CN115516327A - 电磁场传感器 - Google Patents

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Abstract

电磁场传感器(1)具备：一块导体板(2)；信号输出端子(4)，输出与导体板(2)之间的电位差；以及线路导体(3)，该线路导体(3)的第1端部电连接于导体板(2)的板面，在该线路导体(3)的与第1端部相反的一侧的第2端部设置有信号输出端子(4)，其中，电磁场传感器(1)具有由导体板(2)和线路导体(3)形成且从侧面观看时与导体板(3)的板面正交的环面(21)。

Description

电磁场传感器
技术领域
本公开涉及电磁场传感器。
背景技术
作为用于测定电波或电磁噪声的电磁场传感器，例如有专利文献1所记载的电场传感器。该电场传感器使用仿照测定对象的表面形状而变形的片状天线来测定从测定对象辐射的电磁波的强度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-104295号公报
发明内容
发明所要解决的技术课题
专利文献1记载的电场传感器检测片状天线(与传感器或探针同义)与基准电位(接地电位)的电位差。然而，当片状天线仿照测定对象的表面形状而变形，片状天线与测定对象之间的距离发生变化时，在片状天线与接地电位之间产生的电位差发生变化，因此存在无法准确测定宽频带中的测定对象的信号的技术课题。
而且，电场天线仅在测定对象的信号取决于天线元件的大小而发生谐振的情况下具有高灵敏度。因此，专利文献1记载的电场天线存在无法检测如电磁噪声那样在宽频带中为微弱交流电流的技术课题。
例如，在对于各种频率f(Hz)将光速设为c(m/s)、波长设为λ(m)的情况下，当在通过λ＝c/f计算出的λ天线元件具有n倍波长的尺寸时，在测定对象的信号产生谐振，能使接收灵敏度提高。此时，在使用相对介电常数εr不为1的印刷电路板或相对磁导率μr不为1的磁体的情况下，发生波长缩短，λ变为λ/√(εr×μr)。除了超材料等特殊材料或构造之外，εr及μr具有1以上的值，因此波长λ通常会缩短。
本公开是为了解决上述技术课题而做出的，目的在于得到能够使宽频带中的交流电流的检测灵敏度提高的电磁场传感器。
用于解决技术课题的技术方案
本公开的电磁场传感器具备：一块导体板；以及线状导体，该线状导体的一个端部电连接于导体板的一个面，在该线状导体的另一个端部设置有信号输出端子，其中，该电磁场传感器具有由导体板及线状导体形成且从侧面观看时与导体板正交的环面(loopplane)。
发明效果
根据本公开，具备：一块导体板；以及线状导体，该线状导体的一个端部电连接于导体板的一个面，在该线状导体的另一个端部设置有信号输出端子，其中，具有由导体板及线状导体形成且从侧面观看时与导体板正交的环面。在测定对象物的周围产生的磁通贯穿环面，从而在环面产生感应电动势，因该感应电动势而在测定对象物产生的交流电流即使不用谐振现象也被高灵敏度地测定，所以本公开的电磁场传感器能够使宽频带中的交流电流的检测灵敏度提高。
附图说明
图1中的图1A为示出实施方式1的电磁场传感器的立体图，图1中的图1B为示出实施方式1的电磁场传感器的侧视图。
图2为示出实施方式1的电磁场传感器的变形例的立体图。
图3为示出图2的电磁场传感器的结构的分解立体图。
图4为示出图2的电磁场传感器的侧视图。
图5为示出安装有连接器的图2的电磁场传感器的立体图。
图6为示出实施方式1的电磁场传感器与电缆的位置关系的说明图。
图7为示出应用了电像法的实施方式1的电磁场传感器与电缆的位置关系的说明图。
图8为示出实施方式2的电磁场传感器的立体图。
图9为示出实施方式2的电磁场传感器的变形例的结构的分解立体图。
图10为示出安装有连接器的图9的电磁场传感器的立体图。
图11为示出图10的电磁场传感器对高频信号的检测的概要的说明图。
图12为示出图10的电磁场传感器与电缆的位置关系的说明图。
图13为示出无导体板的虚拟电磁场传感器和电缆的立体图。
图14为示出图13的电磁场传感器与电缆的位置关系的说明图。
图15为示出图12(图15的线A)和图13(图15的线B)的电磁场传感器中的检测信号的频率与耦合量的关系的曲线图。
图16为示出针对电磁场传感器中的检测信号的频率及耦合量的三维电磁场模拟结果与理论值的关系的曲线图。
图17为示出连接有同轴电缆的图13的电磁场传感器与电缆的位置关系的说明图。
图18为示出同轴电缆连接于连接器而成的图10的电磁场传感器与电缆的位置关系的说明图。
图19为示出实施方式3的电磁场传感器的立体图。
图20为示出实施方式3的电磁场传感器的内部构造的剖视图。
图21为示出实施方式3的电磁场传感器的变形例A的内部构造的剖视图。
图22为示出实施方式3的电磁场传感器的变形例B的立体图。
图23为示出实施方式3的电磁场传感器的变形例C的立体图。
图24为示出实施方式4的电磁场传感器的立体图。
图25为示出实施方式4的电磁场传感器的变形例A的立体图。
图26为示出实施方式4的电磁场传感器的变形例B的立体图。
图27为示出实施方式5的电磁场传感器及电缆的立体图。
图28为示出实施方式5的电磁场传感器的变形例A及电缆的立体图。
图29为示出实施方式6的电磁场传感器的立体图。
图30为示出实施方式7的电磁场传感器的立体图。
图31为示出实施方式8的电磁场传感器的立体图。
附图标记
1、1A～1O：电磁场传感器；2、2A～2C：导体板；2A1：突出部；2a、6a、6b：通孔(through-hole)；3、3A：线状导体；3a、3b：端部；4：信号输出端子；5、5a～5c：过孔(via)；6：电介质；7：连接器；8、8A～8C：检测电路；8a、8b、8d：布线；21：环面；22：同轴电缆；23：地孔(GND via)；24：蓄电池；25：E/O变换电路；26：通信设备；100：电缆；200：电磁场传感器；201：线状导体；202、203：端子；204：连接器；205：环面；206：同轴电缆。
具体实施方式
实施方式1.
