CN107167748A - 一种屏蔽电场的磁场探针 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种屏蔽电场的磁场探针，包括：从外到内依次设置的绝缘壳、屏蔽盒和PCB线圈，屏蔽盒为封闭的铜盒结构，且在铜盒上均匀设置有多道细密的槽使得铜盒由多条铜条构成，任意不同铜条上的两点之间都是连通的，且两点之间不能形成环路。相邻两个铜条之间的间隙小于等于2mm。在绝缘壳和PCB线圈之间填充有硅橡胶；硅橡胶用于将屏蔽盒、PCB线圈以及信号线和接地线引出之前的部分进行包裹，实现加强固定和绝缘。

Description

一种屏蔽电场的磁场探针

技术领域

本发明属于电磁屏蔽技术领域，更具体地，涉及一种屏蔽电场的磁场探针。

背景技术

线圈在变化的磁场中可以感应出电压，因此我们可以利用线圈测量空间中的磁场。PCB线圈可用来测量磁场。

电场屏蔽可利用法拉第笼实现：将需屏蔽元件包围在法拉第笼中，同时法拉第笼良好接地，笼上电位与地相同而不随电场干扰变化，以此达到屏蔽电场的目的。

磁场屏蔽可利用涡流消耗实现：变化的磁场在屏蔽壳上感应出涡流，涡流以热量的形式损耗掉，进而损耗了磁场能量，以此达到屏蔽磁场的目的。

在测量磁场时，线圈容易受到电场的干扰，即电场通过耦合电容在线圈中感应出电压，进而影响磁场测量。因此，在利用线圈测量空间中的磁场时，需要对电场进行屏蔽。通常情况下，电场可以通过法拉第笼进行有效的屏蔽；但是在法拉第笼屏蔽电场的同时，变化的磁场会在笼上产生感应涡流，进而屏蔽掉部分磁场，尤其是高频磁场，进而影响了磁场的测量。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种屏蔽电场的磁场探针，旨在解决现有技术中磁场探针在屏蔽电场时会影响磁场测量的问题。

本发明提供了一种屏蔽电场的磁场探针，包括：从外到内依次设置的绝缘壳、屏蔽盒和PCB线圈，所述屏蔽盒为封闭的铜盒结构，且在所述铜盒上均匀设置有多道细密的槽使得所述铜盒由多条铜条构成，任意不同铜条上的两点之间都是连通的，且两点之间不能形成环路。

更进一步地，还包括：PCB线圈的信号线和屏蔽盒的接地线；PCB线圈的信号线从线圈头尾两端引出，屏蔽盒的接地线与PCB线圈信号线一起引出屏蔽盒和绝缘壳，并在外部接地。

更进一步地，相邻两个铜条之间的间隙小于等于2mm。

更进一步地，在所述绝缘壳和所述PCB线圈之间填充有硅橡胶；所述硅橡胶用于将屏蔽盒、PCB线圈以及信号线和接地线引出之前的部分进行包裹，实现加强固定和绝缘。

更进一步地，绝缘壳可以为由6块环氧板拼接成长方体盒结构。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于铜盒上所开的槽将铜盒切割成没有环路但整体相连的形状，没有环路即阻断了涡流产生的通道，能够取得避免屏蔽磁场的有益效果。

附图说明

图1是绝缘壳的结构示意图。为了方便展示，图中仅显示了5块环氧板。

图2是屏蔽盒的结构示意图。图中各铜条互相连通，但仅通过一点连通，各铜条的端点和边缘不能接触。

图3是屏蔽盒另一种形式的示意图。相对于图2所示的屏蔽盒，图3的上侧铜条由左右方向改变为前后方向。

图4是屏蔽盒另一种形式的示意图。相对于图2所示的屏蔽盒，图3的左右两侧铜条由前后方向改变为上下方向。

图5是PCB线圈的结构示意图。外部正方形表示基板，内部螺旋状长条是铜质线圈。

图6是图2所示屏蔽盒的平面展开图。将一块完整铜片剪切成图6的形状，即可弯折制作出图2所示屏蔽盒。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种既可以有效屏蔽电场，又不影响磁场测量的磁场探针。磁场探针包括：绝缘壳、屏蔽盒、PCB线圈，另外包括PCB线圈的信号线和屏蔽盒的接地线，以及填充在绝缘壳和PCB线圈之间的硅橡胶。

