用於磁場和電場的各向同性傳感器的製造方法
2023-06-09 11:51:56
用於磁場和電場的各向同性傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及各向同性的傳感器(1)，其包括三個傳感器單元(2)，傳感器單元(2)設置有由傳導屏(4)包圍的導線繞組(3)，所述屏(4)在直徑上對置的兩個第一區域(11、12)處斷開，在所述區域(I1、I2)中的一個中包括用於測量感應電流的測量端子VB。根據本發明，每個屏段(41、42)在所述兩個第一區域(11、12)中的兩個端部使用導體(5、6)被成對連接，並且包括布置在每個屏段(41、42)的中點處的兩個第二斷開區域(13、14)，以使得其能夠在高頻率下同時、獨立且精確地測量磁場B和電場E。
【專利說明】用於磁場和電場的各向同性傳感器
[0001]本發明涉及用於在電場和磁場的特性未知的地方同時並高精度地測量所述地方中的電場和磁場的各向同性傳感器。
【背景技術】
[0002]對於在幾千赫茲以下的頻率下運行電場和磁場傳感器，存在不同的解決方案。這些傳感器覆蓋範圍從3Hz到3kHz的ELF帶、SLF帶和ULF帶，在下文中這些帶被稱為低頻率(LF)。電場(E)傳感器基於諸如平行電容器和平板電容器的電容元件。磁場⑶傳感器基於繞組，其中場B基於法拉第電磁感應定律感應電流。為使此繞組免受E場的影響，藉助於金屬屏屏蔽該繞組。該金屬屏趨向於具有開口或缺口，該開口或缺口的功能是防止B場感應的電流在屏中的環流。
[0003]一些探索性設計提供同時測量低頻E場和B場的方法。這些傳感器包括具有直徑上對置的兩個缺口的線圈，其中布置有平衡元件(平衡-不平衡變壓器)以將在兩個缺口內測量的電壓傳遞到用於加上和減去其輸出信號與E場和B場成比例的電流的電路。
[0004]此設計的缺點除了由不平衡變壓器以及信號添加和減去電路引起的額外複雜性之外，該設計對B場的響應僅在頻率遠高於LF範圍時是顯著的。這是因為傳感器是由單線圈組成的。
[0005]最後，存在測量低頻E場和B場的解決方案，其提出藉助於具有使用有兩個缺口的屏屏蔽的若干匝的繞組來提高對B場的敏感性。
[0006]具體地，這些是磁場B和電場E的各向同性傳感器，其包括三個傳感器單元，每個傳感器單元包括一個由傳導屏包圍的引線繞組，該屏在直徑上對置的兩個第一區域中斷開，以此方式限定兩個獨立的屏段，在所述區域中一個內有用於測量由引線繞組中的磁場感應的電流的端子，以及在另一區域內有用於測量在屏中由電場感應的電壓的端子。
[0007]此屏蔽作為E場傳感器，方式類似於上述段落中描述的具有兩個缺口的線圈。像這樣被視為最接近的現有技術的傳感器在圖1中被示出。
[0008]然而，這些設計不允許同時測量E和B，原因在於它們使用必須由傳感器的操作者驅動的移動或機械部件(開關)。它們還存在這樣的缺點:電傳感器在場幅度和頻率方面只能有限地不受B場的影響。這是因為在這些傳感器中，B場感應流過屏蔽的周界的電流。這進而在旨在測量E的缺口中產生位移電流，而這引起與B場相關而與E場不相關的電壓降。
【發明內容】
[0009]為了克服上述缺點，本發明提出一種各向同性的磁場和電場傳感器，其包括三個傳感器單元，每個傳感器單元包括由傳導屏包圍的引線繞組，該屏在直徑上對置的兩個第一區域中斷開，以此方式限定兩個獨立的屏段，在所述區域中一個內有用於測量磁場在引線繞組中感應的電流的端子，以及在另一區域中有用於測量由電場在屏中感應的電壓的端子，其特徵在於，每個屏段在所述兩個第一區域中的兩個端部藉助於導體被兩兩連接，並且包括布置在每個屏段的中間點處的兩個斷開的第二區域，以此方式能夠同時、獨立且精確地基於繞組的端子中的測量來測量磁場，以及基於兩個屏段之間的電勢差來測量電場。
[0010]本發明的傳感器允許同時且獨立地測量變化的E場和B場而無需使用開關或移動部件。這還省卻了使用加上和減去信號所需要的電路。這還有助於克服由屏蔽用作電傳感器的傳感器呈現的缺點。
[0011]如在【背景技術】中描述的，這一缺點包括，電傳感器在場幅度和頻率方面只能有限地不受B場的影響，原因在於:在旨在其中測量E的缺口中，存在與B場相關而與E場不相關的電壓降。在所提出的設計中，由於屏蔽的特殊幾何結構，該電壓降被降低至最小，這為B場感應的電流提供一個阻抗更低的路徑(水平的屏蔽元件)，替代了在其中測量E的缺口。因此獲得極不受B場影響的電傳感器。
[0012]根據第一可替代方案，繞組是矩形的或方形的，第一斷開區域和第二斷開區域布置在側部的中間。
[0013]根據另一可替代方案，繞組是圓形的，第一斷開區域和第二斷開區域被布置為互相分開90° ο
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]為了更好地理解已被描述的內容，附上一組附圖，其中示意性地且僅僅通過非限制實施例的方式，實施方案的實際情況是實施方案O。