图1A为示出实施方式1的电磁场传感器1的立体图，图1B为示出电磁场传感器1的侧视图。电磁场传感器1例如为检测流过电缆的交流电流的传感器，如图1A及图1B所示，电磁场传感器1具备导体板2及线状导体3而构成。导体板2由导电性材料形成，除非特别说明，导体板2为无孔的一块板。导体板2的厚度例如为大约10(μm)至3(mm)。
线状导体3的线状的长边方向上的一个端部3a连接于导体板2的一个面。在线状导体3中，连接于导体板2的部位仅为端部3a，在除此以外的部位不导通。在线状导体3的与端部3a相反的一侧的端部3b设置有信号输出端子4。作为线状导体3，可以是导体为露出，也可以是包覆线，还可以被绝缘膜包覆。
如图1B所示，从侧面观看时，导体板2及线状导体3形成环面21，该环面21为由从线状导体3的开路端即端部3b经由线状导体3及导体板2而返回至线状导体3的端部3b这侧的最短路径包围而成的面。从侧面观看时，环面21与导体板2的板面正交。在电磁场传感器1中，测定导体板2与信号输出端子4之间的电位差，基于测定出的电位差来计算测定对象的交流电流。
优选的是，电磁场传感器1不论个体差异如何都为恒定(例如±10％)输出。例如，电磁场传感器1包括公差小的印刷电路板或薄膜。另外，电磁场传感器1例如可以在搭载有其它集成电路的印刷电路板内或集成电路(IC)的芯片内部构成。利用该构造，通过对电磁场传感器注入信号及电力或者由电磁场传感器检测信号及电力，能够发送/接收信号及电力，因此能够用于与和电磁场传感器对置的电路或周边电路进行通信或电力传输。据此，能够实现印刷电路板上IC之间不经由布线的通信及电力传输，而不会由于作为实施方式1的导体板而对IC自身造成影响。因为构成个体差异小的电磁场传感器1，所以使用互不相同的多个电磁场传感器1来测定共同的测定对象，由此电磁场传感器的输出特性的偏差被抑制。
图2为示出作为电磁场传感器1的变形例的电磁场传感器1A的立体图。在图2中，电磁场传感器1A具备导体板2A、线状导体3A及过孔5。线状导体3A中的至少长边方向与导体板2A平行地配置。过孔5为将导体板2A与线状导体3A的端部电连接的第1柱状导体。从侧面观看时，导体板2A及线状导体3A形成环面21，该环面21由从线状导体3A的一个开路端经由线状导体3A、过孔5及导体板2A而返回至线状导体3A的一个开路端这侧的最短路径包围而成。
实施方式1的电磁场传感器的特征在于，该环面21与导体板2A的板面正交。此外，在电磁场传感器1A中，过孔5可以不一定为线状导体3A的端部。例如，当将线状导体3A按一半长度分开时，只要在一部分设置过孔5，在另一部分设置信号输出端子4即可。
图3为示出电磁场传感器1A的结构的分解立体图，示出了在导体板2A与线状导体3A之间设置有电介质6的电磁场传感器1A。图4为示出图3的电磁场传感器1A的侧视图。电介质6还包含空气层或真空层。即，如果线状导体3A为结实的构造，则电介质6可以不一定具有物理构造。此外，作为具有物理构造的电介质6的材料，有如玻璃环氧或纸酚醛(paperphenol)等树脂或聚酰亚胺这样的高分子材料。进而，在测定对象不是有意使磁场产生的线圈的情况下，能够使用以铁氧体为代表的磁体来代替电介质。虽然在为绝缘性能高的铁氧体的情况下用铁氧体代替电介质，但是绝缘性能不高的铁氧体也可以与电介质组合来使用。据此，因为测定对象的磁场汇集于磁体，所以能够使贯穿环面21的磁通变多。其结果是，能够使在信号输出端子产生的电压变大。即，能够提高电磁场传感器的接收灵敏度。
如图3及图4所示，在具有物理构造的电介质6形成有通孔6a。通孔6a为形成过孔5所穿过的空隙(clearance)的第1通孔。导体板2A与线状导体3A由穿过电介质6的通孔6a的过孔5电连接。但是，在电介质6为空气层或真空层的情况下，不需要通孔6a。另外，过孔5可以为单个，也可以为多个。
在图3及图4所示的导体板2A中的信号输出端子4这侧的边上形成有突出部2A1。通过对该突出部2A1装上连接器或是焊接信号线，从而变得容易测定导体板2A与信号输出端子4的电位差。
导体板2A由如铝、铜、铁或多种金属的合金等无机材料构成。另外，导体板2A也可以由具有导电性的有机材料构成。作为导体板2A，因为优选为导电率较高，所以铜或铝是适合的。另外，出于防止氧化以及防止与测定对象短路的目的，导体板2A的表面可以被绝缘体膜包覆。
在实施方式1的导体板2A没有设置通孔，该导体板2A为一块板状构件。但是，例如在线状导体3A的端部由螺栓和螺母连接的情况下，在导体板2A形成用于使螺栓穿过的通孔。线状导体3A的布线宽度取决于测定对象物的尺寸或要测定的频带、流过线状导体的电流。例如，线状导体3A的布线宽度为大约0.1(mm)至10(mm)，如果只流过1A以下的电流，则优选为1(mm)左右。但是，在配置于半导体的内部等、容易进行精细加工的情况下，可以为0.1mm以下。流过线状导体的电流I(A)为利用接收电压V(V)和安装于两个接收端的测定器的电阻值R(Ω)(通常为50(Ω))以I＝V/R计算得到的值。
在包括印刷电路板的电磁场传感器1A中，例如，在印刷电路板的一个主面形成的导体的实心图案(solid pattern)为导体板2A，在印刷电路板的另一个主面形成的导体线路为线状导体3A。线状导体3A的截面为长方形。另外，在线状导体3A为单线或多股绞线的包覆线的情况下，线状导体3A的截面为椭圆形。
图5为示出安装有连接器7的电磁场传感器1A的立体图，示出了包括印刷电路板的电磁场传感器1A。连接器7为同轴连接器，作为同轴连接器，有如SMA、SMB或BNC等系列。此外，连接器7可以不是同轴连接器，可以使用紧固端子(fastening terminal)或焊接的包覆线。
电磁场传感器1或1A与测定装置之间能够利用各种构造来连接。但是，在测定10(MHz)以上频率的信号的情况下，作为电磁场传感器1或1A与测定装置之间的连接，优选使用同轴电缆。在使用包覆线连接电磁场传感器1或1A与测定装置之间的情况下，优选为采用双绞线电缆。另外，优选的是连接电磁场传感器1或1A与测定装置之间的电缆尽量短。
测定装置例如为示波器、频谱分析仪或实时频谱分析仪，测定导体板2与信号输出端子4之间的电位差。但是，只要是能够检测目标交流信号的测定装置，则任何装置都可以。而且，在连接器7与测定装置之间，可以设置放大信号的放大器、仅提取特定频率的如带通滤波器、带阻滤波器、低通滤波器或高通滤波器等滤波器以及使信号衰减的衰减器。进而，为了避免同轴电缆或双绞线电缆作为传感器而对测定对象产生的信号进行检测，可以将铁氧体芯安装于与连接器最接近的电缆。该铁氧体芯使共模信号衰减，但不使作为实施方式1的电磁场传感器的输出的常模信号衰减，所以对测定结果不造成影响。此外，共模信号自身对测定器的测定信号不造成影响，但在电缆与连接器的连接部等构造发生变化的部位容易产生共模信号向通常对测定结果造成影响的常模信号的变换(在以S参数中的混合模S参数表示的情况下为Sdc21分量)。其结果是接收到并非电磁场传感器的接收信号的分量的信号。铁氧体芯有去除该分量的效果。
作为使用电磁场传感器1或1A来测定其交流电流的测定对象物，例如最好为电流沿一个方向流动的电缆等。作为测定对象物，优选为使得沿一个方向产生磁通，例如除了电缆以外，可以为微带线、安装有电路部件的印刷电路板或任意形状的天线(广义上，被施加交流电压的所有导体为天线)。测定对象可以为流过微带线组合而构成的基板或IC部件的内部线束的噪声(电流)。
电磁场传感器1或1A对于流过测定对象物的电流的方向的检测灵敏度(指向性)高。例如，通过改变电磁场传感器1或1A与测定对象的角度来进行测定，能够掌握流过测定对象物的电流的方向。以下为简化说明，设为使用电磁场传感器1或1A的测定对象为流过电缆的交流信号。
当交流电流流过电缆时，根据毕奥萨伐尔定律，在电缆周围产生磁通。当在该磁通贯穿的方向上配置由两端开路的导体的路径包围而成的环面时，根据楞次定律，在导体的路径产生感应电动势。通过将导体路径两端的电压施加于电阻，利用测定装置测定在该电阻两端产生的电压，从而能够检测因该感应电动势而产生的电流作为电缆周围的磁通。即，电缆周围的磁通被检测为流过电缆的交流电流。
使电磁场传感器1或1A靠近于测定对象物电缆来使用电磁场传感器1或1A，例如，与电缆隔开约0.1(mm)至约30(cm)的间隔来配置电磁场传感器1或1A。该间隔优选为在电磁场传感器1或1A与电缆之间能够保持绝缘耐压的距离中的最小距离。此外，空气的绝缘耐压为大致1(kV/mm)。例如，当在200(V)下流过15(A)的电缆为测定对象物的情况下，电磁场传感器1或1A粘贴于电缆的包覆(乙烯基塑料)，或是优选地配置于距电缆1(mm)以下的距离。电磁场传感器1或1A与电缆的距离越近，则越能够使S/N比提高，测定装置对交流电流的测定灵敏度越提高。