其中，绝缘壳是最外层结构，由6块环氧板组成，拼接成一个长方体盒，如图1所示。环氧板用硅橡胶(硅橡胶有防水绝缘导热密封耐温的特性)粘接，起到绝缘和保护的作用。

绝缘壳内部是屏蔽盒，屏蔽盒可以看作一种改造升级的法拉第笼：在一个完整的封闭铜盒上开多道细密的槽，开槽的形状和细密程度有一定的要求。

开槽形状的要求比较复杂。开槽后的屏蔽壳实际上由多条铜条组成，这些铜条以一定的方式连接：任意不同铜条上的两点之间都是连通的，且两点之间不能形成环路(即，任意不同铜条上的两点之间都是连通的，且两点之间不能形成环路。例如任意铜条a上的一点A和任意铜条b上的一点B，点A一定可以通过屏蔽盒上某条路线连通到点B，而且有且仅有这一条路线可以连通，即屏蔽盒上没有环路)。要达到这种效果，屏蔽盒必须呈弯折的树状(或者称放射状)，且“树枝”之间除了主干处的连接不能再有其他形式的接触。屏蔽盒的开槽方式可以有很多种，图2至图4列举了三种可行的开槽方式，它们都满足以上所述的条件。任意不同铜条上的两点之间都是连通的，实际上是要求屏蔽盒是一个完整的导体，它接地后即可满足整个屏蔽盒与地等电位，从而达到屏蔽电场干扰的目的；任意不同铜条上的两点之间不能形成环路，实际上切断了交变磁场下屏蔽盒上产生的涡流的路径，因而阻止了屏蔽盒上产生涡流，磁场能量就不会损耗在涡流中，从而达到不屏蔽磁场的目的，即不影响磁场测量。

开槽细密程度的要求是尽量细密，细密到一定程度之后我们认为达到了有效屏蔽电场的目的。为了阐明何种细密程度可达所需目的，我们制作了两个磁场探针，一个磁场探针有屏蔽盒，另一个没有，除此之外其他结构都一样，磁场探针的整体尺寸约4cm×4cm×1cm。其中，有屏蔽盒磁场探针的屏蔽盒，铜条和铜条之间缝隙均约为2mm。在相同的正弦电场干扰下，有屏蔽磁场探针所测到的干扰信号约为无屏蔽磁场探针的7％；在相同的正弦磁场下，两个探针所测到的信号相等。因此，我们可以认为开槽细密程度达到2mm(铜条与铜条间间隙均为2mm)及以下时，达到了有效屏蔽电场同时不影响磁场测量的目的。

屏蔽盒包裹着的是探针主体：PCB线圈。PCB线圈的NS值(NS值为有效面积，等于线圈匝数与线圈所围面积的乘积)足够明显检测到所测磁场在线圈中感生的电压即可，我们选择了最简单的一种方式，即螺旋状平铺绕线。PCB线圈单层多层均可，多层更易得较大的NS值，便于测量信号的识别。PCB线圈如图5所示。

PCB线圈的信号线从线圈头尾两端引出，供外部电压测量装置连接；屏蔽盒的接地线与PCB线圈信号线一起引出屏蔽盒和绝缘壳，在外部良好接地。另外，绝缘壳内部用硅橡胶填充，将屏蔽盒、PCB线圈、以及信号线和接地线引出之前的部分包裹，以加强固定和绝缘。

制作磁场探针时，先将一块完整铜片剪切成图6的形状，然后将其弯折，并包裹PCB线圈。PCB线圈的信号线穿过屏蔽盒缝隙引出，与屏蔽盒接地线固定到一起(注意二者不能短路)。然后，在屏蔽壳外部包裹环氧板(即绝缘壳)进行绝缘处理；环氧板用防水绝缘导热密封耐温的硅橡胶粘接。绝缘壳内部也用硅橡胶填充，将屏蔽盒、PCB线圈、以及信号线和接地线引出之前的部分包裹，以加强固定和绝缘。PCB信号线和屏蔽盒接地线一起穿出绝缘盒，信号线连接到信号电缆，接地线进行良好接地。

使用时此磁场探针时，将连接PCB信号线的信号电缆连接到电压测量装置，同时注意屏蔽盒接地线良好接地，就能开始探测空间中的磁场了。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种屏蔽电场的磁场探针，其特征在于，包括：从外到内依次设置的绝缘壳、屏蔽盒和PCB线圈，所述屏蔽盒为封闭的铜盒结构，且在所述铜盒上均匀设置有多道细密的槽使得所述铜盒由多条铜条构成，任意不同铜条上的两点之间都是连通的，且两点之间不能形成环路。

2.如权利要求1所述的屏蔽电场的磁场探针，其特征在于，还包括：PCB线圈的信号线和屏蔽盒的接地线；PCB线圈的信号线从线圈头尾两端引出，屏蔽盒的接地线与PCB线圈信号线一起引出屏蔽盒和绝缘壳，并在外部接地。

3.如权利要求1或2所述的屏蔽电场的磁场探针，其特征在于，相邻两个铜条之间的间隙小于等于2mm。

4.如权利要求1或2所述的屏蔽电场的磁场探针，其特征在于，在所述绝缘壳和所述PCB线圈之间填充有硅橡胶；所述硅橡胶用于将屏蔽盒、PCB线圈以及信号线和接地线引出之前的部分进行包裹，实现加强固定和绝缘。

5.如权利要求1-4任一项所述的屏蔽电场的磁场探针，其特征在于，所述绝缘壳为由6块环氧板拼接成长方体盒结构。