专利名称：测量场强的探测设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量磁和/或电场场强的探测设备并用于同时检定电和磁场及确定坡印庭向量。
出于技术、标准化、法律，以及生物和医学角度的考虑，对电和磁场场强的检定、测量和计算越来越为重量。
已知有一系列属于已有技术的测量该磁及电场的探测设备和方法。DE29 07 591对一种根据超外差原理测量场强的方法做了说明。该方法用于在示波器荧光屏上显示场强，场强探测设备的电子器件不在天线上。该方法与一种测量接收机的方法相符并且仅适用于对电场的检定。与波长相比，该配置较大并且对测量精度将产生不利的影响。
在DE 23 18 232中对电及磁场的场强测量装置做了说明，其中该原理以在测量头内通过二极管检波对测量信号进行检波为基础。但在采用此方法时，完全丧失了相位测量的可能。
在DE 33 15 209和DE 33 15 210中对另一种方法做了说明。在其中采用的近场探针将磁场或电场记录下来。属于该探测设备的电子器件位于一个未充分屏蔽的机箱内。但其采用模拟计算机进行计算已过时。
EP 0501169公开了一种场强测量仪，用此测量仪通过对与一金属面相关的环形天线的分电压的加或减，可测定出磁场或电场值。
环形天线由一被金属面隔离的半环构成。基于金属面的反射效应，该配置就场论而言等效于一环形天线，后者的环形天线由两个半环构成，该环形天线由两个设置在环形天线相对侧的负载电阻分成第一半环和第二半环。在一加以屏蔽的分室内设置有一用于检定场强的电路。
但其不足之处在于，从结构着眼该方法是非常不对称的并且由于此不对称，故三维工作的探测设备是不可能实现的或只会产生很大的误差。另外不能测出真正的坡印庭向量。
在联邦物理技术研究院的一篇报告，PTB-E-45，不伦瑞克，1992年12月的PTB报告中对一种基于依照EPO 501 169的知识的电磁场场强测量仪做了说明，在该测量仪中属于探测设备的电子器件在环形天线内部。由于电子器件机箱的几何配置，因而待测量的场将受到不容许的影响。在一与待测量的场不相关的基准信号间进行相位测量。两者间的差拍将导致不可重现的结果。
故本发明的任务在于，提出一种用于场强测量的探测设备，用该探测设备可以同时测量电场和磁场并可确定各电磁场分量间的相角和随之的坡印庭向量，其中探测设备的制造简单并且成本低廉并输出精确的、非虚假的并可重现的测量结果。
依照本发明，该任务通过权利要求1的特征部分的特征与前叙部分的特征相结合得到解决。本发明合适的设计包含在从属权利要求中。
本发明的一个主要优点在于，探测设备3维工作并可同时测量磁场和电场，其中探测设备由一测量头和一电子和电源部件构成，其中测量头为一位于顶端的六面体并且在各六面体面上设置有导体，其设置方式应使在相对的六面体面上设置的导体分别成对。
其中测量值的检定以场量耦合到阻抗匹配隔离的导体为基础，该导体设置在天线体上。天线体与其相邻的天线体并随之在各六面体面上的导体相互偏置90°，其中天线体的固定基面与六面体面的边棱平行。
作为另一有益的特点，探测设备具有一紧凑、实用的结构，该结构在应用时可实现很高的灵活性并且不需要附加传统的测量仪表控制该配置，其中六面体是一个中空体并由铁氧体材料构成并且电子-和电源块具有一铝制机箱，该机箱的内部和/或外部覆以铁氧体材料层并且在机箱内设置有电子测量设备和电源。采用一固有的用压缩空气驱动的发电机组供电并因而不必进行昂贵的对电池或蓄电池的更换。为此，可以可靠地避免在进行测量时测量装置的失效，不必进行昂贵的反复测量。通过采用电引线避免了测量值的误差。
就测量的实施，以及基本方法而言，探测设备的结构可以实现不同的工作方式。后者意味着可以脱机/联机工作。在采用脱机工作方式时数据在探测设备内进行中间存储，以便以后进行计算，而在采用联机工作方式可实现对所有测量值的直接数据传输。全景测量可以使应用者得到待测频段的初步综观。为此，测量电子设备具有用于放大、高频处理、模数转换、频率产生、控制和冷却的器件。
