一种射频电场测量探头及便携式智能综合电磁场测量仪的制作方法

本实用新型涉及电场测量技术领域，具体为一种射频电场测量探头及便携式智能综合电磁场测量仪。

背景技术：

随着经济建设的发展和科学技术的进步，我国在电力设备、通讯网络、交通工具等方面都取得了可喜的成就。各个领域的发展及先进电子设备的应用，使人们的生活快捷便利，不仅提高了人们物质文化生活水平，也给我们带来了新的课题：如何测量和防护电磁波的辐射。

大量的电子设备在正常运行的同时也往外发射电磁能量,可能对其他设备产生不良影响,甚至造成严重的危害,这就是电磁干扰。在有限的时间、空间和有限的频率资源条件下,由于电气电子设备的数量与日俱增,使用的密集程度越来越大,电磁干扰的严重性受到了人们的普遍关注。尽管现代电子设备的工作频率已扩展至光波波段，但经常使用的频率范围集中在40GHz以下，由于频率资源有限，大量的不同类型电子设备不得不重复使用某些频段，因而易于造成彼此间相互干扰。由于电子技术向集成化、数字化、密集化和高速化方向迅速发展，发射机和接收机灵敏度有很大提高，电子电气设备所产生的干扰电平在不断提高。

现代电子、电气设备或系统和电磁环境犹如一对难舍难分的孪生兄弟，设备或系统越是高技术，它所造成的电磁环境越复杂，同时，复杂的电磁环境又对设备提出了更高的要求。电磁干扰不仅仅限于电气电子设备，而且涉及到自然干扰源、核电磁脉冲、静电放电、电磁辐射对人体的生态效应,信息处理设备电磁泄漏产生的失密，检测地震前的电磁辐射进行震前预报等等问题。

超过一定强度的电磁场辐射，会引起人的中枢神经系统的机能障碍和以交感神经疲乏紧张为主的植物神经失调，其临床症状可表现为头昏脑胀、失眠多梦、疲劳无力、记忆力减退、心悸、头疼、四肢酸痛、食欲不振、脱发、多汗等，部分人员还会出现心动过缓、血压下降、心律不齐等症状。电磁场是无声、无光、无味的作用场，不达到很强的程度，人是感觉不到的，所以这种危害具有很强的“隐蔽性”，往往不被人们所察觉和重视。为了保障人民身体健康，我国已颁布的与电磁场危害有关的环境和卫生标准有：电磁辐射防护规定(GB8702-88)、环境电磁波卫生标准(GB9175-88)、作业场所微波辐射卫生标准(GB10436-89)、作业场所超高频辐射卫生标准(GB10437-89)等，国家制定了相应的法律法规和国家标准，对于电磁辐射环境管理，国家有了较系统的法规和标准。

目前，国内的场强仪生产厂家很少，现有国内场强仪产品功能较为单一，工频电场和工频磁场不能同时测量，频率范围窄，工频场强仪仅能测量50Hz的电场或磁场，灵敏度、准确度低，高频近区场强仪频率范围为20MHz～200MH或75MHz～800MHz，测量范围较窄，最低检出限较高，约3V/m，准确度较低，为±3dB。另外测电场、磁场的仪器和传感器是分开的，不能三轴同时测量，不能远距离测量，抗干扰性差，仪器水平较低，难以满足安监、职业卫生、环保监测工作的需要。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种射频电场测量探头及便携式智能综合电磁场测量仪，该产品将工频电场、工频磁场、射频电场等测量功能集成到一个智能的便携式设备，填补国内空白。可同时测量工频电场、工频磁场的X向、Y向、Z向、综合值，测量射频电场的X向、Y向、Z向、综合值等，具有智能化、集成化、全向性等特性。

本实用新型的技术方案：一种射频电场测量探头，包括盖帽和下托，所述下托连接中空套杆的一端，中空套杆的另一端与连接体连接，连接体的端部连接航插，所述盖帽内开设有卡槽，下托与盖帽连接端开设有安装腔，所述盖帽和下托连接使得卡槽和安装腔形成便于放置射频传感器的空间，所述射频传感器的高阻传输线安装在套杆的中空通道内并在靠近连接体处连接到信号线，信号线与航插连接以便射频传感器采集的信号进行传输。

