專利名稱：測量場強的探測設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量磁和/或電場場強的探測設備并用于同時檢定電和磁場及確定坡印庭向量。
出于技術、標準化、法律，以及生物和醫(yī)學角度的考慮，對電和磁場場強的檢定、測量和計算越來越為重量。
已知有一系列屬于已有技術的測量該磁及電場的探測設備和方法。DE29 07 591對一種根據(jù)超外差原理測量場強的方法做了說明。該方法用于在示波器熒光屏上顯示場強，場強探測設備的電子器件不在天線上。該方法與一種測量接收機的方法相符并且僅適用于對電場的檢定。與波長相比，該配置較大并且對測量精度將產(chǎn)生不利的影響。
在DE 23 18 232中對電及磁場的場強測量裝置做了說明，其中該原理以在測量頭內通過二極管檢波對測量信號進行檢波為基礎。但在采用此方法時，完全喪失了相位測量的可能。
在DE 33 15 209和DE 33 15 210中對另一種方法做了說明。在其中采用的近場探針將磁場或電場記錄下來。屬于該探測設備的電子器件位于一個未充分屏蔽的機箱內。但其采用模擬計算機進行計算已過時。
EP 0501169公開了一種場強測量儀，用此測量儀通過對與一金屬面相關的環(huán)形天線的分電壓的加或減，可測定出磁場或電場值。
環(huán)形天線由一被金屬面隔離的半環(huán)構成。基于金屬面的反射效應，該配置就場論而言等效于一環(huán)形天線，后者的環(huán)形天線由兩個半環(huán)構成，該環(huán)形天線由兩個設置在環(huán)形天線相對側的負載電阻分成第一半環(huán)和第二半環(huán)。在一加以屏蔽的分室內設置有一用于檢定場強的電路。
但其不足之處在于，從結構著眼該方法是非常不對稱的并且由于此不對稱，故三維工作的探測設備是不可能實現(xiàn)的或只會產(chǎn)生很大的誤差。另外不能測出真正的坡印庭向量。
在聯(lián)邦物理技術研究院的一篇報告，PTB-E-45，不倫瑞克，1992年12月的PTB報告中對一種基于依照EPO 501 169的知識的電磁場場強測量儀做了說明，在該測量儀中屬于探測設備的電子器件在環(huán)形天線內部。由于電子器件機箱的幾何配置，因而待測量的場將受到不容許的影響。在一與待測量的場不相關的基準信號間進行相位測量。兩者間的差拍將導致不可重現(xiàn)的結果。
故本發(fā)明的任務在于，提出一種用于場強測量的探測設備，用該探測設備可以同時測量電場和磁場并可確定各電磁場分量間的相角和隨之的坡印庭向量，其中探測設備的制造簡單并且成本低廉并輸出精確的、非虛假的并可重現(xiàn)的測量結果。
依照本發(fā)明，該任務通過權利要求1的特征部分的特征與前敘部分的特征相結合得到解決。本發(fā)明合適的設計包含在從屬權利要求中。
本發(fā)明的一個主要優(yōu)點在于，探測設備3維工作并可同時測量磁場和電場，其中探測設備由一測量頭和一電子和電源部件構成，其中測量頭為一位于頂端的六面體并且在各六面體面上設置有導體，其設置方式應使在相對的六面體面上設置的導體分別成對。
其中測量值的檢定以場量耦合到阻抗匹配隔離的導體為基礎，該導體設置在天線體上。天線體與其相鄰的天線體并隨之在各六面體面上的導體相互偏置90°，其中天線體的固定基面與六面體面的邊棱平行。
作為另一有益的特點，探測設備具有一緊湊、實用的結構，該結構在應用時可實現(xiàn)很高的靈活性并且不需要附加傳統(tǒng)的測量儀表控制該配置，其中六面體是一個中空體并由鐵氧體材料構成并且電子-和電源塊具有一鋁制機箱，該機箱的內部和/或外部覆以鐵氧體材料層并且在機箱內設置有電子測量設備和電源。采用一固有的用壓縮空氣驅動的發(fā)電機組供電并因而不必進行昂貴的對電池或蓄電池的更換。為此，可以可靠地避免在進行測量時測量裝置的失效，不必進行昂貴的反復測量。通過采用電引線避免了測量值的誤差。
就測量的實施，以及基本方法而言，探測設備的結構可以實現(xiàn)不同的工作方式。后者意味著可以脫機/聯(lián)機工作。在采用脫機工作方式時數(shù)據(jù)在探測設備內進行中間存儲，以便以后進行計算，而在采用聯(lián)機工作方式可實現(xiàn)對所有測量值的直接數(shù)據(jù)傳輸。全景測量可以使應用者得到待測頻段的初步綜觀。為此，測量電子設備具有用于放大、高頻處理、模數(shù)轉換、頻率產(chǎn)生、控制和冷卻的器件。