交流信号的测定频率主要是由电磁场传感器的尺寸、即环面21的面积以及测定装置的噪声基底(noise floor)的水平决定，例如为大约100(kHz)至2(GHz)的波段。噪声基底低的频谱分析仪或量化比特数大(例如，16(bit，比特))的示波器等测定装置能够测定低于10(kHz)的频带的交流信号。此外，16(bit)的示波器的动态范围为20×log10(216)≈96(dB)。
另外，在如电波暗室或屏蔽室等干扰噪声小的环境或噪声源自身振幅比干扰噪声大的情况下，使用电磁场传感器1或1A，测定装置能够测定从1(kHz)至3(GHz)的更宽频带的磁通。
随着电磁场传感器1或1A的尺寸变小，电缆周围的磁通的检测灵敏度降低，但因为取决于长度的谐振不再产生，所以能够测定更高频带的交流信号。虽然像这样作为电磁场传感器具有与测定对象相应的适当大小，但理论上能够检测全频带的交流信号。
尤其是，在将测定频率的上限值设为fmax(Hz)、将光速设为c(m/s)、将电介质6的相对介电常数设为εr的情况下，线状导体3或3A的长度优选为c/(8×fmax×√εr)以下。进而，在使用相对磁导率μr大于1的构件、例如铁氧体基板的情况下，只要将相对介电常数εr的值替换为εr×μr即可。通过使用具备该长度的线状导体的电磁场传感器，能够测定检测灵敏度降低的谐振频率以下的波段的交流信号。在测定谐振频率以下的波段的交流信号的情况下，在导体板2有时会产生电位分布。在该情况下，当导体板2为电缆周围的磁场频率的波长的1/10波长左右的大小时，避免了产生电位分布。
在设测定频率的上限值为fmax(Hz)、光速为c(m/s)、电介质6的相对介电常数为εr的情况下，当线状导体3或3A的长度为c/(fmax×√εr)以上时，能够使用电磁场传感器1或1A在高于谐振频率的频率进行测定。因此，测定装置能够不使检测灵敏度降低地进行测定。但是，当线状导体3或3A的长度为c/(fmax×√εr)以上时，产生周期性谐振的频带。因此，优选的是避免使用电磁场传感器1或1A测定谐振频率的交流信号，或是使线状导体3或3A的长度变短。
在电磁场传感器1或1A中，对导体板2或2A施加磁通而产生涡流。电缆中产生的磁通变成沿着导体板2或2A的磁通，由此经过线状导体3或3A的磁通增加。如后所述，将使用电像法来对此进行说明。因为电磁场传感器1或1A能够使穿过环面21的磁通密度增加，所以检测灵敏度高。
另外，在电磁场传感器1或1A中，从测定对象产生的电力线的总量在导体板2或2A与线状导体3或3A之间不同。导体板2或2A与线状导体3或3A靠近。因此，许多电力线施加于面积大的导体板2或2A。其结果是，导体板2或2A与线状导体3或3A的电位差增加。但是，在测定对象物为不易产生电位的电缆的情况下，不易产生电缆与电磁场传感器之间的电力线。
图6为示出电磁场传感器1与电缆100的位置关系的说明图，概略性示出从侧面观看电磁场传感器1和电缆100的情形。在图6中，测定对象物即电缆100是截面积为0的电缆。能够依照下述式(1)来计算在电缆100形成的磁场H。在下述式(1)中，I(A)为流过电缆100的电流。在图6中，d(m)为线状导体3与电缆100的最接近距离。P(x、y)为环面21内的位置坐标。另外，将电介质6设为真空层。
Figure BDA0003925860390000101
在电介质6不是真空层的情况下，在将电介质6的相对介电常数设为εr、将真空的介电常数设为ε0的情况下，导体板2与线状导体3之间的介电常数为εr×ε0。设为如图6所示，从侧面观看时(向－z方向观看)，线状导体3为长方形，在x轴方向上为a/2(m),在y轴方向上为b(m)。
图7为示出应用了电像法的电磁场传感器1与电缆100的位置关系的说明图。当假设导体板2相对于线状导体3足够大(大致3倍以上)时，导体板2为导体平面，图7所示的电像法成立。导体板2与线状导体3形成的交链磁通Φ能用下述式(2)来表示。此外，所谓导体板2相对于线状导体3“足够大”,虽然随着测定对象信号的频率的变化而变化，因此无法一概定义，但当测定对象信号的频率上升时，电流由于趋肤效应而仅流过线状导体3正下方的导体板2。其结果是，在测定对象信号的频率高的情况下，即使导体板2的大小较小，但以电像法来考虑也可以被视为足够大。另外，上述的“大致3倍以上”为在大约10(MHz)下的条件，在为更低频率的测定对象信号的情况下，优选为使导体板2更大。
Figure BDA0003925860390000111
通过计算上述式(2)，用下述式(3)来表示交链磁通Φ。
Figure BDA0003925860390000112
因为互感Mnew能用Φ＝Mnew·I来表示，所以利用下述式(4)来表示互感Mnew。
Figure BDA0003925860390000113
为了与电磁场传感器1相比较，没有设置导体板2、环面面积与电磁场传感器1相等的以往的电磁场传感器的互感Mold能用下述式(5)来表示。
Figure BDA0003925860390000114
在上述式(4)及上述式(5)中，在d＞0且a＞0的情况下(这在具有物理大小的情况下必然成立)，Mnew＞Mold。在将互感设为M(H)时，导体板2与信号输出端子4之间的电压V能用下述式(6)来表示。此外，|·|的意思是绝对值。
Figure BDA0003925860390000115
根据上述式(6)可知，随着M变大，导体板2与信号输出端子4之间的电压V也变大。因此，与不具备导体板2的以往的电磁场传感器相比，电磁场传感器1能够提高检测灵敏度。
在测定装置为示波器或频谱分析仪的情况下，通常用50Ω系统来接收信号。同轴连接器及同轴电缆也包括50Ω系统。因此，通过使用同轴连接器作为连接器7而将电磁场传感器1侧的特性阻抗设为与同轴连接器及同轴电缆相同的50(Ω)，能够防止由同轴连接器、同轴电缆及测定装置的阻抗失配导致的信号反射。通过防止信号反射，能够将由电磁场传感器1检测出的所有能量输出至测定装置，检测灵敏度提高。
例如，线状导体3A相对于导体板2A的特性阻抗优选为50(Ω)。为了使特性阻抗为50Ω，需要在掌握导体板2A的厚度、线状导体3A的厚度、电介质6的厚度及相对介电常数的基础上调整线状导体3A的宽度。例如，在使用相对介电常数为约4～4.3的FR-4作为电介质6的材料的情况下，线状导体3A的宽度优选为电介质6厚度的2倍左右。能够使用理论公式或公知的电磁场模拟器容易地计算该特性阻抗的调整值。
可以通过对电磁场传感器1的信号输出端子4输入交流信号，使在电磁场传感器1的周围形成的磁通具有信号分量，利用除电磁场传感器1以外另行准备的电磁场传感器1来检测用该磁通得到的交流信号。据此，能够在电磁场传感器1之间传达信息。此外，不是必须使用电磁场传感器1作为双方，可以仅使用电磁场传感器1作为至少一方。
另外，在确认设备的耐噪声性的测试(在EMC领域中称为抗扰性测试或EMS测试)中，能够在对局部施加作为噪声的信号时使用电磁场传感器1。例如，将噪声信号输入至电磁场传感器1的信号输出端子4，将该电磁场传感器1接近测定对象物，确认是否因噪声信号而发生测定对象物的误动作或损坏。在该情况下，在施加的噪声信号使测定对象物产生的电流大的情况下，需要使线状导体3A的截面积变大以免超过布线的最大电流容量。另外，在施加的信号的电压大的情况下，需要拉开电压施加的导体之间的距离以免超过绝缘耐压。
但是，在实施方式1的电磁场传感器1中，由于有导体板2，能够仅对施加了噪声的装置这侧的线状导体3施加磁场。在通常的无导体板2的传感器中，由于在传感器的周围生成磁场，因此测定对象以外的装置有可能发生误动作或损坏。对此，利用实施方式1的电磁场传感器1，能够减少测定对象以外的装置发生误动作或损坏的可能性。
如上所述，实施方式1的电磁场传感器1具备：一块导体板2；以及线状导体3，该线状导体3的一个端部3a连接于导体板2的一个面，在该线状导体3的另一个端部3b设置有信号输出端子4，该电磁场传感器1具有由导体板2及线状导体3形成且从侧面观看时与导体板2正交的环面21。由于在电缆100周围产生的磁通贯穿环面21，在环面21产生感应电动势，因该感应电动势而在电缆100产生的交流电流被高灵敏度地测定。据此，电磁场传感器1能够使交流电流的检测灵敏度提高。
实施方式1的电磁场传感器1A具备过孔5，该过孔5穿过在导体板2A与线状导体3A之间设置的电介质6，过孔5将导体板2A的面与线状导体3A电连接。由于在电缆100周围产生的磁通贯穿环面21，在环面21产生感应电动势，因该感应电动势而在电缆100产生的交流电流被高灵敏度地测定。据此，电磁场传感器1A能够使交流电流的检测灵敏度提高。
实施方式2.