探测设备按超外差原理工作。因而可以实现场分量的窄带测量。由一机内的合成器产生必要的基准频率。因而不需要采用产生该基准频率的外发生器。
由专用的铁氧体材料制成的屏蔽使测量设备对于电和磁场来说是不可见的。因而可以进一步避免对待测场的影响并减少了对测量结果的影响。探测设备具有两条相同的测量电路。各测量信号通过一6∶2信号复接器接在相应的测量电路上。因此可以把所有的输入信号相互衔接在一起。同样由此也可以导致确定出各电和磁场分量间的相角。此点对于确定坡印庭向量是必要的。
下面将对照在附图中所示的实施例进一步对本发明加以说明。
图中示出
图1带有测量头和电子-和电源块的探测设备示意图，其中局部为剖面图；图2电子设备的方框图。
如图1所示，探测设备1由两个功能单元，即测量头2和电子和电源部件构成并且工作在约150KHz至约2.5GHz频率范围并且其振幅在几μV至几百V/m间。
测量头2是一个位于顶端4a的六面体4，在其六个六面体面上分别有一个导体5。六面体4本身为中空体结构并由专用的铁氧体材料制成。由于采用该配置，因而可以对所有场信号分别进行计算。导体5设置在六面体面上，因而可以输入不管是磁场，还是电场的所有3个场分量。所以无需改变探测设备的位置，即可以对带有所有3个分量的场进行检定。两个相对的导体5构成一对。在本实施例中，导体5为带状导体结构并设置在天线体6上，其中天线体6与其相邻的天线体分别偏移90°，固定在六面体面上。天线体6的固定基面平行于六面体面的边棱。
在与六面体4相背侧，通过电阻8导体5与中线7阻抗匹配地被隔离。利用在六面体4内通过同轴线的外导线与地连接的中线7和利用接在导体5与同轴线9间的测量头2内的平衡-不平衡转换器对同相电压进行抑制。
依照另一实施方案，导体5由平行设置的圆导线构成。
通过一根用铁氧体套管11电磁屏蔽的管10电子测量设备的各信号加入电子和电源部件3中。
电子和电源部件3具有一外部用铁氧体材料12a覆层的铝制机箱12。在机箱内设置有由分集高频放大器13、高频处理模件14、模数转换器15、频率发生器16、控制单元17和冷却单元18以及一为各部件供电的压缩空气驱动的发电机组19构成的整个电子设备。
下面还将对探测设备1的开机和工作方式简单加以说明。在经对开机前的必要的准备后对发电机组19送入压缩空气。从而经机内的涡轮机产生出工作必要的电能。机内控制单元17开始工作，启动系统并等候使用者通过光学线路发出的指令。使用者选出一预设的测量程序或输入应用专用测量程序的新数据。
在此准备后，系统已处于根据测量程序准备对数据进行测量状态。使用者通过光学线路启动程序并且探测设备1开始进行测量程序运算。视所选用的工作方式，探测设备1通过光学线路立刻将数据传递给使用者的计算站或将测得的数值收集在内部数据存储器内，以便将数据压缩输送给使用者。
在图2中示出设置在测量头2和计算装置之间的电子设备的工作方式。
测量头2的输入信号到达输入隔离放大器20并被去耦输送给求和放大器21、总放大器求出电和磁场的场分量值。通过后置的多路转换器22可对每条测量电路具体选出将计算哪个信号。在后接的频段滤波器23中将对信号进行粗选择。一个后置的隔离放大器24对信号进行去耦并对频段滤波器23造成的损耗进行补偿。通过第一混频器25与频率合成器32相配合将对待测频率进行选择。测量信号通过第一中频滤波器26到达第二混频器27，第二混频器与基准频率发生器33相配合进行变频。信号通过后置的第二中频滤波器28和一个输出隔离放大器29被加到取样和保持电路30上，以便接着通过模数转换器31对其进行数字化。这些值被微处理机34采集并作为数据字存储在随机存取存储器35中。过程控制编程及测量程序表存储在电可编程只读存储器36中。通过一根光波导39实现与外部的通信。通过发送级37和接收级38实现系统的耦合。
根据传统的高频技术的原理及其互易性实现在带状导体上的对场分量的捕集。