探測設備按超外差原理工作。因而可以實現(xiàn)場分量的窄帶測量。由一機內的合成器產(chǎn)生必要的基準頻率。因而不需要采用產(chǎn)生該基準頻率的外發(fā)生器。
由專用的鐵氧體材料制成的屏蔽使測量設備對于電和磁場來說是不可見的。因而可以進一步避免對待測場的影響并減少了對測量結果的影響。探測設備具有兩條相同的測量電路。各測量信號通過一6∶2信號復接器接在相應的測量電路上。因此可以把所有的輸入信號相互銜接在一起。同樣由此也可以導致確定出各電和磁場分量間的相角。此點對于確定坡印庭向量是必要的。
下面將對照在附圖中所示的實施例進一步對本發(fā)明加以說明。
圖中示出

圖1帶有測量頭和電子-和電源塊的探測設備示意圖，其中局部為剖面圖；圖2電子設備的方框圖。
如圖1所示，探測設備1由兩個功能單元，即測量頭2和電子和電源部件構成并且工作在約150KHz至約2.5GHz頻率范圍并且其振幅在幾μV至幾百V/m間。
測量頭2是一個位于頂端4a的六面體4，在其六個六面體面上分別有一個導體5。六面體4本身為中空體結構并由專用的鐵氧體材料制成。由于采用該配置，因而可以對所有場信號分別進行計算。導體5設置在六面體面上，因而可以輸入不管是磁場，還是電場的所有3個場分量。所以無需改變探測設備的位置，即可以對帶有所有3個分量的場進行檢定。兩個相對的導體5構成一對。在本實施例中，導體5為帶狀導體結構并設置在天線體6上，其中天線體6與其相鄰的天線體分別偏移90°，固定在六面體面上。天線體6的固定基面平行于六面體面的邊棱。
在與六面體4相背側，通過電阻8導體5與中線7阻抗匹配地被隔離。利用在六面體4內通過同軸線的外導線與地連接的中線7和利用接在導體5與同軸線9間的測量頭2內的平衡-不平衡轉換器對同相電壓進行抑制。
依照另一實施方案，導體5由平行設置的圓導線構成。
通過一根用鐵氧體套管11電磁屏蔽的管10電子測量設備的各信號加入電子和電源部件3中。
電子和電源部件3具有一外部用鐵氧體材料12a覆層的鋁制機箱12。在機箱內設置有由分集高頻放大器13、高頻處理模件14、模數(shù)轉換器15、頻率發(fā)生器16、控制單元17和冷卻單元18以及一為各部件供電的壓縮空氣驅動的發(fā)電機組19構成的整個電子設備。
下面還將對探測設備1的開機和工作方式簡單加以說明。在經(jīng)對開機前的必要的準備后對發(fā)電機組19送入壓縮空氣。從而經(jīng)機內的渦輪機產(chǎn)生出工作必要的電能。機內控制單元17開始工作，啟動系統(tǒng)并等候使用者通過光學線路發(fā)出的指令。使用者選出一預設的測量程序或輸入應用專用測量程序的新數(shù)據(jù)。
在此準備后，系統(tǒng)已處于根據(jù)測量程序準備對數(shù)據(jù)進行測量狀態(tài)。使用者通過光學線路啟動程序并且探測設備1開始進行測量程序運算。視所選用的工作方式，探測設備1通過光學線路立刻將數(shù)據(jù)傳遞給使用者的計算站或將測得的數(shù)值收集在內部數(shù)據(jù)存儲器內，以便將數(shù)據(jù)壓縮輸送給使用者。
在圖2中示出設置在測量頭2和計算裝置之間的電子設備的工作方式。
測量頭2的輸入信號到達輸入隔離放大器20并被去耦輸送給求和放大器21、總放大器求出電和磁場的場分量值。通過后置的多路轉換器22可對每條測量電路具體選出將計算哪個信號。在后接的頻段濾波器23中將對信號進行粗選擇。一個后置的隔離放大器24對信號進行去耦并對頻段濾波器23造成的損耗進行補償。通過第一混頻器25與頻率合成器32相配合將對待測頻率進行選擇。測量信號通過第一中頻濾波器26到達第二混頻器27，第二混頻器與基準頻率發(fā)生器33相配合進行變頻。信號通過后置的第二中頻濾波器28和一個輸出隔離放大器29被加到取樣和保持電路30上，以便接著通過模數(shù)轉換器31對其進行數(shù)字化。這些值被微處理機34采集并作為數(shù)據(jù)字存儲在隨機存取存儲器35中。過程控制編程及測量程序表存儲在電可編程只讀存儲器36中。通過一根光波導39實現(xiàn)與外部的通信。通過發(fā)送級37和接收級38實現(xiàn)系統(tǒng)的耦合。