所述盖帽的下端设置有套筒，在下托的上端设置有与套筒相配合的卡塞部，通过套筒和卡塞部使得盖帽和下托连接紧密。

所述下托的下端开设有方便连接中空套杆上端的连接孔。

所述射频传感器包括三副偶极子天线，每副偶极子天线的上端设置环氧板，所述环氧板的两侧分别设置有安装槽和安装卡凸，安装槽和安装卡凸将三块环氧板连接形成三菱柱状射频传感器本体，在射频传感器本体的上端用透明胶带缠绕保证连接稳固，所述环氧板上安装有偶极子，偶极子之间连接检波二极管，偶极子通过高阻传输线连接到信号线，所述射频传感器本体的下方设置橡胶圈将三副偶极子天线的高阻传输线束成一束方便安装在套杆的中空通道内。

所述盖帽内开的卡槽为三道，三道卡槽连接成与三菱柱状射频传感器本体相配套的正三角形，所述安装腔的横截面也为正三角形。

所述连接体与中空套杆连接处设置有左旋外螺纹，连接体与航插连接处设置有右旋内螺纹。

一种便携式智能综合电磁场测量仪，包括以上所述的射频电场测量探头以及集成工频电磁场探头，射频电场测量探头插入到测量主机内进行高频电场测量，集成工频电磁场探头通过光纤连接到测量主机进行工频电磁场测量，所述测量主机包括主机壳体，在主机壳体的正面设置有液晶显示屏和操作按键，在主机壳体的顶部开设有方便射频电场测量探头的航插插入的射频传感器插口，在主机壳体内还设置有电路板，所述电路板上安装有控制芯片以及连接配套的外围电路，在主机壳体的背面安装有锂电池用以给电路板供电，射频电场测量探头测量的电场信号通过射频传感器插口传输到电路板；所述主机壳体的顶部还开设有工频传感器光纤TX插口和工频传感器光纤RX插口用以接收集成工频电磁场探头采集的电场信息，主机壳体的顶部还设置有与控制芯片连接的USB接口及指示灯，主机壳体的底部还设置有用于给锂电池进行充电的充电接口。

所述电路板上安装的控制芯片通过液晶显示屏接口与液晶显示屏连接的、通过按键接口与操作按键连接，通过光纤通讯接口与工频传感器光纤插口连接，所述电路板上还安装有与控制芯片连接的存储器芯片、时钟芯片和电源管理芯片。

所述集成工频电磁场探头包括传感器组件，传感器组件包括安装在固定架上的X向线圈、Y向线圈和Z向线圈以及X向极板、Y向极板和Z向极板，所述固定架与X向极板之间还安装有传感器充电插座、电源开关以及光纤插座，在固定架内设置有与传感器充电插座、和光纤插座相连接的插座转接板，固定架内还安装有传感器电路板、电池连接板和传感器电池，传感器电路板通过单排插针和单排插针座连接X向线圈、Y向线圈、Z向线圈、X向极板、Y向极板、Z向极板以及插座转接板和电池连接板，电池连接板与传感器电池连接用以给传感器电路板供电。

所述传感器组件安装在罩帽以及底盖形成的罩体内，底盖的下方连接尼龙连接杆，尼龙连接杆下方连接木质伸缩三脚架，传感器组件的光纤插座内插入光纤，光纤的另一端穿过底盖上开设的线槽连接到测量主机。