图8为示出实施方式2的电磁场传感器1B的立体图。在图8中，电磁场传感器1B例如为检测流过电缆的交流电流的传感器，具备导体板2、线状导体3A、过孔5a及过孔5b。线状导体3A与导体板2平行地配置。过孔5a为将导体板2与线状导体3A的一个开路端电连接的第1柱状导体。过孔5b为与线状导体3A的另一个开路端电连接且穿过设置于导体板2的通孔2a而在与线状导体3A相反的一侧突出的第2柱状导体。
从侧面观看时，导体板2及线状导体3A形成环面，该环面由从线状导体3A的一个开路端经由线状导体3A、过孔5a及导体板2而返回至线状导体3A的上述一个开路端这侧的最短路径包围而成。环面与导体板2的板面正交。过孔5b设置于线状导体3A的上述一个开路端。
图9为示出作为电磁场传感器1B的变形例的电磁场传感器1C的结构的分解立体图，在导体板2与线状导体3A之间设置有电介质6。如图9所示，在电介质6形成有通孔6a及通孔6b。通孔6a为形成过孔5a所穿过的空隙的第1通孔。导体板2与线状导体3A由穿过电介质6的通孔6a的过孔5a电连接。通孔6b为形成过孔5b所穿过的空隙的第2通孔。电连接于线状导体3A的端部的过孔5b穿过电介质6的通孔6b及导体板2的通孔2a而从导体板2突出。即，在电磁场传感器1B及1C中与信号输出端子4相当的部分为过孔5b。
图10为示出安装有连接器7的电磁场传感器1C的立体图。在图10中，连接器7为同轴连接器。在图10所示的电磁场传感器1C中，连接器7配置于与测定对象物相反的一侧。在电磁场传感器1C中，过孔5b电连接于连接器7的芯线，连接器7的外导体电连接于导体板2。连接方法优选为焊接。另外，虽然图10中示出了在连接器7的外导体有4个支柱、经由支柱而连接于导体板2的情形，但也可以不使用支柱而通过焊接等将连接器7的外导体的导体面(安装有支柱的面)直接电连接于导体板2。通过像这样将连接器7的导体面直接连接于导体板2，能够抑制来自外部的噪声叠加于过孔5的情况，能够使特性阻抗易变的过孔变短，能够使电磁场传感器与连接器的连接部的反射减少。尤其是，在测定10(MHz)以上的高频带的情况下，能够实现灵敏度高的电磁场传感器1。其中，电磁场传感器1C不限于该构造。
因为噪声被导体板2屏蔽，所以电磁场传感器1C能够在连接器7不受到来自测定对象物的电磁场的影响、即连接器7自身不成为电磁场传感器的一部分的情况下检测交流电流。因此，与电磁场传感器1或1A相比，电磁场传感器1C能够抑制来自测定对象物的电磁场的影响。另外，在电磁场传感器1C中，因为连接器7不在电介质6的侧面部，所以能够在测定对象物的附近配置线状导体3A。因此，电磁场传感器1C的检测灵敏度提高，S/N比(信号与噪声之比)提高。
图11为示出图10的电磁场传感器1C对高频信号的检测的概要的说明图，示出了测定对象物为电缆100的情况。图12为示出图10的电磁场传感器1C与电缆100的位置关系的说明图。如图11及图12所示，将线状导体3A面向电缆100侧地配置电磁场传感器1C。进而，以使线状导体3A的长边方向与电缆100的长边方向为相同方向的方式配置电磁场传感器1C。对于电流流动方向已知的测定对象物，通过使线状导体3A的长边方向对准该方向，从而电磁场传感器1C的检测灵敏度变得最高。进而，通过在电磁场传感器1C与电缆100之间插入具有相对介电常数等材料常数及一定厚度的电介质，能够使对从电缆100产生的磁场的检测灵敏度恒定。即，由于能够使电缆100与电磁场传感器1C的距离恒定，因此能够进行再现性良好的测定。在实施方式2中，也能够用印刷电路板的电介质层构成该电介质。
图13为示出没有导体板的虚拟电磁场传感器200和电缆100的立体图。图14为示出图13的电磁场传感器200与电缆100的位置关系的说明图。在电磁场传感器200中，同轴连接器204的芯线电连接于在线状导体201的一个端部设置的端子202，同轴连接器204的外导体连接于在另一个端部设置的端子203。
测定装置经由同轴电缆测定作为同轴连接器204的外导体的端子203与作为同轴连接器204的芯线的端子202之间的电位差。在电磁场传感器200中，线状导体201被配置为沿着电缆100的长边方向，以使得从侧面观看时贯穿由线状导体201包围而成的环面205的磁通最大而其检测灵敏度最大。
图15为示出电磁场传感器1C和电磁场传感器200中的检测信号的频率与耦合量的关系的曲线图。在图15中，附加附图标记A的关系为表示电磁场传感器1C的检测信号的频率与耦合量的关系的模拟计算结果，附加附图标记B的关系为表示电磁场传感器200的检测信号的频率与耦合量的关系的模拟计算结果。关于电磁场传感器1C，如图12所示，环面21的长边方向的长度为L，电介质6的厚度为T。
图15所示的关系为设为从侧面观看时由电磁场传感器200具备的线状导体201包围而成的环面的面积与从侧面观看时由电磁场传感器1C具备的导体板2和线状导体3A包围而成的环面21的面积都是12(mm2)(＝电介质6的厚度T即0.3(mm)×环面21的长边方向的长度L即40(mm))来进行模拟计算得到的结果。关于模拟计算，使用已有的分析软件(例如AET公司的CST Studio)，通过电磁场传感器输出与电缆注入之比(S参数中的穿透特性(transmission characteristic)S21，这与上述耦合量相当)来进行评价。
另外，电缆100与线状导体3A或201的最接近距离d为1(mm)，线状导体3A及201的宽度为1(mm)。另外，作为线状导体3A及201，使用铜箔，铜箔厚度为18(μm)。电介质6由相对介电常数为4.0的R-4构成。作为测定对象的电缆100的粗细为10(mm)，导体板2的沿着电缆100的长边方向的长度为45(mm)，宽度方向的尺寸为20(mm)、即电缆100的粗细的倍。
图15所示的关系是设为如下情况而计算得到的：横轴为频率，纵轴为穿透特性(S参数中的S21)，由于是对电磁场传感器的特性自身进行比较故没有连接器。图15所示的曲线图为双对数曲线图。如图15的曲线图中以箭头所示，意思是穿透特性的值越大，则信号的检测灵敏度越高(Good：良好)。
根据图15可知，在上述条件下直到100(MHz)为止，电磁场传感器1C及电磁场传感器200的穿透特性都以单调增加的方式变化，按照20(dB/dec)增加。此外，dec为decade的省略，意思是10倍。当对电磁场传感器1C的穿透特性与电磁场传感器200的穿透特性的绝对值进行比较时，电磁场传感器1C的检测灵敏度高出6(dB)左右。据此，电磁场传感器1C的输出电压、即检测灵敏度按照反对数比电磁场传感器200大2倍左右。
使用作为理论公式的上述式(4)及上述式(5)能够预测图15的模拟计算结果。图16为示出关于电磁场传感器1C及200中的检测信号的频率及耦合量的三维电磁场模拟结果与理论值的关系的曲线图。在图16中，附加附图标记A1的关系为表示电磁场传感器1C的检测信号的频率与耦合量的关系的模拟计算结果，附加附图标记B1的关系为表示电磁场传感器200的检测信号的频率与耦合量的关系的模拟计算结果。附加附图标记A2的关系为依照上述式(4)计算出的电磁场传感器1C的频率与耦合量的关系的理论值，附加附图标记B2的关系为依照上述式(5)计算出的电磁场传感器200的频率与耦合量的关系的理论值。
当对附加附图标记A1的关系与附加附图标记A2的关系进行比较时，如图16所示，理论值在100(MHz)大2(dB)左右，直到约100(MHz)为止大体一致。在100(MHz)以上的波段中，由于产生磁场耦合以外的分量及电缆100与电磁场传感器1C之间的寄生电容，因此特性发生变化。产生2(dB)左右的差异的理由是，在理论计算中假设导体板2的大小为无限大、线状导体3A的粗细及电缆100为无限小，与实际尺寸不同。
