DE2318232A1 - Elektromagnetische feldmessvorrichtung - Google Patents

Description

• Blektromagnetische Feldmeßvorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf elektromagnetische Feldmeßvorrichtungen und betrifft insbesondere ein tragbares Peldmeßgerät zur Messung komplizierter elektromagnetischer Felder, die eine Gefahrenquelle darstellen können.
• Die Feststellung und Messung von gefährlicher elektromagnetischer Strahlung, die eine biologische Gefahr darstellen kann, hat mit zunehmender Verbreitung von elektronischen Geräten wie Mikrowellenöfen und Systemen wie Rundfunksendern, Flughafen-Radaranlagen und dgl. immer größere Bedeutung erlangt. Derartige elektromagnetische Strahlung liegt gewöhnlich in vergleichsweise komplizierter elektromagnetischer Feldverteilung mit unbekannter Polarisation, als Mehrweg-Interferenzkomponenten und reaktive Nahfeld-Komponenten vor. Infolge der komplizierten Verteilung des Felds haben sich genaue Messungen seiner Intensität als schwierig erwiesen, weshalb auch die bekannten Meßgeräte zwangsläufig kompliziert aufgebaut und schwierig zu handhaben und zu warten sind, insbesondere durch vergleichsweise ungeschultes Personal.
• Es besteht also ein Bedarf für eine elektromagnetische Feldmeßvorrichtung, welche eine lang angestrebte Lösung des Problems der schnellen und genauen quantitativen Bestimmung gefährlicher elektromagnetischer Strahlungen mit komplizierten Feldeigenschaften bietet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Meßvorrichtung zu schaffen, mit der sich insbesondere unabhängig von der körperlichen bzw. räumlichen Anordnung des Meßgeräts im elektromagnetischen Feld dessen Stärke genau messen läßt.
• Diese Vorrichtung soll tragbar sein und sich einfach und leicht genau bedienen lassen.
• Diese Aufgabe wird bei einer elektromagnetischen Feldmeßvorrichtung erfindungsgemäß gelöst durch einen Satz von drei orthogonal mit praktisch gemeinsamem Zentrum zueinander angeordneten Empfangs-Antennen, die in ein zu messendes Feld einsetzbar sind, wobei jede Antenne unabhängig auf eine einzige, entsprechende, orthogonale Komponente des Felds anspricht, je eine mit jeder Antenne verbundene Meßeinrichtung mit zugeordneter Übertragungseinrichtung zur Abnahme eines Antennen-Signals, ohne das eingeprägte Feld oder die elektrischen Eigenschaften des Antennensatzes zu stören, und eine Verarbeitungseinrichtung zur Bildung eines zusammengesetzten, den Quadraten der induzierten Antennenspannungen proportionalen Signals, das ein Anzeige-Meßgerät steuert. Jede der drei Antennen dient dabei zur voneinander unabhängigen Messung von drei orthogonalen Komponenten des zu messenden, ungestörten elektromagnetischen Felds, so daß die Vorrichtung auf ein elektromagnetisches Feld in einer Weise anspricht, die sowohl von der lokalen Polarisation als auch von der lokalen Konfiguration des Felds unabhängig ist.
• Diese neuartige Feldmeßvorrichtung weist eine Sonde auf, die nur eine minimale Streuung des elektromagnetischen Felds hervorruft. Dieses Merkmal der Erfindung ermöglicht die Messung von Feldstärken auch an einer dicht an der Strahlenquelle gelegenen Stelle, ohne das aufgeprägte oder einfallende Feld selbst zu stören. Diese Feldmeßvorrichtung zeigt ein Ansprechverhalten, das im wesentlichen unabhängig sowohl von der lokalen Polarisation des zu messenden Felds als auch von dessen lokaler Konfiguration ist, und weist einen vergleichsweise breiten dynamischen Bereich auf. Die Vorrichtung läßt sich ohne weiteres einschließlich der Stromversorgung als tragbares Meßgerät auslegen. Sie ist betriebsstabil, gesichert gegen Durchbrennen, robust und leicht herstellbar.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jede der drei vorhandenen Antennen als Dipol- oder Rahmenantenne ausgelegt. Elektrische Dipolantennen werden für die Messung von elektrischen Feldern bevorzugt, während sich zu einander orthogonale Rahmenantennenkonstruktionen als für die Messung des Magnetfeldanteils der elektromagnetischen Strahlung vorteilhaft erwiesen haben.
• Die vom orthogonalen Antennensatz erzeugten Signale werden dann durch jeder Antenne zugeordnete Meßeinrichtungen gemessen bzw. festgestellt, die jeweils ein Meßsignal daraus bilden. Das Meßsignal wird sodann vom Antennensatz an eine Verarbeitungsstation überführt, in welcher die Signale kombiniert oder zur Erzeugung einer Anzeige der Feldstärke oder -intensität benutzt werden.
• Es ist - wie erwähnt - wichtig, daß das Verfahren und die Vorrichtung, mit denen die Antennensignale erfasst und verarbeitet werden, so ausgelegt sind, daß das zu messende Feld nicht wesentlich gestört wird oder die wesentlichen Eigenschaften der Antennen selbst nicht nennenswert beeinträchtigt werden. Zu diesem Zweck ist bei einer Ausführungsform der Erfindung die Anordnung einer Detektoreinrichtung, etwa mit Dioden, vorgesehen, die im wesentlichen im gemeinsamen Zentrum des Antennensatzes und - falls Dipolantennen verwendet werden - in dem durch die Dipolschenkel festgelegten Zwischenraum oder Spalt angeordnet ist. Auf diese Weise besitzt das über jede Diode erzeugte Signal eine Gleichstromkomponente, welche mit der Größe des von jeder einzelnen Antenne empfangenen Felds in Beziehung steht. Das Gleichstromsignal wird vom Antennensatz über eine an jede Diode angekoppelte hochohmige Ubertragungsleitung abgeführt.
