DE19647830A1

DE19647830A1 - Field sensor for measuring magnetic and/or electric fields

Info

Publication number: DE19647830A1
Application number: DE1996147830
Authority: DE
Inventors: Hubertus Maschek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 1998-05-20

Abstract

The field sensor (1) has at least 6 capacitor plates (5,6,7,15,16,17) lying along the faces of a cube, enclosing the space in which the electric or magnetic field is measured via a 3-dimensional arrangement of coils, Hall-effect sensors, or field plates. Three annular or cylindrical coils (2,3,4) of similar diameter may lie along X,Y and Z axes within the cuboid space, each enclosed between 2 parallel opposing capacitor plates. The latter may be provided with a high-ohmic coating.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Feldsensor mit Einrich tungen zum Messen eines magnetischen Feldes und/oder eines elektrischen Feldes sowie ein entsprechendes Verfahren.The invention relates to a field sensor with a device to measure a magnetic field and / or electric field and a corresponding method.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Feldsensor der genannten Art zu schaffen, mit dem gleichzeitig oder nacheinander elektrische und magnetische Felder in beliebi ger Richtung gemessen werden können und eine zugehörige Vor richtung sowie ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen.The invention has for its object a field sensor of the type mentioned, with the same time or successively electrical and magnetic fields in any direction can be measured and an associated front direction and a corresponding method.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.This object is achieved with the features of the claims.

Bei einem Feldsensor sind wenigstens sechs Kondensatorplat ten vorgesehen, welche würfelartig angeordnet sind, und in dem dadurch gebildeten Raum die Einrichtung zum Messen des magnetischen Feldes vorgesehen ist, die dreidimensional aus gerichtet ist und beispielsweise aus Spulen, Halleffektsen soren, Feldplatten oder dergleichen besteht.In a field sensor there are at least six capacitor plates Ten are provided, which are arranged in cubes, and in the space thus formed the device for measuring the magnetic field is provided, which is three-dimensional is directed and for example from coils, Hall effects sensors, field plates or the like.

Die Kondensatorplatten dienen dabei dazu, das elektrische Feld dreidimensional zu messen und erzeugen gleichzeitig im Innern ihrer räumlichen Anordnung einen feldfreien Raum. In diesem ist dann die Einrichtung zum Messen angeordnet, die unbeeinflußt vom elektrischen Feld eine dreidimensionale Er fassung des Magnetfeldes ermöglicht. Somit ist erreicht, daß gleichzeitig, aber ohne gegenseitige Beeinflussung, ein elektrisches und ein magnetisches Feld dreidimensional er faßt werden.The capacitor plates serve the electrical To measure and generate the field in three dimensions simultaneously A field-free space within their spatial arrangement. In this is then arranged for measuring, the a three-dimensional Er, unaffected by the electric field magnetic field. It is thus achieved that at the same time, but without mutual interference electrical and a magnetic field three-dimensional be grasped.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vor gesehen, daß drei ring- bzw. zylinderförmig gewickelte Spu len vorgesehen sind, die jeweils in der X-, Y- bzw. Z-Achse angeordnet sind, und daß die Spulen von den Kondensator platten umgeben sind, von denen jeweils zwei parallel zuein ander angeordnet sind.In an advantageous embodiment of the invention is before seen that three ring or cylindrical wound Spu len are provided, each in the X, Y and Z axes are arranged, and that the coils of the capacitor plates are surrounded, two of which are parallel to each other are arranged differently.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, daß die Spulen ringförmig mit nahezu gleichem Durch messer ineinander angeordnet sind.Another advantageous embodiment of the invention lies in that the coils are annular with almost the same diameter knives are arranged one inside the other.

Damit ist eine gleichmäßige Erfassung des Magnetfeldes in allen drei Richtungen erreicht.This is a uniform detection of the magnetic field in achieved in all three directions.

Als ebenfalls sehr vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung jeweils einer Spule ein Kondensator-Plattenpaar zugeordnet ist, die parallel zur jeweiligen Spule außerhalb der Spulenanordnung vorgesehen sind.It has also proven to be very advantageous if according to a further embodiment of the invention in each case a coil is assigned a pair of capacitor plates, which parallel to the respective coil outside the coil arrangement are provided.

Damit wird eine einwandfreie Abschirmung der Spulen durch die Kondensatorplatten erzielt. This ensures that the coils are properly shielded achieved the capacitor plates.

Sehr günstig ist es auch, wenn entsprechend einer erfin dungsgemäßen Ausgestaltung die Kondensatorplatten mit einer hochohmigen Beschichtung versehen sind.It is also very cheap if you invent one accordingly design according to the invention, the capacitor plates with a high-resistance coating are provided.