当对附加附图标记B1的关系与附加附图标记B2的关系进行比较时，如图16所示，理论值大2(dB)左右，而在100(MHz)以上大体一致。与电磁场传感器1C同样地，电磁场传感器200在100(MHz)以上的波段中由于与电缆100的电场耦合而产生差异。
作为在电磁场传感器1设置导体板2的效果，有电磁场传感器1的易制作性及易用性的提高。在电磁场传感器200中，连接器7和与连接器7相连的同轴电缆或双绞线电缆的一部分作为电磁场传感器发挥功能，扰乱了测定对象物即电缆100周围的电磁场特性。因此，需要考虑连接器7的形状、安装到电缆100上的部位及同轴电缆的走线(routing)来进行设计，如果不进行这些设计，则测定结果会取决于使用者的使用方法的不同而不同，因此难以进行具有再现性的测定。
在电磁场传感器1C中，因为在电缆100与连接器7之间设置有导体板2，所以抑制了来自电缆100的电场分量及磁场分量对连接器7和连接于该连接器7端头的同轴电缆造成的影响。其结果是，能够不依赖于连接器7的形状、安装到测定对象物上的位置及同轴电缆的走线而安装同轴连接器及同轴电缆。因此，在考虑连接器7的形状及安装到测定对象物上的部位的情况下，不需要重新设计，设计者能够使用任意同轴连接器。
另外，在电磁场传感器200中，为了去除来自测定对象物的电磁场分量，需要拉开测定对象物与同轴连接器204的距离，但在电磁场传感器1C中，由于具有导体板2，不需要拉开测定对象物与连接器7的距离。因此，由于能够在测定对象物的附近配置电磁场传感器1C，因此能够使电磁场传感器1C小型化。
图17为示出连接有同轴电缆206的电磁场传感器200与电缆100的位置关系的说明图，示出了对从电缆100产生的电磁场的测定的概要。如图17所示，在安装有同轴连接器204的电磁场传感器200中，为同轴连接器204的外导体以1点与电磁场传感器200连接的构造(尾纤(pigtail)构造)。因此，电磁场传感器200的特性中耐噪声性能降低。由于同轴连接器204及同轴电缆206配置于在电缆100周围产生的电磁场，因此得出包括同轴连接器204及同轴电缆206的特性。
图18为示出同轴电缆22连接于连接器7而成的电磁场传感器1C与电缆100的位置关系的说明图，示出了对从电缆100产生的电磁场的测定的概要。在电磁场传感器1C中，能够将作为同轴连接器的连接器7安装于导体板2。即，从线状导体3A延伸的过孔5b连接于连接器7的芯线，连接器7的外导体电连接于导体板2。像这样，在电磁场传感器1C中，因为能够以面或多个点将同轴连接器的外导体与电磁场传感器1C连接，所以耐噪声性能提高。
如上所述，实施方式2的电磁场传感器1C具备：过孔5a，穿过在导体板2与线状导体3A之间设置的电介质6；以及过孔5b，穿过设置于导体板2的通孔2a。过孔5a连接于线状导体3A，穿过通孔2a而从导体板2突出。由于在电缆100周围产生的电磁场被导体板2屏蔽，因此对处于隔着导体板2与线状导体3A相反的一侧的同轴连接器不造成影响，或是该影响降低。关于同轴电缆22也与同轴连接器同样地，在电缆100周围产生的电磁场被导体板2屏蔽，因此也能使到同轴电缆22的电磁场耦合减少。据此，在电磁场传感器1C中，同轴电缆22的走线的影响减少。进而，因为能够将同轴连接器的外导体连接于导体板2的板面，所以外力容易施加到大于同轴连接器的导体板2，不易直接施加到同轴连接器。因此，电磁场传感器1C具有抗外力导致的破裂和变形的构造。尤其是，在连接器与电缆的安装或拆卸时、或者在车内等施加振动的环境中，电磁场传感器或连接器被施力而导致产生破裂或使测定再现性降低的变形，但实施方式2的电磁场传感器1C具有抗这种外力的构造。
实施方式3.
图19为示出实施方式3的电磁场传感器1D的立体图。电磁场传感器1D例如为检测流过电缆的交流电流的传感器，具备导体板2、线状导体3A、过孔5a、过孔5b、过孔5c、检测电路8及布线8a。线状导体3A与导体板2平行地配置。
过孔5a为将导体板2与线状导体3A的一个开路端电连接的第1柱状导体。过孔5b为与线状导体3A的另一个开路端电连接且穿过设置于导体板2的通孔2a而在与线状导体3A相反的一侧突出的第2柱状导体。过孔5c为将检测电路8的接地与导体板2电连接的柱状导体(也称为地孔)。
如图19所示，检测电路8为设置于导体板2的与线状导体3A相反的一侧的板面、检测导体板2与线状导体3A之间的电位差的电路。布线8a的一个端部连接于从导体板2突出的过孔5b，布线8a的另一个端部连接于检测电路8。例如，布线8a为将过孔5b与检测电路8电连接的微带线或带状线。
图20为示出电磁场传感器1D的内部构造的剖视图。在图20中，电磁场传感器1D包括3层印刷电路板，在第1层设置有线状导体3A，在处于内层的第2层设置有导体板2，在第3层设置有检测电路8。检测电路8的输入端口通过布线8a而与过孔5b电连接，检测电路8的接地通过过孔5c而电连接于导体板2。此外，虽然在图20中示出了3层印刷电路板，但只要为包括至少3层以上导体层的印刷电路板即可。
从侧面观看时，导体板2及线状导体3A形成环面21，该环面21由从线状导体3A的与过孔5b连接的一个端部经由线状导体3A、过孔5a及导体板2而返回至线状导体3A的上述端部这侧的最短路径包围而成。环面21与导体板2的板面正交。
图21为示出作为实施方式3的电磁场传感器1D的变形例A的电磁场传感器1E的内部构造的剖视图。在图21中，电磁场传感器1E包括2层印刷电路板，在第1层设置有线状导体3A，在第2层设置有导体板2，在第2层的去除了导体板2的部分设置有检测电路8。检测电路8的输入端口通过布线8b而与过孔5b电连接。
从侧面观看时，导体板2及线状导体3A形成环面21，该环面21是从线状导体3A的与过孔5b连接的一个端部经由线状导体3A、过孔5a及导体板2而返回至线状导体3A的上述端部这侧的最短路径包围而成。环面21与导体板2的板面正交。电磁场传感器1E包括层数少于图20所示的电磁场传感器1D的薄印刷电路板。因此，能够廉价地且与多层基板相比不改变接收灵敏度而使基板整体变薄，并且通过有意地使电介质层的厚度变大而使环面的面积变大，由此得到使接收灵敏度提高的效果。
能够在来自测定对象物的电磁场对检测电路8造成的影响少的情况下使用电磁场传感器1E。例如，在测定对象物的尺寸小的情况下、来自测定对象物的磁通大的情况下、或者电介质厚而使测定对象物与检测电路8的距离拉得开的情况下，来自测定对象物的电磁场对检测电路8造成的影响少，能够有效利用电磁场传感器1E的构造。但是使用方法不限于上述例子。
图22为示出作为实施方式3的电磁场传感器1D的变形例B的电磁场传感器1F的立体图。在图22中，电磁场传感器1F具备导体板2、线状导体3A、过孔5a、过孔5b、检测电路8A及布线8a。检测电路8A为检测导体板2与线状导体3A之间的电位差的电路，为多个部件即IC 8(1)、IC 8(2)及IC 8(3)串联连接而构成。检测电路8A中的IC 8(3)的输入端口通过布线8b而与过孔5b电连接。
虽然在图22中省略了记载，但从侧面观看时，导体板2及线状导体3A形成环面21，该环面21由从线状导体3A的与过孔5b连接的一个端部经由线状导体3A、过孔5a及导体板2而返回至线状导体3A的上述端部这侧的最短路径包围而成。环面21与导体板2正交。如图22所示，IC 8(1)、IC 8(2)及IC 8(3)串联连接而成的检测电路8A配置于与包括环面21的平面相同或平行的平面上。
电磁场传感器1F在检测流过电缆100的交流电流时，线状导体3A的长边方向沿着电缆100的长边方向配置。由此，能够使用宽度窄的导体板2。除此以外，还能够防止布线之间的电场耦合或磁场耦合，能够减小来自电磁场容易因趋肤效应的影响而变化的导体板外周部的影响。另外，虽然由于连接IC之间的布线有角(拐角部)而特性阻抗发生变化，但通过将线状导体3A按直线状配置为其长边方向沿着电缆100的长边方向，能够减小特性阻抗的变化量。
