确性。
[0058]第一平行板电容器21、第二平行板电容器22和第三平行板电容器23的表面积越大，则测量的精度越高。
[0059]所述第一线圈31、所述第二线圈32和所述第三线圈33可以分别为单匝或者多匝。优选地，所述第一线圈31、所述第二线圈32和所述第三线圈33均为多匝，提高灵敏度，保证测量精度。
[0060] 进一步地，如图5所示，所述三维全向电磁场探头还包括三个线圈固定盘4，三个所述线圈固定盘4均与所述固定部I固定连接，三个线圈固定盘4与三个线圈(即第一线圈31、第二线圈32和第三线圈33)——对应设置;第一线圈31、第二线圈32和第三线圈33分别缠绕在对应的所述线圈固定盘4上。线圈固定盘4方便固定第一线圈31、第二线圈32和第三线圈33ο
[0061 ]具体地，参见图5，固定盒的与第一线圈31、第二线圈32和第三线圈33连接的三个表面上分别设有支撑柱5，线圈固定盘4固定在所述支撑柱5上。
[0062]本发明还提供一种电磁检测设备，如图1至图6所示，所述电磁检测设备包括:主机9以及根据本发明所述的三维全向电磁场探头，所述主机9与所述三维全向电磁场探头连接。
[0063]其中，所述三维全向电磁场探头还包括:设置于所述固定盒内并依次连接的运算放大器6、模数转换器7和数据处理器8，其中，所述运算放大器6分别与所述磁场探头3和所述电场探头2连接，所述数据处理器8与所述主机9通过光纤通信。数据处理器8通过光纤与主机9进行通信，将测量结果输出到主机9进行显示，保证了三维全向电磁场探头的悬浮体型设计，即三维全向电磁场探头悬浮在待测量电磁场中，从而避免由于人手持探头而对测量结构产生干扰，确保测量的准确度。
[0064]所述主机9包括显示屏，所述显示屏与所述数据处理器8连接，显示屏用于显示处理处理器8传输的测量结果。
[0065]在本实施例中，电磁检测设备还包括绝缘支架，所述绝缘支架放置于待测电磁场中，所述三维全向电磁场探头的固定部I固定设置在所述绝缘支架上，三维全向电磁场探头通过光纤与主机9连接。
[0066]其中，绝缘支架可以为三脚架。
[0067]在本发明的另一个实施例中，上述所述的运算放大器6、模数转换器7和数据处理器8还可以安装在主机9内。使用者可以根据实际情况进行安装。
[0068]本文所述的低频指频率范围包括但不仅限于IHz— 400kHz，在低频范围，电磁辐射控制限值要求分别测量低频电场及低频磁场。
[0069]在本发明中，该三维全向电磁场探头的测量范围为IHz— 30MHz，即该三维全向电磁场探头可适用于低频(IHz — 400kHz)、中频以及部分高频的电磁场测量。优选用于低频电磁场进行测量，测量快捷方便。
[0070]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种三维全向电磁场探头，其特征在于，包括:固定部、电场探头和磁场探头，电场探头和磁场探头均固定连接在所述固定部上;所述电场探头包括第一平行板电容器、第二平行板电容器和第三平行板电容器，所述第一平行板电容器、第二平行板电容器和第三平行板电容器两两正交;所述磁场探头包括第一线圈、第二线圈和第三线圈，第一线圈、第二线圈和第三线圈所在平面两两正交，并且，所述第一平行板电容器与所述第一线圈相对布置，所述第二平行板电容器与所述第二线圈相对布置，所述第三平行板电容器与所述第三线圈相对布置。2.根据权利要求1所述的三维全向电磁场探头，其特征在于，所述固定部为长方体形的固定盒，所述固定盒包括两个相对布置的两个第一面，两个相对布置的第二面，以及两个相对布置的第三面;所述第一面、第二面和第三面两两正交； 所述第一平行板电容器与所述第一线圈相对安装在两个所述第一面上，所述第二平行板电容器与所述第二线圈相对安装在两个所述第二面上，所述第三平行板电容器与所述第三线圈相对安装在两个所述第三面上。3.根据权利要求2所述的三维全向电磁场探头，其特征在于，所述固定盒由金属制成。4.根据权利要求3所述的三维全向电磁场探头，其特征在于，所述电场探头还包括均位于所述固定盒内的第一电场取样电阻、第二电场取样电阻和第三电场取样电阻，所述第一电场取样电阻与所述第一平行板电容器串联，所述第二电场取样电阻与所述第二平行板电容器串联，所述第三电场取样电阻与所述第三平行板电容器串联； 所述磁场探头还包括均位于所述固定盒内的第一磁场取样电阻、第二磁场取样电阻和第三磁场取样电阻，所述第一线圈与所述第一磁场取样电阻串联，所述第二线圈与所述第二磁场取样电阻串联，所述第三线圈与所述第三磁场取样电阻串联。5.根据权利要求4所述的三维全向电磁场探头，其特征在于，所述第一平行板电容器、第二平行板电容器和第三平行板电容器均包括靠近所述固定盒的第一极板、远离所述固定盒的第二极板以及位于所述第一极板和所述第二极板之间的绝缘介质，其中，三个所述第一极板相互连接。6.根据权利要求1所述的三维全向电磁场探头，其特征在于，三个所述第二极板外均设有绝缘保护层。7.根据权利要求1所述的三维全向电磁场探头，其特征在于，所述第一线圈、所述第二线圈和所述第三线圈均为多匝。8.根据权利要求1所述的三维全向电磁场探头，其特征在于，所述三维全向电磁场探头还包括三个线圈固定盘，三个所述线圈固定盘均与所述固定部固定连接，所述第一线圈、所述第二线圈和所述第三线圈分别缠绕在对应的所述线圈固定盘上。9.一种电磁检测设备，其特征在于，包括:主机以及根据权利要求1 一 8中任一项所述的三维全向电磁场探头，所述主机与所述三维全向电磁场探头连接。10.根据权利要求9所述的电磁检测设备，其特征在于，所述三维全向电磁场探头还包括:设置于所述固定盒内并依次连接的运算放大器、模数转换器和数据处理器，其中，所述运算放大器分别与所述磁场探头和所述电场探头连接，所述数据处理器与所述主机通过光纤通信。
【文档编号】G01R29/08GK105842545SQ201610318314
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】陆德坚, 张立垚
【申请人】北京森馥科技股份有限公司