Es ist aber auch möglich, daß gemäß einer weiteren Ausge staltung der Erfindung die Kondensatorplatten aus einem hochohmigen Material bestehen.But it is also possible that according to another issue staltung of the invention, the capacitor plates from one high-resistance material.

Mit beiden Ausgestaltungen wird eine Beeinflussung des zu messenden magnetischen Feldes ausgeschlossen.Both configurations influence the measuring magnetic field excluded.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung ist dadurch ge kennzeichnet, daß die Kondensatorplatten doppelt angeordnet sind, wobei die jeweils innere Platte elektrisch an einem gemeinsamen Masseanschluß liegt.Another embodiment of the invention is thereby ge indicates that the capacitor plates are arranged twice are, the respective inner plate electrically on one common ground connection.

Hierdurch wird eine Beeinflussung des elektrischen Feldes durch die Spulen, Halleffektsensoren oder Feldplatten ausge schlossen.This affects the electrical field through the coils, Hall effect sensors or field plates closed.

Als ebenfalls sehr vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die elek trischen Anschlüsse der Kondensatorplatten an deren Rand vorgesehen sind. Dadurch wird eine Beeinflussung des Meßer gebnisses durch den in den Anschlußleitungen fließenden Strom vermieden.It has also proven to be very advantageous if According to a further embodiment of the invention, the elec electrical connections of the capacitor plates on their edge are provided. This will influence the knife result of the flowing in the connecting lines Avoided electricity.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Messung elektrischer Felder, die einen Feldsensor mit mindestens einem Kondensator-Plattenpaar aufweist, dessen Ausgangsspannungen an den nicht-invertierenden und invertie renden Eingang eines Differenzverstärkers angelegt wird, wo bei zwischen den beiden Eingängen des Differenzverstärkers ein Kondensator angeschlossen ist. Diese Meßvorrichtung ist insbesondere mit dem vorstehend beschriebenen Feldsensor verwendbar. Die Meßvorrichtung arbeitet nach folgendem Grundprinzip. Eine Anordnung von zwei Kondensatorplatten verursacht im elektrischen Feld am Kondensator einen Span nungsabfall, der über einen Differenzverstärker vorzugsweise hochohmig und vorzugsweise mit kleiner Eingangskapazität ge gen Masse entkoppelt wird. Durch einen relativ hohen Strom durch den Kondensator wird die Einkopplung von Störspannun gen von Seite des Meßverstärkers sowie die Feldstärke zwi schen den Kondensatorplatten minimiert. Die Meßvorrichtung ist bevorzugt einsetzbar zur Messung von elektrischen und/oder magnetischen Feldern mit einer Frequenz von 1 Hz bis 30 GHz, besonders bevorzugt 5 Hz bis 400 kHz. Die Meßvorrichtung hat insbesondere den Vorteil, daß sie als Handgerät ausgeführt werden kann, mit dem sowohl stationär als auch in Bewegung mit elektrisch leitfähigen Ableitungen gemessen werden kann, wobei die daraus resultierenden Meß fehler minimiert werden.The present invention further relates to a device for measuring electrical fields using a field sensor has at least one pair of capacitor plates, the Output voltages on the non-inverting and invertie renden input of a differential amplifier is applied where at between the two inputs of the differential amplifier a capacitor is connected. This measuring device is especially with the field sensor described above usable. The measuring device works according to the following Basic principle. An arrangement of two capacitor plates causes a chip in the electrical field at the capacitor voltage drop, which is preferably via a differential amplifier high impedance and preferably with a small input capacitance is decoupled from the mass. By a relatively high current through the capacitor the coupling of interference voltage gene on the part of the measuring amplifier and the field strength between minimized the capacitor plates. The measuring device is preferably used to measure electrical and / or magnetic fields with a frequency of 1 Hz up to 30 GHz, particularly preferably 5 Hz to 400 kHz. The Measuring device has the particular advantage that it as Handheld device can be used with both stationary as well as in motion with electrically conductive leads can be measured, the resulting measurement errors are minimized.

Ein weiteres bevorzugtes Merkmal ist die Verwendung dünner Drähte, zur Verbindung zwischen der Meßvorrichtung und dem Kondensatorplattenpaar. Dies hat den Vorteil, daß aufgrund des geringen Querschnitts der Drähte eine Feldbeeinflussung im Verhältnis zu der Plattengröße des Kondensatorplattenpaa res gering ist.Another preferred feature is the use of thinner Wires, for connection between the measuring device and the Pair of capacitor plates. This has the advantage that due to the small cross-section of the wires affects the field in relation to the plate size of the capacitor plate pair res is low.

