[发明专利]一种各向同性电磁场传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电磁场测量技术领域，更具体地说，它涉及一种各向同性电磁场传感器。

背景技术

目前现有的电磁场测量技术对3Hz-3KHz频段的电磁场有许多不同的检测方法，通常定义3Hz-3KHz频段为低频。电场(E)传感器的原理通常基于电容性元件，如平行平板电容器；磁场(B)传感器的原理通常是线圈绕组基于法拉第电磁感应定律产生的感应电流。为了使线圈绕组能够免疫外界电场的影响，通常采用金属屏蔽层包裹线圈绕组，并且金属屏蔽层上会设一个开口防止变化的磁场在屏蔽层中产生感应电流。

如图1所示，有一些探头可以同时测量低频的电场和磁场，这些探头所使用的传感单元是一匝带有两个开口的线圈，开口位置以线圈直径相对。测量电磁场时，分别引出线圈的两个开口的输出信号进入各自的信号处理电路；信号处理电路的输出信号分别与磁场（B）和电场（E）的幅值成比例。但是，该传感单元具有明显的缺陷：即上述传感器结构可以用于电场和磁场的测量，但是不能同时测量电场和磁场，并且因为是单匝线圈，传感器对低频场灵敏度低，因此需要设计复杂的信号处理电路以增强输出信号。针对上述缺点，这些探头的传感单元设计为由多匝线圈组成的线圈绕组，和带有两个开口的金属屏蔽层组成。

基于上述电磁场传感单元方案制成的各向同性电磁场传感器，由三个电磁场传感单元组成；且每个电磁场传感单元是被金属屏蔽层包裹的多匝绕组线圈，在金属屏蔽层上直径相对的位置开设了两个开口；由开口的位置将金属屏蔽层划分为两段独立的区域，在每个区域的终端设有输出端子；其中一个端子用于输出测量磁场的线圈绕组中的感应电流，另一个端子用于输出屏蔽层上的感应电压，而金属屏蔽层的另一个作用是作为电场测量传感器用于测量电场。

上述的各向同性电磁场传感器可以同时测量电场和磁场，并且不需要复杂的信号处理电路；但是，这种传感器仍存在传感器的电场测量对磁场的抗干扰能力差，测量准确度随着磁场频率和幅值的增加会迅速下降的缺陷。

因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种各向同性电磁场传感器，解决电磁场传感器电场测量对磁场的抗干扰能力差、测量准确度随着磁场频率和幅值的增加会迅速下降的缺陷。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种各向同性电磁场传感器，主要由至少一个电磁场传感单元组成，每个所述电磁场传感单元包括金属屏蔽层、被金属屏蔽层包裹的多匝线圈绕组，在所述金属屏蔽层上对称开设有第一开口和第二开口以将多匝线圈绕组裸露，由第一开口和第二开口将金属屏蔽层划分为两段独立的区域，在所述第一开口和第二开口分别连接有用于输出多匝线圈绕组上感应电流的第一输出端子和用于输出金属屏蔽层上感应电压的第二输出端子，与第一开口和第二开口连线相垂直的所述金属屏蔽层的两侧对称开设有第三开口和第四开口以将所述多匝线圈绕组裸露，所述第三开口和第四开口分别将两段独立的区域划分为两段独立的子区域；同一独立的区域中，两段独立的子区域之间头尾通过设置有低阻线路相交连接，形成8字形回路。

通过采用上述技术方案，现有技术中,在磁场频率和幅值变大的情况下开有两个开口的金属屏蔽层中仍会产生感应电流，这种情况下，在测量第二输出端子的第二开口处会存在一个位移电流，并在其采样电阻上产生一个电压降，但这个电压降是由于磁场产生的而不是电场，从而使得电场测量不准确；而本发明的上述技术方案,通过使用低阻线路将两段独立的子区域头尾交叉连接形成8字形回路，根据电磁感应定律，每个8字形回路的分别产生顺时针与逆时针的电流，两个电流互相抵消，就不会产生电流了，即采样电阻上不会因磁场产生的感应电流而产生电压降了；从而使得电磁场传感器的电场测量抗磁场干扰能力强，可以同时、独立、精确地测量电场和磁场。

本发明进一步设置为：同一独立的区域中，所述8字形回路包括两个封闭回路，两个所述封闭回路面积相等，且面法向方向相反。

通过采用上述技术方案，每个8字形回路的金属屏蔽层所围面积的磁通量保持不变，即金属屏蔽层中不会产生感应电流，从而避免了电场测量采样电阻上的伪压降，因而得到了很强的抗磁场干扰能力。

本发明进一步设置为：所述电磁场传感单元有三个，三个所述电磁场传感单元两两正交。

本发明进一步设置为：所述电磁场传感单元为圆形，相邻两所述第一开口、第二开口、第三开口和第四开口所对应的圆心角为90度。