射频电场测量探头的盖帽和下托采用聚苯乙烯发泡剂模具压注成型；所述主机壳体采用具有电磁辐射屏蔽功能的硬质铝合金加工而成。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：功能集成化，将工频电场、工频磁场、射频电场等测量功能集成到一个智能的便携式设备，填补国内空白。可同时测量工频电场、工频磁场的X向、Y向、Z向、综合值，测量射频电场的X向、Y向、Z向、综合值等，具有智能化、集成化、全向性等特性；结构工艺方面，采用屏蔽技术，即主机机壳内壁采用了镀铜屏蔽的方法，大大地减少了外部信号的干扰，对工频探头电器部分使用铝合金整体屏蔽，减少了本机震荡，对测量精度的影响。工频电场和磁场传感器集成到一个探头上，并通过光纤线实现传感器和主机通信，将检测的信号传输给主机，射频探头通过接插件(航插)传递给主机。本实用新型是一种综合式(宽频段)三轴相(全向)的检测的电磁场检测仪器，不需要检测人员在环境中找电磁场的最大实际量，且本实用新型将工频电场、工频磁场、射频电场的检测集成到了一体机上同时做到了工频电磁场同步显示，大大提高了数据的可靠性，提高了检测的效率。本实用新型使用的是大容量的锂电池为整机的工作提高电能且所采用的都是高效低功耗稳定性可靠性极高的电子元器件，持续工作72小时。

附图说明

图1为本实用新型使用结构示意图；

图2为本实用新型射频电场测量探头整体结构示意图；

图3为本实用新型射频电场测量探头盖帽结构示意图；

图4为图3的A-A向结构示意图；

图5为本实用新型射频电场测量探头下托结构示意图；

图6为图5的B-B向结构示意图；

图7为本实用新型射频电场测量探头偶极子天线结构示意图；

图8为本实用新型射频传感器结构示意图；

图9为本实用新型射频传感器俯视结构示意图；

图10为本实用新型射频电场测量探头连接体结构示意图；

图11为本实用新型测量主机主视图；

图12为本实用新型测量主机后视图；

图13为本实用新型测量主机俯视视图；

图14为本实用新型集成工频电磁场探头结构示意图；

图15为本实用新型传感器组件结构示意图一；

图16为本实用新型传感器组件结构示意图二；

图17为本实用新型传感器组件电路板连接结构示意图；

图18为本实用新型集成工频电磁场探头罩帽结构示意图；

图19为本实用新型集成工频电磁场探头底盖结构示意图；

图20为本实用新型测量仪整体结构框图；

图21为本实用新型测量仪工作原理框图；

图22为本实用新型测量仪测量主机操作流程图。

图中：1-射频电场测量探头，2-测量主机，2-集成工频电磁场探头，10-盖帽，11-下托，12-套杆，13-连接体，14-航插，15-卡槽，16-安装腔，17-射频传感器，18-高阻传输线，19-信号线，20-电路板，21-主机壳体，22-液晶显示屏，23-操作按键，24-射频传感器插口，25-插口，26-USB接口，27-指示灯，28-锂电池，30-传感器组件，31-罩帽，32-底盖，33-尼龙连接杆，34-木质伸缩三脚架，35-光纤，100-套筒，110-卡塞部，111-连接孔，130-左旋外螺纹，131-右旋内螺纹，170-环氧板，171-安装槽，172-安装卡凸，173-透明胶带，174-偶极子，175-检波二极管，176-橡胶圈，300-固定架，301-X向线圈，302-Y向线圈，303-Z向线圈，304-X向极板，305-Y向极板，306-Z向极板，307-传感器充电插座，308-电源开关，309-光纤插座，310-插座转接板，311-传感器电路板，312-电池连接板，313-传感器电池。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，射频电场测量探头1插入到测量主机2上，集成工频电磁场探头3通过光纤连接到测量主机2进行工频电磁场测量，测量高频电场时，射频电场测量探头1通过航插对接主机，可以同时探测到空间X、Y、Z三个自由轴向的电场强度，射频电场测量探头有相互正交的三个天线组成，传感器有高灵敏度的检波器将信号通过高频专用航插插件传输到主机，经主机的放大器、微处理器处理显示，得到高频电场强度及X、Y、Z三个自由轴向的高频电场强度。

由三个相互垂直的探测线圈组成三维工频磁场传感器，当探测线圈进入磁场时，通过测量探测线圈的感应电动势，可测定出对应的磁感应强度。通过三线圈测得感应电动势的三路电压信号，经多路开关，分别送入放大器处理，经A/D转换成数字信号，送入单片机进行计算、校正处理，将结果通过光纤送到手持主机进一步处理后，送显示器显示X轴、Y轴、Z轴三个方向的分量B_x、B_y、B_z和B(三个分量平方和的平方根)以及对应的频率。