Bevorzugt werden jeweils zwei Drähte zur Verbindung mit einem Kondensatorplattenpaar miteinander verdrillt. Dadurch werden infolge eines Stromes in den Drähten entstehende Mag netfelder gegenseitig aufgehoben und damit das resultierende Magnetfeld gering gehalten, sowie ein umgekehrter Effekt verringert.Two wires are preferred for connection to a pair of capacitor plates twisted together. Thereby as a result of a current in the wires, mag net fields canceled each other and thus the resulting Magnetic field kept low, as well as a reverse effect decreased.

Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den Feldplatten und dem Meßverstärker so groß, daß eine Beeinflussung des zu messenden elektrischen Feldes durch die Meßvorrichtung ge ring ist.Preferably, the distance between the field plates and the measuring amplifier so large that an influence on the measuring electric field by the measuring device ge ring is.

Besonders bevorzugt ist, daß die Fläche des Kondensators und des Kondensators und des Differenzverstärkers jeweils klein ist gegenüber der Fläche der Kondensatorplatten, um eine Be einflussung des zu messenden elektrischen Feldes durch die Meßvorrichtung weiter zu vermeiden. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung elektrischer und/oder magnetischer Felder wird vorzugsweise mit einer Kombination des vorste hend beschriebenen Feldsensors und der zugehörigen Meßvor richtung durchgeführt. Insbesondere können mit dem Verfahren Meßfehler, die durch die messende Person oder die elektri sche Ableitung entsprechend des Meßaufbaues in tolerierbaren Grenzen gehalten werden. Dies wird insbesondere dadurch er reicht, daß das Elektro- und Magnetfeld an einem Punkt gleichzeitig erfaßt wird. Weiterhin werden möglichst kleine Sensoren zur Vermeidung von Fehlern durch Feldinhomogenitä ten verwendet. Weiter haben möglichst kleine Sensoren den Vorteil, daß eine Mittelung bei der Messung eines elektri schen oder magnetischen Feldes vermieden wird. Darüber hin aus ist eine Annäherung an das zu vermessende Objekt mög lich.It is particularly preferred that the area of the capacitor and of the capacitor and the differential amplifier are each small is opposite the surface of the capacitor plates to a loading influence of the electric field to be measured by the Avoid measuring device further. The invention Method for measuring electrical and / or magnetic Fields are preferably made with a combination of the previous one Field sensor described and the associated Meßvor direction carried out. In particular, using the method Measurement errors caused by the measuring person or the electri cal derivative according to the measurement setup in tolerable Limits are kept. This is particularly because of it is enough that the electric and magnetic field at one point is detected at the same time. Furthermore, the smallest possible Sensors to avoid errors due to field inhomogeneity ten used. Furthermore, the smallest possible sensors have the Advantage that averaging when measuring an electri or magnetic field is avoided. Beyond that off it is possible to approach the object to be measured Lich.

Mit der Erfindung werden insbesondere durch den Einsatz von empfindlichen Sensoren die für in der EMVU geltenden Maß stäbe erfüllt.With the invention, in particular through the use of sensitive sensors for the dimension applicable in the EMVU bars met.

Die gleichzeitige dreidimensionale Erfassung von Elektro- und Magnetfeld vermeidet ferner mögliche Meßfehler bei der Suche nach dem maximalen Feld, die bei einer eindimensiona len Messung auftreten können.The simultaneous three-dimensional detection of electrical and magnetic field also avoids possible measurement errors in the Find the maximum field at a one-dimensional len measurement can occur.