检测电路8A中的IC 8(1)、IC 8(2)及IC 8(3)例如通过焊接而连接于导体板2的板面上。IC 8(1)、IC 8(2)及IC 8(3)串联连接而成的检测电路8A配置于与包括环面21的平面相同或平行的平面上。因此，即使当导体板2在与线状导体3A的长边方向正交的方向上弯曲的情况下，弯曲应力也不易施加到IC 8(1)、IC 8(2)及IC 8(3)，IC的焊接连接部的剥落被减少。
图23为示出作为实施方式3的电磁场传感器1D的变形例C的电磁场传感器1G的立体图。在电磁场传感器1F中，将连接检测电路8A中的部件之间的布线配置于与环面21相同的平面。与此相对，在电磁场传感器1G中，将连接检测电路8A中的部件之间的布线配置于与包括环面21的平面平行地隔开间隔的平面。
随着在测定对象物产生的磁场的频率变高，由于趋肤效应，返回电流变得易于流到导体板2中的与线状导体3A对置的部分。为了免受该返回电流的影响，IC 8(1)、IC 8(2)及IC 8(3)串联连接而成的检测电路8A处于导体板2中的离开与线状导体3A对置的部分的位置，并且配置于与包括环面21的平面平行的平面。
例如，检测电路8A配置于从导体板2中与线状导体3A对置的部分隔开线状导体3A的宽度的10倍以上的间隔的位置。在导体板2中，配置检测电路8A的部分的导体被去除。随着测定对象物中产生的磁场的频率变高，由于趋肤效应，返回电流会仅流过导体板2A中与线状导体3A对置的部分的周边。在该情况下，导体板2中与线状导体3A对置的部分与配置检测电路8A的部分的间隔可以为线状导体3A的宽度的3倍左右。另外，在电磁场传感器1G中，可以与电磁场传感器1E同样地去除导体板2的一部分来配置检测电路8A。
如上所述，实施方式3的电磁场传感器1D～1G具备检测导体板2与线状导体3A之间的电位差的检测电路8或8A。检测电路8或8A配置于导体板2的与连接于线状导体3A的板面相反的一侧的板面。检测电路8或8A能够检测导体板2与线状导体3A之间的电位差，而无需使用外部的测定装置。
另外，因为检测电路8或8A配置于导体板2的与连接于线状导体3A的板面相反的一侧的板面，所以能够将线状导体3A面向测定对象物来配置电磁场传感器1D～1G。在像这样配置的电磁场传感器1D～1G中，由于测定对象物中产生的磁通贯穿环面21而在环面21产生感应电动势，因该感应电动势而在测定对象物中产生的交流电流被高灵敏度地测定。据此，电磁场传感器1D～1G能够使交流电流的检测灵敏度提高。
进而，因为测定对象物中产生的电磁场被导体板2屏蔽，所以不对处于隔着导体板2与线状导体3A相反的一侧的检测电路8或8A造成影响，或是该影响降低。优选为对检测电路8或8A设置将信号放大的运算放大器。运算放大器将在同轴电缆易衰减的微弱高频信号放大，所以该信号变得容易检测。另外，越是高频的信号，则信号越容易由于布线长度或连接器而衰减，因此如实施方式3所示，优选的使用方法是在电磁场传感器的最近处(紧挨过孔5b之后)安装运算放大器。
在实施方式3的电磁场传感器1F及1G中，IC 8(1)、IC 8(2)及IC 8(3)串联连接而构成检测电路8A。IC 8(1)、IC 8(2)及IC 8(3)串联连接而成的检测电路8A配置于与包括环面21的平面相同或平行的平面上。即使当导体板2在与线状导体3A的长边方向正交的方向上弯曲的情况下，施加于IC 8(1)、IC 8(2)及IC 8(3)的弯曲应力也减轻。据此，电磁场传感器1F及1G能够减少IC从导体板2的剥落。
实施方式4.
图24为示出实施方式4的电磁场传感器1H的立体图。如图24所示，电磁场传感器1H例如为检测流过多个电缆的各个电缆的交流电流的传感器，对一块导体板2A设置有多个线状导体3A。电磁场传感器1H具备导体板2、多个线状导体3A、多个过孔5a及多个过孔5b。过孔5a为将导体板2与线状导体3A的一个开路端电连接的第1柱状导体。过孔5b为与线状导体3A的另一个开路端电连接且穿过设置于导体板2的通孔2a而在与线状导体3A相反的一侧突出的第2柱状导体。
如图24所示，多个线状导体3A相对于导体板2A沿一个方向并排配置。从侧面观看时，导体板2A和各个线状导体3A形成环面，该环面由从线状导体3A的一个开路端经由线状导体3A、过孔5a及导体板2而返回至线状导体3A的一个开路端这侧的最短路径包围而成。环面与导体板2的板面正交。过孔5b设置于线状导体3A的一个开路端。电磁场传感器1H被配置为各个线状导体3A的长边方向与测定对象物中的电流流动方向相同。
例如，在4对差动线路合并为一根线而成的电缆为测定对象物的情况下，与第1对差动线路对应地配置的线状导体3A检测从第1对差动线路产生的电磁场，同样地，与第2至第4对差动线路分别对应地配置的线状导体3A检测从第2至第4对差动线路分别产生的电磁场。据此，电磁场传感器1H能够检测在哪对差动线路流过什么值的交流电流。另外，通过使安装于各线状导体的连接器及同轴电缆的电气性能(阻抗、电长度等)相等、连接多端口的示波器、观测振幅和时间差可知，振幅越大、时间差越大则位置越接近，能够确定信号产生源的位置。另外，各线状导体的方向可以不是同一方向，可以配合于测定对象及用途进行变更。
电磁场传感器1H可以具备以导体板2A与各个线状导体3A之间的电位差作为输入的逻辑或电路。例如，在4对差动线路合并为一根线而成的电缆为测定对象物的情况下，逻辑或电路计算来自所有对的差动线路的检测信号的逻辑或信号，基于计算出的逻辑或信号的值，判定流过任意对的差动线路的电流值是否偏离目的值。虽然无法确定流过电缆中的哪对差动线路的电流值偏离目的值，但能够无需使用昂贵的检测电路而判定电缆的状态。作为逻辑或电路，可以使用运算放大器，也可以使用二极管及电阻。可以在线状导体3A与逻辑或电路之间插入用于放大信号的运算放大器。
图25为示出作为电磁场传感器1H的变形例A的电磁场传感器1I的立体图。电磁场传感器1I对一块导体板2具备多个线状导体3A，并且具备针对每个线状导体3A设置的过孔5a及过孔5b、检测电路8及布线8d。多个线状导体3A形成为贯穿环面的磁通为相同方向，并且端部相对于导体板2在交错的方向配置。例如，图25所示的电磁场传感器1I具备两个线状导体3A，在一个线状导体3A和另一个线状导体3A中，连接到过孔5a的端部与连接到过孔5b的端部位于交错的方向。
连接于各个线状导体3A的过孔5b通过布线8d而连接于检测电路8的输入端口。在一个线状导体3A和另一个线状导体3A中，连接于过孔5b的端部相对于导体板2处于相反侧，一个线状导体3A与导体板2之间的电压为另一个线状导体3A与导体板2之间的电压的反相。检测电路8以两者间的电位差作为差动输入，由此能够检测2倍电压。为了进行差动输入，能够利用差动运算放大器或差动接收器。另外，为了使用示波器来进行差动输入，通过以单端方式测定各信号并减去该测定值来得到期望的信号。
图26为示出作为电磁场传感器1H的变形例B的电磁场传感器1J的立体图。电磁场传感器1J对一块导体板2B具备多个线状导体3A，并且具备针对每个线状导体3A设置的过孔5a及过孔5b。例如，图25所示的电磁场传感器1I具备两个线状导体3A，它们配置为一个线状导体3A的与过孔5b连接的端部和另一个线状导体3A的与过孔5b连接的端部面对面。即，两个线状导体3A的端部沿着导体板2B的长边方向交错地配置。因为线状导体3A与导体板2B之间的电压为反相，所以检测电路8以两者间的电位差作为差动输入而能够检测2倍电压。
如上所述，在实施方式4的电磁场传感器1H～1J中，多个线状导体3A形成为贯穿环面的磁通为相同方向，并且端部相对于导体板在交错的方向配置。检测电路8检测各个线状导体3A与导体板之间的电位差作为差动信号。据此，电磁场传感器1H～1J能够以各个线状导体3A与导体板之间的电位差放大后的信号作为检测对象。另外，在各电磁场传感器中，各线状导体的方向可以不必为相同方向，可以配合于测定对象或用途进行变更。
实施方式5.