由三个相互垂直的平行极板组成三维工频电场传感器，通过测量探测平行极板的两端电压，可测定出对应的电场强度。三个相互垂直的平行极板两端电压的三路电压信号，经多路开关，分别送入放大器处理，经A/D转换成数字信号，送入单片机进行计算、校正处理，将结果通过光纤送到手持主机进一步处理后，送显示器显示X轴、Y轴、Z轴三个方向的分量E_x、E_y、E_z和E(三个分量平方和的平方根)以及对应的频率。

请参阅图2，本实用新型提供一种技术方案：一种射频电场测量探头，包括盖帽10和下托11，所述下托11连接中空套杆12的一端，中空套杆12的另一端与连接体13连接，连接体13的端部连接航插14，所述盖帽10内开设有卡槽15，下托11与盖帽连接端开设有安装腔16，所述盖帽10和下托11连接使得卡槽15和安装腔16形成便于放置射频传感器17的空间，所述射频传感器17的高阻传输线18安装在套杆12的中空通道内并在靠近连接体13处连接到信号线19，信号线19与航插14连接以便射频传感器17采集的信号进行传输。

请参阅图3至图6，所述盖帽10的下端设置有套筒100，在下托11的上端设置有与套筒100相配合的卡塞部110，通过套筒100和卡塞部110使得盖帽10和下托11连接紧密。

所述下托11的下端开设有方便连接中空套杆上端的连接孔111。

所述盖帽10内开的卡槽15为三道，三道卡槽15连接成与三菱柱状射频传感器本体相配套的正三角形，所述安装腔16的横截面也为正三角形。

请参阅图7至图9，所述射频传感器17包括三副偶极子天线，每副偶极子天线的上端设置环氧板170，所述环氧板170的两侧分别设置有安装槽171和安装卡凸172，第一块环氧板的安装卡凸172卡在第二块环氧板的安装槽171内，第二块环氧板的安装卡凸172卡在第三块环氧板的安装槽171内，第三块环氧板的安装卡凸172卡在第一块环氧板的安装槽171内，依次连接，安装槽171和安装卡凸172将三块环氧板170连接形成三菱柱状射频传感器本体，在射频传感器本体的上端用透明胶带173缠绕保证连接稳固，所述环氧板170上安装有偶极子174，偶极子之间连接检波二极管175，偶极子174通过高阻传输线18连接到信号线19，偶极子174与高阻传输线18的夹角为54.7°。所述射频传感器本体的下方设置橡胶圈176将三副偶极子天线的高阻传输线18束成一束方便安装在套杆12的中空通道内。

请参阅图10，所述连接体13与中空套杆12连接处设置有左旋外螺纹130，连接体13与航插14连接处设置有右旋内螺纹131。

请参阅图11、图12、图13和图20，一种便携式智能综合电磁场测量仪，包括以上所述的射频电场测量探头1以及集成工频电磁场探头3，射频电场测量探头1插入到测量主机2内进行高频电场测量，集成工频电磁场探头3通过光纤连接到测量主机2进行工频电磁场测量，所述测量主机2包括主机壳体21，在主机壳体21的正面设置有液晶显示屏22和操作按键23，在主机壳体21的顶部开设有方便射频电场测量探头1的航插14插入的射频传感器插口24，在主机壳体21内还设置有电路板20，所述电路板20上安装有控制芯片以及连接配套的外围电路，在主机壳体21的背面安装有锂电池28用以给电路板20供电，射频电场测量探头1测量的电场信号通过射频传感器插口24传输到电路板20；所述主机壳体21的顶部还开设有工频传感器光纤TX插口25和工频传感器光纤RX插口25用以接收集成工频电磁场探头3采集的电场信息，主机壳体21的顶部还设置有与控制芯片连接的USB接口26及指示灯27，主机壳体21的底部还设置有用于给锂电池28进行充电的充电接口。