Durch einen größeren Abstand zwischen der messenden Person und der Meßvorrichtung sowie durch technische Maßnahmen an der Meßvorrichtung zur Schaffung eines hochohmigen Aufbaus sowie von kleiner Kapazität zwischen Sensor und Anzeigeein heit wird die Genauigkeit der Messung insbesondere des Elek trofeldes verbessert.By a larger distance between the person measuring and the measuring device as well as technical measures the measuring device to create a high-resistance structure as well as small capacitance between sensor and display The accuracy of the measurement, especially the elec trofeldes improved.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die gleichzeitige Messung elektrischer und magnetischer Felder möglich. Bevor zugt wird beim Messen elektrischer Felder insbesondere drei dimensionaler elektrischer Felder die Meßvorrichtung von der messenden Person in der Hand gehalten. Zur Messung elektri scher und/oder magnetischer Felder wird besonders bevorzugt die Vorrichtung mit Hilfe eines kurzen Halters, beispiels weise eines Stabes vom Körper entfernt getragen. Die erfin dungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren hat den Vorteil, daß eine messende Person sich mit der Vorrichtung in einem Raum oder im Freien bei der Messung bewegen kann, wobei auch bei vorhandenen hohen statischen Feldern von mehreren kV/m des Elektrofeldes genaue Messungen möglich sind. Vorzugs weise wird dabei der Sensor ruhig und gleichmäßig bewegt, wodurch statische Felder bei der Messung nicht stören.With the inventive method is the simultaneous Measurement of electrical and magnetic fields possible. Before In particular, three are added when measuring electric fields dimensional electrical fields the measuring device from the measuring person held in hand. To measure electri shear and / or magnetic fields is particularly preferred the device with the help of a short holder, for example wise of a stick carried away from the body. The invent device according to the invention and the method has the advantage that a person measuring himself with the device in one Can move space or outdoors when measuring, too with existing high static fields of several kV / m accurate measurements of the electrical field are possible. Preferential the sensor is moved quietly and evenly, whereby static fields do not interfere with the measurement.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen An sprüchen angegeben.Further features of the invention are in the dependent An sayings.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausführungs beispielen veranschaulicht. Dabei zeigen:In the drawing, the invention is based on execution examples. Show:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines dreidimensiona len Feldsensors, mit drei Spulen und sechs Kondensa tor-Platten, Fig. 1 is a schematic representation of a dreidimensiona len field sensor, with three coils and six Kondensa tor plates,

Fig. 2 eine schematische Anordnung von sechs Kondensator platten, Fig. 2 shows a schematic arrangement of plates of six capacitor,

Fig. 3 eine Anordnung von zwölf Kondensatorplatten, und Fig. 3 shows an arrangement of twelve capacitor plates, and

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Messung elektrischer und/oder magnetischer Felder. Fig. 4 is a block diagram of a device for measuring electrical and / or magnetic fields.

Mit 1 ist in Fig. 1 ein Feldsensor bezeichnet, der drei in einanderliegende, kreisringförmige Spulen 2, 3 und 4 auf weist, von denen die Spule 2 in der X-Achse, die Spule 3 in der Y-Achse und die Spule 4 in der Z-Achse liegt. Außerhalb des durch die drei Spulen gebildeten kugelförmigen Gebildes sind sechs Kondensatorplatten 5, 15; 6, 16 und 7, 17 ange ordnet, von denen jeweils zwei parallel zueinander angeord net sind und einen Kondensator bilden. Die Kondensatorplat ten 5, 15 sind dabei der X-Achse zugeordnet, der Kondensator mit den Platten 6, 16 der Y-Achse und die Kondensatorplatten 7, 17 der Z-Achse. 1 in FIG. 1 denotes a field sensor which has three annular coils 2 , 3 and 4 lying in one another, of which the coil 2 in the X-axis, the coil 3 in the Y-axis and the coil 4 in the Z axis. Outside the spherical structure formed by the three coils, six capacitor plates 5 , 15 ; 6 , 16 and 7 , 17 are arranged, of which two are net parallel to each other and form a capacitor. The capacitor plates 5 , 15 are assigned to the X axis, the capacitor with the plates 6 , 16 of the Y axis and the capacitor plates 7 , 17 of the Z axis.

Die drei Spulen 2, 3, 4 dienen der dreidimensionalen Messung eines Magnetfeldes, während die drei Kondensatoren 5, 15; 6, 16 und 7, 17 der Messung des elektrischen Feldes dienen.The three coils 2 , 3 , 4 are used for three-dimensional measurement of a magnetic field, while the three capacitors 5 , 15 ; 6 , 16 and 7 , 17 serve to measure the electric field.

Zweckmäßigerweise sind die Kondensatorplatten so groß ausge bildet, daß sie einen nahezu geschlossenen Würfel bilden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Die Kondensatorplatten sind dabei kreisförmig ausgebildet und decken die im Inneren angeordneten Spulen 2, 3, 4 vollständig ab.Advantageously, the capacitor plates are formed so large that they form an almost closed cube, as shown in Fig. 2. The capacitor plates are circular and completely cover the coils 2 , 3 , 4 arranged on the inside.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind jeweils zwei über einander liegende Kondensatorplatten 5, 25; 6, 26, 7, 27, 15, 35; 16, 36; 17, 37 vorgesehen, die einen geringen Ab stand voneinander aufweisen. Die jeweils innere Platte 25, 26, 27, 35, 36, 37 ist an die gemeinsame Masse angeschlos sen, wobei sowohl die Masseanschlüsse als auch die An schlüsse der anderen Platten an der Plattenaußenkante lie gen, um eine Beeinträchtigung durch in den Anschlußleitungen fließende Ströme zu verhindern.In the embodiment according to FIG. 3, two capacitor plates 5 , 25 ; 6 , 26 , 7 , 27 , 15 , 35 ; 16 , 36 ; 17 , 37 are provided, which have a small distance from each other. The respective inner plate 25 , 26 , 27 , 35 , 36 , 37 is connected to the common ground, both the ground connections and the connections to the other plates lying on the outer edge of the plate, in order to be impaired by currents flowing in the connecting lines to prevent.