[0015]圖1是現有技術的各向同性傳感器的傳感器單元中一個的輪廓；
[0016]圖2是根據本發明的各向同性傳感器的傳感器單元中一個的輪廓；
[0017]圖3是傳感器單元原型的正視圖，其中可觀察到在傳導屏段的端部之間的短路。
[0018]圖4是各向同性傳感器的立體圖，其中可觀察到三個傳感器單元的相對布置。
【具體實施方式】
[0019]圖1示出根據現有技術的傳感器的輪廓。藉助於箭頭示出了由磁場在電傳感器中感應的電流的方向。傳導電流流經屏和電阻R，且電路利用流經位於屏右邊的缺口的位移電流導通。在低頻率(1Hz)下，缺口表現為防止電流存在的開口。然而，在高頻率(3kHz)下，缺口的電容阻抗減小，以此它允許存在可觀察到的位移電流。此電流在經過電阻R時引起電壓降該電壓降Vk可表示與該電傳感器相關聯的電壓測量V Eo
[0020]為解決此缺點，本發明提出如圖4中所示的各向同性的磁場B和電場E傳感器1，該傳感器包括三個傳感器單元2，每個傳感器單元2包括被傳導屏4包圍的引線繞組3，屏4在直徑上對置的兩個第一區域I1、12處斷開，以此限定兩個獨立的屏段41、42，在區域I1、12的一個中，有用於測量磁場B在引線繞組3中感應的電流的端子Vb，以及在區域11、12的另一個中，有用於測量由電場在屏4中感應的電壓的端子VE。
[0021]每個屏段41、42在兩個第一區域11、12中的兩個端部藉助於導體5、6被兩兩連接，並包括布置在每個屏段41、42的中間點處的兩個斷開的第二區域13、14，以此方式能夠在高頻率下同時、獨立並精確地基於繞組的端子中Vb的測量來測量磁場B，以及基於兩個屏段41、42之間的電勢差Ve的測量來測量電場E。根據所示的優選實施方案，所述繞組是圓形的，斷開的第一區域11、12和斷開的第二區域13、14被布置為互相分開90°。
[0022]本發明的傳感器在只有B場存在(缺乏E場)的情況下消除壓降VK。目的是向由屏蔽中的磁場感應的電流提供不穿過電阻R的阻抗更低的路徑。用這種方式，電傳感器不受磁場影響的能力極大提高。該改型是基於:藉助於將傳感器的兩個原始缺口互連的兩個導線使得電阻R的兩端短路。用這種方式，實際上沒有與磁場相關的電流流過電阻R，意味著在缺乏E場的情況下電壓降Vk是零。
[0023]所以測量磁場的繞組被充分保護，有必要製造兩個新缺口 13、14(位於圖2中的頂端和底端處)，以此方式這些新缺口的電容阻抗使得可能流經屏蔽的電流減小，這是必要的，以使得繞組僅僅對旨在被測量的磁場是敏感的而對由可流經屏蔽的顯著電流產生的磁場是不敏感的。
[0024]從電傳感器的響應的觀點看，一對線的引入轉換成並聯弱電容的出現，該並聯弱電容被加入屏蔽的電容，該弱電容以可忽略的方式增大電壓\。關於所述兩個新缺口，它們的效果是將屏蔽的電容減半，這可通過使得電阻R的值加倍來補償。這仍是可接受的，因為新電阻仍比屏蔽的電容阻抗低的多。
[0025]儘管已參考本發明的具體實施方案，但對本領域技術人員顯而易見的是，所描述的各向同性傳感器容許有很多變體和改型，並且在不偏離由所附權利要求書限定的保護範圍的情況下，所提到的所有細節可以由其他技術上等同的細節所替代。
【權利要求】
1.磁場(B)和電場(E)的各向同性傳感器(I)，其包括三個傳感器單元(2)，每個傳感器單元(2)包括由傳導屏(4)包圍的引線繞組(3)，所述屏(4)在直徑上對置的兩個第一區域(11、12)中斷開，以此方式限定兩個獨立的屏段(41、42)，在所述區域(11、12)中的一個中有用於測量由磁場⑶在所述引線繞組⑶中感應的電流的端子(Vb)，在另一區域(II或12)中有用於測量由電場在所述屏(4)中感應的電壓的端子(Ve)，其特徵在於，每個屏段(41,42)在所述兩個第一區域(I1、12)中的兩個端部藉助於導體(5、6)被兩兩連接，並且包括布置在所述屏段(41、42)中每一個的中間點處的兩個斷開的第二區域(13、14)，以此方式能夠在高頻率下同時、獨立並精確地基於所述繞組的端子的測量(Vb)來測量磁場(B)，以及基於所述兩個屏段(41、42)之間的電勢差(Ve)的測量來測量電場(E)。
2.根據上述權利要求所述的傳感器，其中所述繞組是矩形的或方形的，斷開的第一區域(I1、12)和斷開的第二區域(13、14)布置在側部的中間。
3.根據權利要求1所述的傳感器，其中所述繞組是圓形的，斷開的第一區域(11、12)和斷開的第二區域(13、14)被布置為互相分開90°。
【文檔編號】G01R33/02GK104471418SQ201380038382
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年7月1日 優先權日:2012年7月19日
【發明者】M·J·弗萊雷羅薩萊斯, J·伯納爾門德斯, C·阿隆索卡斯楚, L·德魯索 申請人:西班牙波控有限公司