根據(jù)傳統(tǒng)的高頻技術的原理及其互易性實現(xiàn)在帶狀導體上的對場分量的捕集。
本發(fā)明并不限于在此加以說明的實施例。確切地說，通過對所述手段和特征的結合可以實現(xiàn)其它的實施方案，而并不會背離本發(fā)明的范圍。
附圖標記對照表1探測設備2測量頭3電子和電源部件4六面體4a 頂端5導體6天線體7中線8電阻9同軸線10 管件11 鐵氧體套管12 機箱12a 鐵氧體材料13 放大器14 高頻處理15 模數(shù)轉換器16 頻率發(fā)生器17 控制單元18 冷卻19 發(fā)電機組20 輸入隔離放大器21 求和放大器22 6比1多路轉換器23 頻段濾波器
24隔離放大器25第一混頻器26第一中頻濾波器27第二混頻器28第二中頻濾波器29輸出隔離放大器30取樣與保持電路31模數(shù)轉換器32頻率合成器33基準頻率發(fā)生器34微處理機35隨機存取存儲器36電可編程只讀存儲器37發(fā)送器38接收器39光波導
權利要求
1.探測設備，用于根據(jù)超外差原理采用天線測量磁場和/或電場的場強，其特征在于探測設備(1)由測量頭(2)和電子和電源部件(3)構成，其中測量頭(2)系一個位于頂端(4a)的六面體(4)并且在各六面體面上設置有阻抗匹配隔離的導體(5)，其設置方式應使在相對的六面體面上設置的導體(5)分別構成一對。
2.依照權利要求1的探測設備，其特征在于導體(5)為帶狀導體。
3.依照權利要求1的探測設備，其特征在于導體(5)由圓導線構成。
4.依照權利要求2或3的探測設備，其特征在于圍繞中線(7)的導體(5)補充成-三線制系統(tǒng)并且在六面體(4)內的該中線(7)經(jīng)同軸線(9)的外導線接地并且導體(5)經(jīng)平衡-不平衡轉換器與同軸導線(9)的內導線實現(xiàn)連接。
5.依照權利要求1的探測設備，其特征在于導體(5)設置在天線體(6)上。
6.依照權利要求1或5的探測設備，其特征在于天線體(6)與其相鄰的天線體偏移90°設置。
7.依照權利要求5或6的探測設備，其特征在于天線體(6)的固定基面平行于六面體面的邊棱。
8.依照上述權利要求中的至少一項所述的探測設備，其特征在于天線體(6)在其面向固定基面端成楔形回縮結構并且導體(5)在該端成尖形回縮結構。
9.依照權利要求4的探測設備，其特征在于在與六面體(4)相背側的導體(5)用電阻(8)阻抗匹配地與中線(7)隔離。
10.依照權利要求1的探測設備，其特征在于六面體(4)為一個中空體并由鐵氧鐵材料構成。
11.依照權利要求1的探測設備，其特征在于測量頭(2)通過同軸線(9)與電子-和電源塊連接。
12.依照權利要求11的探測設備，其特征在于同軸線(9)由一根由鋁制成的、帶有鐵氧體內襯的和/或鐵氧體外覆層的管(10)內穿過。
13.依照權利要求12的探測設備，其特征在于鐵氧體內襯是一個鐵氧體套管(11)。
14.依照權利要求1的探測設備，其特征在于電子-和電源塊(3)具有一鋁制機箱(12)，該機箱的內部和/或外部覆以鐵氧體材料(12a)層，在該機箱內設置有測量電子設備和電源。
15.依照權利要求1或14的探測設備，其特征在于測量電子設備具有用于放大(13)、高頻處理(14)、模數(shù)轉換(15)、頻率產(chǎn)生(16)、控制(17)和冷卻(18)的器件。
16.依照權利要求1或14的探測設備，其特征在于電源系一個用壓縮空氣驅動的發(fā)電機組(19)。
17.依照權利要求3的探測設備，其特征在于圓導線平行設置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種根據(jù)超外差原理用于磁場和/或電場場強測量的探測設備并適用于同時檢定這些場分量及確定輻射矢量。探測設備(1)為此由一測量頭(2)和一電子—和電源塊(3)構成，其中測量頭(2)為一位于頂端(4a)的六面體(4)并且在各六面體面設置導體(5)，其設置方式應使在相對六面體面上設置的導體(5)分別構成一對。
文檔編號G01R33/02GK1161454SQ9612390
公開日1997年10月8日 申請日期1996年12月21日 優(yōu)先權日1996年12月21日
發(fā)明者D·漢森, H·D·里斯陶, T·施賴伯, E·羅特 申請人:歐洲Emc服務漢森博士有限公司