Die Oberflächen der Kondensatorplatten sind hochohmig be schichtet, es ist aber auch möglich, die Platten selbst aus einem Material mit hochohmiger Oberfläche herzustellen.The surfaces of the capacitor plates are high impedance layers, but it is also possible to remove the panels yourself to produce a material with a high-resistance surface.

In Fig. 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrich tung zur Messung elektrischer und magnetischer Felder als Prinzipschaltung gezeigt. Es ist schematisch ein Kondensa torplattenpaar 5, 15 zur eindimensionalen Messung eines elektrischen Feldes (E-Feld) und einer Spule 2 zur eindimen sionalen Messung eines Magnetfeldes (H-Feld) gezeigt.In Fig. 4, a preferred embodiment of a device for measuring electrical and magnetic fields is shown as a basic circuit. It is shown schematically a pair of capacitor plates 5 , 15 for one-dimensional measurement of an electric field (E field) and a coil 2 for one-dimensional measurement of a magnetic field (H field).

Die Vorrichtung 50 zur Messung eines elektrischen Feldes um faßt einen Differenzverstärker 51, dessen nicht-invertieren der Eingang mit der Kondensatorplatte 15 und dessen inver tierender Eingang mit der Kondensatorplatte 5 verbunden ist. Zwischen den Eingängen des Differenzverstärkers 51 ist ein Kondensator C1 angeschlossen. Das Kondensatorplattenpaar 5, 15 und die Meßvorrichtung 50 sind über dünne Drähte 53, 55, die vorzugsweise miteinander verdrillt sind, verbunden. Beide Eingänge des Differenzverstärkers 51 weisen eine ge ringe Eingangskapazität CStreu auf, die vorzugsweise im Be reich zwischen 0,5 pF und 1 µF gegenüber Masse beträgt. Der Eingangswiderstand beider Eingänge Rin ist hochohmig mit Masse verbunden, wobei der Widerstand vorzugsweise 1 MΩ bis 100 TΩ. Die Kapazität des Kondensators C1 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 pF bis 10 µF. Vorzugsweise ist die Kapa zität umschaltbar von beispielsweise 1 nF auf 10 nF, wobei die Empfindlichkeit für unterschiedliche Meßbereiche geän dert wird. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 51 wird von einem Gleichrichter D1 gleichgerichtet und einer Auswerteeinrichtung 60 zugeführt.The device 50 for measuring an electric field comprises a differential amplifier 51 , the non-inverting of which is connected to the input of the capacitor plate 15 and whose inverting input is connected to the capacitor plate 5 . A capacitor C1 is connected between the inputs of the differential amplifier 51 . The capacitor plate pair 5 , 15 and the measuring device 50 are connected via thin wires 53 , 55 , which are preferably twisted together. Both inputs of the differential amplifier 51 have a low input capacitance CStreu, which is preferably in the range between 0.5 pF and 1 μF relative to ground. The input resistance of both inputs Rin is connected to ground with high resistance, the resistance preferably being 1 MΩ to 100 TΩ. The capacitance of the capacitor C1 is preferably in the range from 0.5 pF to 10 μF. The capacitance is preferably switchable from, for example, 1 nF to 10 nF, the sensitivity being changed for different measuring ranges. The output signal of the differential amplifier 51 is rectified by a rectifier D1 and fed to an evaluation device 60 .

In dem gezeigten Beispiel sind die Kondensatorplatten qua dratisch und haben vorzugsweise eine Kantenlänge von 5 mm bis 300 mm. Der Abstand zwischen den Kondensatorplatten ent spricht etwa der Kantenlänge der Kondensatorplatten. Der Ab stand zwischen dem Feldsensor 1 und der Meßvorrichtung be trägt vorzugsweise 5 mm bis 1000 mm.In the example shown, the capacitor plates are square and preferably have an edge length of 5 mm to 300 mm. The distance between the capacitor plates corresponds approximately to the edge length of the capacitor plates. From stood between the field sensor 1 and the measuring device be preferably 5 mm to 1000 mm.

Bei Verwendung des Feldsensors, wie er in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, wird jeweils ein Kondensatorplattenpaar mit einer zugehörigen Meßvorrichtung 50 verbunden. Auf diese Weise ist eine gleichzeitige dreidimensionale Erfassung des elektrischen Feldes möglich.When using the field sensor, as shown in FIGS. 1 to 3, a pair of capacitor plates is connected to an associated measuring device 50 . In this way, a simultaneous three-dimensional detection of the electric field is possible.