请参阅图20，所述电路板20上安装的控制芯片通过液晶显示屏接口与液晶显示屏连接的、通过按键接口与操作按键连接，通过光纤通讯接口与工频传感器光纤插口连接，所述电路板20上还安装有与控制芯片连接的存储器芯片、时钟芯片和电源管理芯片。

请参阅图14至图19，所述集成工频电磁场探头3包括传感器组件30，传感器组件30包括安装在固定架300上的X向线圈301、Y向线圈302和Z向线圈303以及X向极板304、Y向极板305和Z向极板306，所述固定架300与X向极板304之间还安装有传感器充电插座307、电源开关308以及光纤插座309，在固定架300内设置有与传感器充电插座307和光纤插座309相连接的插座转接板310，固定架300内还安装有传感器电路板311、电池连接板312和传感器电池313，传感器电路板311通过单排插针和单排插针座连接X向线圈301、Y向线圈302、Z向线圈303、X向极板304、Y向极板305、Z向极板306以及插座转接板310和电池连接板312，电池连接板312与传感器电池313连接用以给传感器电路板311供电。

所述传感器组件30安装在罩帽31以及底盖32形成的罩体内，底盖32的下方连接尼龙连接杆33，尼龙连接杆33下方连接木质伸缩三脚架34，传感器组件30的光纤插座309内插入光纤35，光纤的另一端穿过底盖32上开设的线槽连接到测量主机2。

射频电场测量探头1的盖帽10和下托11采用聚苯乙烯发泡剂模具压注成型；所述主机壳体2采用具有电磁辐射屏蔽功能的硬质铝合金加工而成。

请参阅图21和图22，便携式智能综合电磁场测量仪主要功能：

仪器采用最先进的电子技术、传感器技术、计算机技术设计制造而成；

仪器同时测量立体空间X、Y、Z三个自由轴向的电场及磁场；

仪器测量电场、磁场互不影响；

仪器配有工频探头和射频探头各一个；测量工频电磁场或测量射频电磁场，可自由更换测量探头，仪器有自动识别、自检探头传感器功能，自动显示对应测试参数；

测量环境的温、湿度自动参入补偿修正测试结果，仪器测量精度高、范围宽；

仪器大屏幕显示，界面亲和美观、图文并茂，人机对话，提示操作，使用简便；

测量参数单位用户可自选，量纲仪器自动切换；

测量结果可以分量模式、百分比模式、特征值模式显示，自由切换；

仪器带时钟、电量显示、设定值自动报警功能；

仪器锂电池供电，电池容量大、仪器功耗低、工作时间长；

仪器有测量数据储存功能，可以随时查询历史数据；

仪器集成度高，体积小、重量轻，携带方便。

仪器主要技术指标为，高频电场测量范围：1V/m-300V/m(10MHz～3GHz)；高频电场分辨率:0.001V/m(V/m档)；0.001kV/m(kV/m档)。

工频电场测量范围：2V/m～50kV/m(20～2000Hz)，[100Hz～10kHz可选、1kH～100kHz可选]；工频电场分辨率：0.001V/m；工频磁场测量范围：0.1μT～1.5mT(20～2000Hz),[100Hz～10kHz可选、1kH～100kHz可选]；工频磁场分辨率：0.001μT(μT档)；0.001mT(mT档)。

电场测量准确度:±5％。

磁场测量准确度:±5％。

便携式智能综合电磁场测量仪的关键技术：

1)集成工频电磁场探头中电场极板大小、磁场线圈匝数的设计及阻抗匹配电路设计

工频探头传感器：

电场传感器:互为正交的三个平行极板，极板是边长约70x70cmm的矩形，间距0.7mm。电场传感器材料：银膜

磁场传感器：电磁感应线圈，线圈圈数：250，漆包线的内直径：0.11mm

2)射频电场测量探头频带拓宽技术及高阻线设计

偶极子天线得到的高频电场波形通过高频肖特基二极管检波后成为我们需要的高频电场信号。

3)多路信号处理及采集技术

通过通道选择模块和数据采集模块MAX350及其外围电路组成，为检测到的信号提供稳定正确的传输通道，并将传输的数据进行采集。

4)射频场强数据处理技术

由于射频场强传感器在不同频率、不同场强情况下存在非线性，从射频探头采样得到的数据也存在较大的非线性。为了使得在仪器在全量程范围都有较好的性能表现，在对射频探头进行校准时将采用智能算法实现自动曲线拟合，结合特殊情况下的人工干预和调整，以最大限度消除上述非线性对仪器性能的影响，确保仪器达到预设的精度要求。