图27为示出实施方式5的电磁场传感器1K及电缆100的立体图。在图27中，电磁场传感器1K中的导体板2C及线状导体3包括柔性基板(FPC)。柔性基板例如为使用聚酰胺树脂的基板。在电磁场传感器1K中，柔性基板作为电介质6发挥功能，对柔性基板形成导体膜的图案来构成导体板2C及线状导体3。另外，电磁场传感器1K中的导体板2C及线状导体3可以为在电介质6的薄膜上形成的薄膜。
电磁场传感器1K被配置为相对于测定对象物即电缆100，从电缆100产生的磁通为与导体板2C平行的方向。据此，因为从电缆100产生的磁通贯穿由导体板2C和线状导体3形成的环面21，所以电磁场传感器1K的检测灵敏度提高。
在没有导体板的以往的电磁场传感器中，从上述那样的电缆100产生的磁通为不可检测的分量。与此相对，电磁场传感器1K利用导体板2C覆盖电缆100的周围，由此能够检测从电缆100产生的磁通。导体板2C可以套住电缆100的外周整体。另外，当将导体板2C套住电缆100时，可以使导体板2C的端部彼此重叠。
在向测定对象物安装电磁场传感器1K时，使用例如粘性胶水或双面胶。其中，优选为使胶水或双面胶尽可能薄、均匀，如果可能的话，最好使用相对介电常数及相对磁导率接近1的粘性胶水或双面胶。另外，导体板2C既可以由形状记忆合金构成，也可以对导体板2C设置向测定对象物的安装构造。
图28为示出作为实施方式5的电磁场传感器1K的变形例A的电磁场传感器1L及电缆100的立体图。在图28中，电磁场传感器1L除了电磁场传感器1K的结构之外，还具备检测电路8B及布线8a。IC 8(1)及IC 8(2)串联连接而构成检测电路8B。
IC 8(1)及IC 8(2)串联连接而成的检测电路8B配置于与包括环面21的平面相同或平行的平面上。例如，检测电路8B在导体板2C中沿着电缆100的长边方向、即在测定对象物中电流流动的方向配置。即使导体板2C在与电缆100的长边方向正交的方向上弯曲，弯曲应力也不易施加到IC 8(1)及IC 8(2)，减少了IC的焊接连接部剥落及焊接中产生裂纹的可能性。
优选的是构成检测电路8B的IC的引脚当中的连接于导体板2C或线状导体3的引脚仅在电缆100的长边方向上配置。另外，IC的尺寸也优选为小。
如上所述，在实施方式5的电磁场传感器1K及1L中，导体板2C、线状导体3及电介质6包括柔性基板或薄膜。因为能够利用导体板2C来覆盖测定对象物即电缆100，所以在电缆100周围产生的磁通贯穿环面21，从而在环面21产生感应电动势，因该感应电动势而在电缆100中产生的交流电流被高灵敏度地测定。据此，电磁场传感器1K及1L能够使交流电流的检测灵敏度提高。
实施方式6.
图29为示出实施方式6的电磁场传感器1M的立体图。在图29中，电磁场传感器1M具备包括在导体板2的周围设置的多个地孔23的屏蔽构造。各个地孔23为电连接于导体板2、从导体板2向包括线状导体3A的底面侧延伸的柱状导体。地孔23的底面侧的端部开路。为了使导体板2尽量接近测定对象物，地孔23优选为长达至底面的长度、或是短得达不到底面。
如上所述，实施方式6的电磁场传感器1M具备包围导体板2的外周的屏蔽构造。因为利用屏蔽构造去除来自电磁场传感器1M的侧方的干扰噪声，所以电磁场传感器1M仅能够检测在测定对象物即电缆传播的高频信号。尤其是，利用地孔23的屏蔽效应能够去除在测定对象物以外产生的电场分量(电力线)。另外，可以对导体板2设置2圈以上的地孔23并填充地孔23之间的间隙来加强屏蔽。
实施方式7.
图30为示出实施方式7的电磁场传感器1N的立体图。在图30中，电磁场传感器1N容纳于进行非接触通信的卡片，具备在卡片的一个面形成的导体板2、在卡片内部形成的线状导体3、过孔5a、过孔5b、检测电路8及布线8a。线状导体3与导体板2平行地配置。过孔5a为将导体板2与线状导体3的一个开路端电连接的第1柱状导体。过孔5b为与线状导体3的另一个开路端电连接且穿过设置于导体板2的通孔2a而在与线状导体3相反的一侧突出的第2柱状导体。
从侧面观看时，导体板2及线状导体3形成环面，该环面由从线状导体3的一个开路端经由线状导体3、过孔5a及导体板2而返回至线状导体3的一个开路端这侧的最短路径包围而成。环面与导体板2的板面正交。过孔5b设置于线状导体3A的一个开路端。检测电路8为设置于导体板2的与线状导体3相反的一侧的板面、检测导体板2与线状导体3之间的电位差的电路。检测电路8的输入端口通过布线8a而与过孔5b电连接。检测电路8例如为卡片的IC标签。电磁场传感器1N能用于进行非接触通信的卡片系统。
如上所述，实施方式7的电磁场传感器1N容纳于具有作为IC标签的检测电路8的卡片中。例如，在重叠地使用多张卡片的情况下，有时会因卡片间的干扰而无法检测信号，还会产生多张卡片同时响应的故障。与此相对，通过电磁场传感器1N，利用导体板2防止对处于与线状导体3相反的一侧的卡片的误读。据此，能够提供即使在卡片背面存在如磁体或其它卡片等引起电磁波干扰的物体也不对卡片的读写造成影响的卡片系统。
实施方式8.