In dem gezeigten Beispiel bestehen die Kondensatorplatten aus einem hochohmigen Material wie Leiterplattenmaterial, FR4, Pertinax oder dgl. Auf der nach außen weisenden Konden satorplatte ist jeweils eine leitfähige Schicht, z. B. aus Graphit aufgebracht. Die Verbindung der Drähte mit der zuge hörigen Kondensatorplatte wird mit einem Leitlack bewirkt.In the example shown, the capacitor plates are made from a high-resistance material such as circuit board material, FR4, Pertinax or the like. On the outward facing condensate satorplatte is in each case a conductive layer, for. B. from Graphite applied. The connection of the wires with the drawn condenser plate is caused with a conductive varnish.

In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) wird ein Würfel aus Kunststoff spritzgegossen, wobei jede der sechs Flächen eine Kondensatorplatte bildet. Dieser spritzgegossene Würfel ist hohl und beispielsweise als Box mit einem verschwenkbar angelenkten Deckel ausgebildet. In diese Box wird eine Anordnung aus drei zueinander senkrecht angeordneten Spulen 2, 3 und 4 (siehe Fig. 1, 2 und 3) eingesetzt. Vorzugsweise werden die Spulen mit den Kondensa torplatten durch Verkleben aneinander befestigt.In an alternative embodiment (not shown), a plastic cube is injection molded, with each of the six surfaces forming a capacitor plate. This injection-molded cube is hollow and is designed, for example, as a box with a hinged lid. An arrangement of three coils 2 , 3 and 4 (see FIGS. 1, 2 and 3) arranged perpendicular to one another is inserted into this box. Preferably, the coils with the capacitor gate plates are attached to each other by gluing.

In Fig. 4 ist weiter eine Prinzipschaltung einer Vorrichtung zur Messung des magnetischen Feldes gezeigt, die einen mit einer Spule 2 verbundenen Integrator 40 aufweist. Der Inte grator 40 besteht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Kondensator C2, der an Masse angeschlossen ist und einer Diode D2, die beide mit einem Ende der Spule 2 verbun den sind. Das andere Ende der Spule 2 ist an Masse ange schlossen. In dem gezeigten Beispiel hat die Spule eine ringförmige bzw. zylinderförmige Wicklung aus Drähten, wobei die Anzahl der Windungen zwischen 1 bis 50 000 beträgt. Der Durchmesser der Spule ist in dem gezeigten Beispiel etwa 30 mm entsprechend der bevorzugten Kantenlänge der Kon densatorplatten 5, 15. FIG. 4 also shows a basic circuit of a device for measuring the magnetic field, which has an integrator 40 connected to a coil 2 . The integrator 40 consists in the embodiment shown of a capacitor C2, which is connected to ground and a diode D2, both of which are connected to one end of the coil 2 . The other end of the coil 2 is connected to ground. In the example shown, the coil has an annular or cylindrical winding of wires, the number of turns being between 1 and 50,000. The diameter of the coil in the example shown is approximately 30 mm corresponding to the preferred edge length of the capacitor plates 5 , 15 .

Die Meßvorrichtung weist ferner eine Auswerteeinrichtung 60 auf, an die das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 51 und das Ausgangssignal des Integrators 40 angelegt wird. Von der Auswerteeinrichtung 60 werden die Ausgangssignale bear beitet und skaliert an eine Anzeige 70 ausgegeben. Die An zeige umfaßt vorzugsweise eine Balkendarstellung und gibt zusätzlich einen digitalen Zahlenwert aus. Die Anzeige weist ferner eine zuschaltbare akustische Anzeige auf, die vor zugsweise abhängig von der Stärke des Signals die Frequenz und/oder Lautstärke verändert, die einen Startwert und einen Endwert in einen entsprechenden Ton umsetzt. Dabei wird gleichzeitig eine parallele Auswertung der beiden Meßwerte vorgenommen.The measuring device also has an evaluation device 60 , to which the output signal of the differential amplifier 51 and the output signal of the integrator 40 are applied. The output signals are processed and output to a display 70 by the evaluation device 60 . The display preferably includes a bar display and additionally outputs a digital numerical value. The display also has a switchable acoustic display which, depending on the strength of the signal, changes the frequency and / or volume, which converts a start value and an end value into a corresponding tone. At the same time, the two measured values are evaluated in parallel.