5)制作工艺、材料的选择

高频电场和工频电磁场传测量传感器：调研高频电场测量传感器的制作工艺及材料，通过选用不同材料制作传感器进行实验，确定对信号衰减最小的材料制作传感器，以提高仪器测量灵敏度。

便携式智能综合电磁场测量仪的创新点：

1)功能创新：

该项目产品的功能集成化是功能创新点。

该产品将工频电场、工频磁场、射频电场等测量功能集成到一个智能的便携式设备，填补国内空白。可同时测量工频电场、工频磁场的X向、Y向、Z向、综合值，测量射频电场的X向、Y向、Z向、综合值等，具有智能化、集成化、全向性等特性。

2)工艺创新：

该项目产品的屏蔽结构工艺和调试工艺为工艺创新点。

结构工艺方面，采用屏蔽技术，即主机机壳内壁采用了镀铜屏蔽的方法，大大地减少了外部信号的干扰，对工频探头电器部分使用铝合金整体屏蔽，减少了本机震荡，对测量精度的影响。

该项目产品的调试工艺方面，出厂前校准是保证产品准确度的重要工序。通过外界标准电磁场信号的感应接收，测出相应的工频电场、工频磁场、高频电场信号，以此建立电磁场强与交流和直流信号的关系曲线，并将此曲线存储在单片机的数据存储器内，在使用时对测量信号由单片机自动读取数据进行校准，提供测量的可靠性和准确度。

3)技术创新：

①传感器技术创新：

工频电场传感器技术：采用的是平行极板之间的电容和取样电阻形成的回路，从而在极板之间获得一个电压信号。

工频磁场传感器技术：依据法拉第电磁感应定律理论设计，感应线圈，该线圈在磁场环境内会感应到一个电压信号。

射频电场传感器技术：通过加载振子和晶体检波器下接平行高阻线来检测需要的信号。

工频电场和磁场传感器集成到一个探头上，并通过光纤线实现传感器和主机通信，将检测的信号传输给主机，射频探头通过接插件(航插)传递给主机。

②频段宽、三轴向电磁场可同时检测，数据同步显示。

当前国内采用的是单轴的选频式的场强测量仪器，工频的测量、射频的测量需与探头对应的仪器配合使用且工频电场、工频磁场不会同时显示，在检测过程中需要测量人员首先需要确定环境中检测的频段其次再选择适合这个频段检测的探头或仪器，最后测量人员需在环境中转动探头来得到最大的电磁场分量，因此受实际检测环境和使用人员的人为因素的影响可能会影响到测量数据的可靠性，而本实用新型是一种综合式(宽频段)三轴相(全向)的检测的电磁场检测仪器，不需要检测人员在环境中找电磁场的最大实际量，且本实用新型将工频电场、工频磁场、射频电场的检测集成到了一体机上同时做到了工频电磁场同步显示，大大提高了数据的可靠性，提高了检测的效率。

③电源续航能力强，本实用新型使用的是大容量的锂电池为整机的工作提高电能且所采用的都是高效低功耗稳定性可靠性极高的电子元器件，持续工作72小时。

④数据处理，本实用新型在数据处理软件部分采用了加权求平均值的算法，大大提高了测量数据真实性和稳定性。

⑤射频校准技术，本实用新型采用矩阵法处理原始数据得到了准确的校准曲线。

⑥采用了微处理技术使设备的体积大大的减小并使仪器的功能得到了极大的增强。

⑦具有测量电场、磁场超过阀值报警功能。当电场超过设定值时，场强计显示电场报警；当磁场超过设定值时，场强计显示磁场报警。

⑧场强计对连接的探头有自动识别及其对识别的探头各个传感器进行自检的能力；

⑨湿度对工频场强传感器有一定影响，本产品采用湿度修正技术，提高测量准确度。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。