图31为示出实施方式8的电磁场传感器1O的立体图。在图31中，电磁场传感器1O具备导体板2、线状导体3A、过孔5a、过孔5b、检测电路8C、蓄电池24、E/O变换电路25以及通信设备26。线状导体3A与导体板2平行地配置。过孔5a为将导体板2与线状导体3的一个开路端电连接的第1柱状导体。过孔5b为与线状导体3的另一个开路端电连接且穿过设置于导体板2的通孔2a而在检测电路8C侧突出的第2柱状导体。
从侧面观看时，导体板2及线状导体3A形成环面，该环面由从线状导体3A的与过孔5b连接的一个端部经由线状导体3A、过孔5a及导体板2而返回至线状导体3A的上述端部这侧的最短路径包围而成。环面与导体板2的板面正交。电磁场传感器1O具有导体板2被电介质6从上下夹住而成的构造。
检测电路8C检测导体板2与线状导体3A之间的电位差。表示由检测电路8C检测出的电位差的电信号被保存于在检测电路8C内部设置的存储器。另外，检测电路8C具备由从蓄电池24供给的电力驱动的E/O变换电路25。E/O变换电路25将由检测电路8C检测出的表示导体板2与线状导体3A之间的电位差的电信号变换为光信号，经由光纤将变换后的光信号发送到外部装置。E/O变换电路25可以为使用发光二极管或红外线元件的电路。
通信设备26由从蓄电池24供给的电力驱动。通信设备26利用无线通信将表示由检测电路8C检测出的导体板2与线状导体3A之间的电位差的电信号发送到外部装置。通信设备26可以为将表示导体板2与线状导体3A之间的电位差的电信号作为超声波信号来发送的设备。
蓄电池24为安装于电介质6并对检测电路8C供电的蓄电装置。电磁场传感器1O不与外部装置电连接，利用来自蓄电池24的电力来驱动检测电路8C及通信设备26。据此，电磁场传感器1O成为相对于外部装置的电位而言电浮置(electrically floating)的状态。
此外，蓄电装置不限于蓄电池24。例如，蓄电装置可以为将从电缆100检测到的电磁场变换为能量而供电的电路，也可以为通过使用太阳能面板进行发电来供电的装置。
例如，在流过大电流的输电线为测定对象物的情况下，当电磁场传感器与外部装置电连接时，在绝缘击穿时，有可能会产生外部装置的接地故障或漏电流增加。与此相对，电磁场传感器1O利用光通信或无线通信在与未电导通的外部装置之间交换信号，利用来自蓄电池24的电力来驱动检测电路8C及通信设备26。据此，即使在测定对象物与电磁场传感器1O之间产生放电，电流也不流过外部装置，因此不产生接地故障。
通常，难以长期对大量电磁场传感器的短路保护进行管理。与此相对，由于电磁场传感器1O是相对于外部装置的电位而言电浮置的状态，因此用各个电磁场传感器1O来进行短路应对。因此，电磁场传感器1O无需对短路保护的管理。
作为检测电路8C，例如使用考克饶夫-沃尔顿电路(Cockcroft Walton circuit)、A/D转换器及比较器。例如，即使为单级考克饶夫-沃尔顿电路，也能够使交流信号接近直流信号。因此，构成检测电路8C的IC即使为小功耗的低速IC，也能够检测高速的交流信号。A/D转换器的功耗及信息量趋于变多。因此，使用了A/D转换器的检测电路8C最适于为了进行如几小时至几天的监视这样的目的而使用的环境。另外，通过使用比较器，能够容易地构成检测超过阈值的电压的检测电路8C。检测超过阈值的电压的检测电路8C适用于从几天至几年单位的长时期监视电压的目的。作为通信设备26，可以使用微型计算机。通信设备26可以一直发送电磁场传感器1O的检测结果，也可以在有异常时发送检测结果。可以对检测电路8C设置保护元件，以免电路由于异常电压或异常电流而损坏。
如上所述，实施方式8的电磁场传感器1O不与外部装置电连接，利用来自蓄电池24的电力来驱动检测电路8C及通信设备26，从而是相对于外部装置的电位而言电浮置的状态。即使在测定对象物与电磁场传感器1O之间产生放电，电流也不流过外部装置，因此不产生接地故障。
实施方式9.
关于实施方式9的电磁场传感器，为了通过有意在特定频率谐振来使特定频率的灵敏度提高，将线状导体3分割为多个，在线状导体3的分割部分之间以串联、并联或串并联的方式配置部件，或是在线状导体3与导体板2之间配置部件。
例如，作为部件，除了阻抗低的电阻(优选为100(Ω)以下)、芯片电感器、层叠陶瓷电容器及铁氧体磁珠之外，还可以使用空芯线圈或使用磁体的线圈或二极管。尤其是，关于使用磁体的铁氧体磁珠或使用磁体的线圈、或者空芯线圈等部件，由于在电像法中接收灵敏度变为2倍，因此取决于测定对象生成的磁通的方向和部件内部的布线的方向，还能够获得除了生成谐振频率以外的其它效果。
另外，作为在线状导体3与导体板2之间配置的部件，能够使用电容器或阻抗高的电阻(优选为100k(Ω)以上)。通过组合这些部件，无需变更电磁场传感器的尺寸而能够提高任意频率的信号的接收灵敏度。
此外，能够将各实施方式结合，或者将各个实施方式的任意构成要素变形，或者在各个实施方式中省略任意构成要素。
工业适用性
本公开的电磁场传感器例如能够利用于检测或注入流过电缆的交流电流。

Claims (16)

1.一种电磁场传感器，其特征在于，具备：
一块导体板；以及
线状导体，该线状导体的一个端部电连接于所述导体板的一个面，在该线状导体的另一个端部设置有信号输出端子，
其中，该电磁场传感器具有由所述导体板及所述线状导体形成且从侧面观看时与所述导体板正交的环面。
2.根据权利要求1所述的电磁场传感器，其特征在于，
具备第1柱状导体，该第1柱状导体穿过设置于在所述导体板与所述线状导体之间设置的电介质的第1通孔，
所述第1柱状导体将所述导体板的面与所述线状导体电连接。
3.根据权利要求2所述的电磁场传感器，其特征在于，
具备第2柱状导体，该第2柱状导体穿过设置于所述导体板的通孔和设置于所述电介质的第2通孔，
所述第2柱状导体连接于所述线状导体，穿过所述通孔及所述第2通孔而从所述导体板突出，连接于所述信号输出端子。
4.根据权利要求3所述的电磁场传感器，其特征在于，
具备检测电路，该检测电路检测所述导体板与所述线状导体之间的电位差，
所述检测电路配置于所述导体板的与连接于所述线状导体的板面相反的一侧的面。
5.根据权利要求4所述的电磁场传感器，其特征在于，
多个部件串联连接而构成所述检测电路，
所述部件之间串联连接而成的所述检测电路配置于与包括所述环面的平面相同或平行的平面上。
6.根据权利要求2所述的电磁场传感器，其特征在于，
在测定频率的上限值为fmax、光速为c以及所述电介质的相对介电常数为εr的情况下，所述线状导体的长度为c/(8×fmax×√εr)以下的长度。
7.根据权利要求2所述的电磁场传感器，其特征在于，
在测定频率的上限值为fmax、光速为c以及所述电介质的相对介电常数为εr的情况下，所述线状导体的长度为c/(fmax×√εr)以上的长度。
8.根据权利要求2所述的电磁场传感器，其特征在于，
所述导体板、所述线状导体及所述电介质由柔性基板或薄膜构成。
9.根据权利要求4所述的电磁场传感器，其特征在于，
具备蓄电装置，
该电磁场传感器不与外部装置电连接，利用来自所述蓄电装置的电力来驱动所述检测电路，从而是相对于所述外部装置的电位而言电浮置的状态。
10.根据权利要求1所述的电磁场传感器，其特征在于，
对于一块所述导体板具备多个所述线状导体。
11.根据权利要求10所述的电磁场传感器，其特征在于，
具备逻辑或电路，该逻辑或电路以所述导体板与各个所述线状导体之间的电位差作为输入。
12.根据权利要求10所述的电磁场传感器，其特征在于，
多个所述线状导体形成为贯穿所述环面的磁通为相同方向，并且端部相对于所述导体板在交错的方向配置，
该电磁场传感器具备检测电路，该检测电路检测各个所述线状导体与所述导体板之间的电位差作为差动信号。
13.根据权利要求1所述的电磁场传感器，其特征在于，
具备包围所述导体板的外周的屏蔽构造。
14.根据权利要求1所述的电磁场传感器，其特征在于，
所述电磁场传感器被容纳于具有IC标签的卡片中。
15.根据权利要求3所述的电磁场传感器，其特征在于，
所述第1柱状导体被安装于所述线状导体的一个端部，所述第2柱状导体被安装于所述线状导体的另一个端部。
16.根据权利要求1至15中任意一项所述的电磁场传感器，其特征在于，
在所述导体板与所述线状导体之间、或者在所述线状导体的一部分，将部件以串联、并联、或串并联的方式配置。
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