Bei einer dreidimensionalen Messung eines elektrischen Fel des werden die Signale von den drei Kondensatorplattenpaaren 5, 15, 6, 16 und 7, 17 von drei Meßvorrichtungen 50 und die Signale der Spulen 2, 3, 4 von drei Meßvorrichtungen 40 er faßt und an die Auswerteeinrichtung 60 angelegt. Die Auswer teeinrichtung umfaßt Analog/Digitalwandler, und einen Mikro prozessor, der die digitalen Signale weiter verarbeitet. Vorzugsweise werden die Ausgangssignale quadriert, an schließend die Summe der Quadrate gebildet und dann die Qua dratwurzel der Summe berechnet. Außerdem erfolgt eine Ska lierung. Das so ermittelte Ergebnis wird an die Anzeige 70 geliefert.In a three-dimensional measurement of an electrical field, the signals from the three pairs of capacitor plates 5 , 15 , 6 , 16 and 7 , 17 from three measuring devices 50 and the signals from the coils 2 , 3 , 4 from three measuring devices 40 are recorded and sent to the evaluation device 60 created. The Auswer teeinrichtung includes analog / digital converter, and a micro processor, which further processes the digital signals. The output signals are preferably squared, then the sum of the squares is formed, and then the square root of the sum is calculated. There is also a scaling. The result determined in this way is supplied to the display 70 .

Ferner kann das Meßgerät über Lichtwellenleiter potentialfrei an ein entfernt angeordnetes Auswertegerät angeschlossen werden. Dabei ist das Meßgerät vorzugsweise fernbedienbar. Hiermit wird insbesondere eine vollständig potentialfreie Messung erreicht und Messungen ermöglicht bei vorhandenen hohen elektrischen oder magnetischen Feldern, ohne die messende Person diesen Feldern auszusetzen.Furthermore, the measuring device can be connected via optical fibers potential-free to a remote evaluation device be connected. The measuring device is preferred remotely controllable. This is particularly a complete potential-free measurement achieved and measurements made possible at existing high electrical or magnetic fields, without exposing the measuring person to these fields.

Claims

1. Field sensor ( 1 ) with devices for measuring a magnetic field and an electrical field, characterized in that at least six capacitor plates ( 5 , 6 , 7 , 15 , 16 , 17 , 25 , 26 , 27 , 35 , 36 , 37 ) are provided, which are arranged cube-shaped, and that in the space thus formed, the device for measuring the magnetic field is provided, which is three-dimensionally oriented and for example consists of coils ( 2 , 3 , 4 ), Hall effect sensors, field plates or the like be.

2. Field sensor according to claim 1, characterized in that three ring or cylindrical wound coils ( 2 , 3 , 4 ) are provided, which are each arranged in the X, Y and Z axes, and that the coils of the Kon capacitor plates ( 5 , 6 , 7 , 15 , 16 , 17 , 25 , 26 , 27 , 35 , 36 , 37 ) are surrounded, two of which are arranged parallel to each other.

3. Field sensor according to claim 2, characterized in that the coils ( 2 , 3 , 4 ) are arranged in a ring with almost the same diameter one inside the other.

4. Field sensor according to claim 2 or 3, characterized net that one coil each a pair of capacitor plates is assigned, which is parallel to the respective coil half of the coil arrangement are provided.

5. Field sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitor plates ( 5 to 37 ) are provided with a high-resistance coating.

6. Field sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the capacitor plates ( 5 to 37 ) consist of a high-resistance material.

7. Field sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitor plates ( 5 to 37 ) are arranged twice, the inner plate ( 25 to 37 ) in each case being electrically connected to a common sensor connection.

8. Field sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical connections to the capacitor plates ( 5 to 37 ) are hen vorgese on the edge thereof.

9. Device for measuring electrical fields, characterized by

a) a field sensor ( 1 ) with at least one pair of capacitor plates ( 5 to 37 ) in particular according to one of claims 1 to 8 and
b) a measuring device ( 50 ) with a differential amplifier ( 51 ), with a non-inverting and an inverting input, one capacitor plate ( 5 to 37 ) with the non-inverting and the other capacitor plate ( 5 to 37 ) with the inverse ting input is connected, and
a capacitor (C1) with a connection to the non-inverting input and the other to the inverting input of the differential amplifier ( 51 ) is connected.

10. The apparatus of claim 9, wherein the differential amplifier ker ( 51 ) is decoupled from its non-inverting and the inverting input with a small input capacitance to ground, the input capacitance (CStreu) preferably being the same for both inputs.

11. The device according to claim 10, wherein the input capacitance (CStreu) of the inputs of the differential amplifier ( 51 ) is between 0.5 pF and 1 µF.

12. Device according to one of claims 9 to 11, wherein the non-inverting input and the inverting input of the differential amplifier ( 51 ) are connected to ground via a high ohmic resistance (Rin), the resistance preferably being 1 MΩ to 100 TΩ .

