[发明专利]用于磁场和电场的各向同性传感器

说明书

本发明涉及用于在电场和磁场的特性未知的地方同时并高精度地测量所述地方中的电场和磁场的各向同性传感器。

背景技术

对于在几千赫兹以下的频率下运行电场和磁场传感器，存在不同的解决方案。这些传感器覆盖范围从3Hz到3kHz的ELF带、SLF带和ULF带，在下文中这些带被称为低频率(LF)。电场(E)传感器基于诸如平行电容器和平板电容器的电容元件。磁场(B)传感器基于绕组，其中场B基于法拉第电磁感应定律感应电流。为使此绕组免受E场的影响，借助于金属屏屏蔽该绕组。该金属屏趋向于具有开口或缺口,该开口或缺口的功能是防止B场感应的电流在屏中的环流。

一些探索性设计提供同时测量低频E场和B场的方法。这些传感器包括具有直径上对置的两个缺口的线圈，其中布置有平衡元件(平衡-不平衡变压器)以将在两个缺口内测量的电压传递到用于加上和减去其输出信号与E场和B场成比例的电流的电路。

此设计的缺点除了由不平衡变压器以及信号添加和减去电路引起的额外复杂性之外，该设计对B场的响应仅在频率远高于LF范围时是显著的。这是因为传感器是由单线圈组成的。

最后，存在测量低频E场和B场的解决方案，其提出借助于具有使用有两个缺口的屏屏蔽的若干匝的绕组来提高对B场的敏感性。

具体地，这些是磁场B和电场E的各向同性传感器，其包括三个传感器单元，每个传感器单元包括一个由传导屏包裹的引线绕组，该传导屏在直径上对置的两个第一区域中断开，以此方式限定两个独立的屏段，在所述区域中一个内有用于测量由引线绕组中的磁场感应的电流的端子，以及在另一区域内有用于测量在传导屏中由电场感应的电压的端子。

此屏蔽作为E场传感器，方式类似于上述段落中描述的具有两个缺口的线圈。像这样被视为最接近的现有技术的传感器在图1中被示出。

然而，这些设计不允许同时测量E和B，原因在于它们使用必须由传感器的操作者驱动的移动或机械部件(开关)。它们还存在这样的缺点：电传感器在场幅度和频率方面只能有限地不受B场的影响。这是因为在这些传感器中，B场感应流过屏蔽的周界的电流。这进而在旨在测量E的缺口中产生位移电流，而这引起与B场相关而与E场不相关的电压降。

发明内容

为了克服上述缺点，本发明提出一种各向同性的磁场和电场传感器，其包括三个传感器单元，每个传感器单元包括由传导屏包裹的引线绕组，该传导屏在直径上对置的两个第一区域中断开，以此方式限定两个独立的屏段，在所述两个第一区域中一个内有用于测量磁场在引线绕组中感应的电流的端子，以及在另一区域中有用于测量由电场在屏中感应的电压的端子，其特征在于，每个屏段在所述两个第一区域中的两个端部借助于导体被两两连接，并且包括布置在每个屏段的中间点处的两个断开的第二区域，以此方式能够同时、独立且精确地基于在所述引线绕组的端子上测量的电流来测量磁场，以及基于在所述两个屏段的端子上测量的所述两个屏段之间的电势差来测量电场。

本发明的传感器允许同时且独立地测量变化的E场和B场而无需使用开关或移动部件。这还省却了使用加上和减去信号所需要的电路。这还有助于克服由屏蔽用作电传感器的传感器呈现的缺点。

如在背景技术中描述的，这一缺点包括,电传感器在场幅度和频率方面只能有限地不受B场的影响，原因在于：在旨在其中测量E的缺口中，存在与B场相关而与E场不相关的电压降。在所提出的设计中，由于屏蔽的特殊几何结构，该电压降被降低至最小，这为B场感应的电流提供一个阻抗更低的路径(水平的屏蔽元件)，替代了在其中测量E的缺口。因此获得极不受B场影响的电传感器。

根据第一可替代方案，所述引线绕组是矩形的或方形的，第一断开区域和第二断开区域布置在侧部的中间。

根据另一可替代方案，所述引线绕组是圆形的，第一断开区域和第二断开区域被布置为互相分开90°。

附图说明

为了更好地理解已被描述的内容，附上一组附图，其中示意性地且仅仅通过非限制实施例的方式，实施方案的实际情况是实施方案0。

图1是现有技术的各向同性传感器的传感器单元中一个的轮廓；

图2是根据本发明的各向同性传感器的传感器单元中一个的轮廓；

图3是传感器单元原型的正视图，其中可观察到在传导屏段的端部之间的短路。

图4是各向同性传感器的立体图，其中可观察到三个传感器单元的相对布置。

具体实施方式