本发明并不限于在此加以说明的实施例。确切地说，通过对所述手段和特征的结合可以实现其它的实施方案，而并不会背离本发明的范围。
附图标记对照表1探测设备2测量头3电子和电源部件4六面体4a 顶端5导体6天线体7中线8电阻9同轴线10 管件11 铁氧体套管12 机箱12a 铁氧体材料13 放大器14 高频处理15 模数转换器16 频率发生器17 控制单元18 冷却19 发电机组20 输入隔离放大器21 求和放大器22 6比1多路转换器23 频段滤波器
24隔离放大器25第一混频器26第一中频滤波器27第二混频器28第二中频滤波器29输出隔离放大器30取样与保持电路31模数转换器32频率合成器33基准频率发生器34微处理机35随机存取存储器36电可编程只读存储器37发送器38接收器39光波导
权利要求
1.探测设备，用于根据超外差原理采用天线测量磁场和/或电场的场强，其特征在于探测设备(1)由测量头(2)和电子和电源部件(3)构成，其中测量头(2)系一个位于顶端(4a)的六面体(4)并且在各六面体面上设置有阻抗匹配隔离的导体(5)，其设置方式应使在相对的六面体面上设置的导体(5)分别构成一对。
2.依照权利要求1的探测设备，其特征在于导体(5)为带状导体。
3.依照权利要求1的探测设备，其特征在于导体(5)由圆导线构成。
4.依照权利要求2或3的探测设备，其特征在于围绕中线(7)的导体(5)补充成-三线制系统并且在六面体(4)内的该中线(7)经同轴线(9)的外导线接地并且导体(5)经平衡-不平衡转换器与同轴导线(9)的内导线实现连接。
5.依照权利要求1的探测设备，其特征在于导体(5)设置在天线体(6)上。
6.依照权利要求1或5的探测设备，其特征在于天线体(6)与其相邻的天线体偏移90°设置。
7.依照权利要求5或6的探测设备，其特征在于天线体(6)的固定基面平行于六面体面的边棱。
8.依照上述权利要求中的至少一项所述的探测设备，其特征在于天线体(6)在其面向固定基面端成楔形回缩结构并且导体(5)在该端成尖形回缩结构。
9.依照权利要求4的探测设备，其特征在于在与六面体(4)相背侧的导体(5)用电阻(8)阻抗匹配地与中线(7)隔离。
10.依照权利要求1的探测设备，其特征在于六面体(4)为一个中空体并由铁氧铁材料构成。
11.依照权利要求1的探测设备，其特征在于测量头(2)通过同轴线(9)与电子-和电源块连接。
12.依照权利要求11的探测设备，其特征在于同轴线(9)由一根由铝制成的、带有铁氧体内衬的和/或铁氧体外覆层的管(10)内穿过。
13.依照权利要求12的探测设备，其特征在于铁氧体内衬是一个铁氧体套管(11)。
14.依照权利要求1的探测设备，其特征在于电子-和电源块(3)具有一铝制机箱(12)，该机箱的内部和/或外部覆以铁氧体材料(12a)层，在该机箱内设置有测量电子设备和电源。
15.依照权利要求1或14的探测设备，其特征在于测量电子设备具有用于放大(13)、高频处理(14)、模数转换(15)、频率产生(16)、控制(17)和冷却(18)的器件。
16.依照权利要求1或14的探测设备，其特征在于电源系一个用压缩空气驱动的发电机组(19)。
17.依照权利要求3的探测设备，其特征在于圆导线平行设置。
全文摘要
本发明涉及一种根据超外差原理用于磁场和/或电场场强测量的探测设备并适用于同时检定这些场分量及确定辐射矢量。探测设备(1)为此由一测量头(2)和一电子—和电源块(3)构成，其中测量头(2)为一位于顶端(4a)的六面体(4)并且在各六面体面设置导体(5)，其设置方式应使在相对六面体面上设置的导体(5)分别构成一对。
文档编号G01R33/02GK1161454SQ9612390
公开日1997年10月8日 申请日期1996年12月21日 优先权日1996年12月21日
发明者D·汉森, H·D·里斯陶, T·施赖伯, E·罗特 申请人:欧洲Emc服务汉森博士有限公司