13. The device according to one of claims 9 to 12, wherein the Capacitance of the capacitor (C1) in the range of 0.5 pF is up to 10 µF, preferably switchable between two values, preferably from 180 pF to 1.8 nF.

14. The device according to one of claims 1 to 13, wherein the capacitor plates ( 5 to 37 ) are arranged parallel to each other and are preferably the same size.

15. The apparatus of claim 1 to 14, wherein the capacitor plates ( 5 to 37 ) are square and preferably have an edge length of 5 mm to 300 mm.

16. The apparatus of claim 15, wherein a distance between the two capacitor plates ( 5 to 37 ) is substantially equal to the edge length of the capacitor plates.

17. The device according to one of claims 9 to 16, wherein each of the capacitor plate pair with the differential amplifier ( 51 ) via thin wires ( 53 , 55 ) are connected, which are preferably twisted together and preferably wire pairs are guided spaced apart.

18. Device according to one of claims 9 to 17, wherein the distance between the field sensor ( 1 ) and the differential amplifier is between 5 mm and 1000 mm.

19. Device according to one of claims 9 to 18, wherein the area of the differential amplifier ( 51 ) and / or the capacitor (C1) is smaller than the area of a capacitor plate.

20. Device for three-dimensional measurement of electrical Fields characterized by three devices after one of claims 9 to 19, wherein a first condenser pair of electric plates in the X direction second capacitor plate pair the electric field in Y direction and a third pair of capacitor plates electric field detected in the Z direction.

21. The apparatus of claim 20, wherein the capacitor plate ten are square and the distance between each two edges of capacitor plates from neighboring Plate pairs 0.1 mm to 50 mm, preferably 1 mm wearing.

22. The device according to one of claims 1 to 21, wherein the Capacitor plates made of a plastic, preferably a circuit board material such as FR4, Pertinax, or the like. exist and on one side, each of the opposite overlying capacitor plate of a pair of plates with a conductive layer such as graphite layer is provided.

23. The device according to any one of claims 17 to 22, wherein each wire with an associated capacitor plate a conductive lacquer preferably in the area of an edge is clocked.

24. The device according to one of claims 1 to 23, wherein a Cubes are preferably injection molded from plastic such as PU with each of the six faces of the cube being a con forms the capacitor plate.

25. The apparatus of claim 24, wherein the injection molded Is hollow and preferably a box with one Lid forms, preferably along a cube edge is articulated.

26. Device for measuring electrical and magnetic fields characterized by a field sensor ( 1 ) in particular according to one of claims 1 to 8 and a device for measuring electrical fields according to one of claims 9 to 25, characterized by at least one integrator ( 40 ), which is connected to a coil ( 2 , 3 , 4 ).

27. The apparatus of claim 26, wherein the integrator ( 40 ) comprises a capacitor (C2) connected to a terminal of a coil ( 2 , 3 , 4 ) which is connected to ground and is connected to a rectifier (D2) which is a Output signal delivers.

28. Device according to one of claims 9 to 27, wherein an output signal of a measuring device ( 50 ) and / or an integrator ( 40 ) is delivered to an evaluation device ( 60 ), the result of which is shown on an optical and / or acoustic display ( 70 ). is fed.

29. The apparatus of claim 28, wherein the Auswerteinrich device ( 60 ) in a three-dimensional measurement of an electric field, the output signals from each of three differential amplifiers ( 51 ) first squared, then summed up the squares and finally forms the square root of the sum and on the display ( 70 ) delivers and / or for a three-dimensional measurement of a magnetic field, the output signals from three integrators ( 40 ) are first squared, then the squares are summed and finally form the square root of the sum and are supplied to the display ( 70 ).

30. The device according to one of claims 1 to 29, wherein several coils preferably by gluing together are connected and the capacitor plates with the ever Weil associated coil connected to it by gluing will.

31. The device according to any one of claims 1 to 30, wherein the Space in the area of the coils and in the area between the Capacitor plates with a plastic foam, such as Po lyurethane, polystyrene or the like. At least partially is filled out.

32. Methods for measuring electrical and / or magnetic Fields in particular with a device according to one of the Claims 1 to 31.

33. The method according to claim 32, characterized in that the device for measuring electrical fields, esp especially for three-dimensional measurement during the measurement solution is held in the hand of a measuring person.

34. The method according to claim 32 or 33, characterized in net that for measuring electrical and / or magnetic Field the device using a short holder from is held by a measuring person.

35. Method of measuring electric fields, preferably in the low-frequency range, characterized by long sames and quiet operation of the device, with Meßfeh who is minimized by static electrical fields the other than by movements of the device Alternating fields can be detected.