• In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß übliche Drähte bzw. Leitungen mit vergleichsweise niedrigem Widerstand nicht als Übertragungsleitungen für die erfindungsgemäße Vorrichtung benutzt werden können, da diese Leitungen das zu messende elektrische Feld erheblich stören und die wesentlichen elektrischen Eigenschaften des Antennensatzes beträchtlich verändern würden. Dieses spezielle Rückübertragungs- oder Signalabnahmeproblem tritt nur bei Verwendung von drei zueinander orthogonalen Antennen auf, wie sie erfindungsgemäß vorgesehen sind, da es bei Feldsensoren mit nur zwei orthogonalen Antennen einfach ist, die Signale mittels herkömmlicher, niederohmiger Leitungen, die längs der dritten orthogonalen Achse angeordnet sind, abzunehmen. Für die Verwendung bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung lassen sich jedoch geeignete hochohmige Leitungen aus Werkstoffen mit niedrigem spezifischem Widerstand, beispielsweise als schmale Streifen aus aufgedampften dünnen Aluminium- oder Goldfilmen mit hohem Widerstand pro Längeneinheit herstellen.
• Die erfassten Signale werden vorzugsweise in einem nichtlinearen Summierverstärker zu einem Signal kombiniert, welches der Summe der Quadrate der orthogonalen Komponenten des elektrischen oder magnetischen Felds längs der Achsen der drei betreffenden orthogonalen Antennen proportional ist. Dieses kombinierte Signal wird dann zu einer Anzeige entweder der elektrischen bzw. magnetischen volumetrischen Energiedichte oder der hermitschen Größe des elektrischen bzw. magnetischen Felds weiterverarbeitet. Wenn das betreffende Feld lokal ein sich im wesentlichen in einer einzigen Ebene ausbreitendes Wellenfeld ist, kann das kombinierte Signal zudem zur Anzeige der Leistungsdichte dieses Felds benutzt werden.
• Der in der Beschreibung benutzte Ausdruck Antenne bezieht sich auf eine elektrische Dipolantenne, eine Rahmenantenne -häufig als Magnetdipolantenne bezeichnet - oder auf eine beliebige andere Antenne mit den folgenden wichtigen und erforderlichen Eigenschaften: 1. Mit einem Ansprechverhalten, das im wesentlichen durch nur eine Richtungskomponente des aufgeprägten elektrischen (oder magnetischen) Felds bestimmt ist; 2. mit der Möglichkeit, zwei gleichartige Antennen in einem orthogonalen Schema anzuordnen, so daß alle drei Antennen praktisch ein gemeinsames Zentrum besitzen; 3. bei einer orthogonalen Anordnung der eben beschriebenen Art muß das Ansprechen der Einzel-Antenne auf das eingeprägte Feld durch die beiden anderen Antennen im wesentlichen unbeeinflußt bleiben.
• Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Meßsonde einer Vorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung, wobei diese Sonde aus einem Satz von drei orthogonal zueinander angeordneten Antennen mit einem praktisch gemeinsamen Zentrum besteht, Fig. 2 eine der Übersichtlichkeit halber teilweise weggebrochene schematische Darstellung zur Veranschaulichung der bevorzugten Konstruktion jeder der z.B.
• im orthogonalen Antennensatz verwendeten Dipolantennen, wobei in dieser Figur außerdem die Anwendung und Anordnung der Meßeinrichtung und der Ubertragungsleitung von der Antenne zu einer Verarbeitungsstelle dargestellt sind, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung unter Verwendung von Thermokreuz- bzw. Thermokoppel-oder von allgemeinen Thermoelementen zur Erzeugung eines kombinierten Signals von jeder der drei zueinander orthogonalen Antennen der Sonde, Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiter abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung mit über die Antennen geschalteten lichterzeugenden Dioden in Verbindung mit einem lichtempfindlichen Spannungsgenerator zur Erzeugung der Antennensignale und Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild des gesamten Systems mit den Merkmalen gemäß der Erfindung, welches speziell die zur Verwendung dabei vorgesehene Signalverarbeitungseinrichtung zeigt.
• In Fig. 1 ist die Gesamtkonstruktion einer Meßsonde mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt. Erfindungsgemäß besitzen diese Feldsensoren vorzugsweise die Form eines Satzes aus drei zueinander orthogonalen Antennen, beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, in Form von Dipolen 10, 12 und 14, die mit einem praktisch gemeinsamen Zentrum 16 angeordnet sind. In bevorzugter Ausführungsform besitzen die einzelnen Dipolantennen 10, 12 und 14 kleine elektrische Abmessungen und praktisch jeweils gleiche Länge. Hierbei spricht jede Dipolantenne des Satzes auf das eingeprägte elektromagnetische Feld in einer Weise an, die - wie noch näher erläutert werden wird - von den beiden anderen Dipolen unabhängig ist.
• Die über dem mittleren Spalt zwischen den beiden Schenkeln jedes Dipols 10, 12 und 14 induzierte Gesamtspannung entspricht jeweils phasenbezogen der Summe der durch das eingeprägte elektromagnetische Feld induzierten Spannung zumöglich der durch die in den beiden anderen Dipolen des Satzes fließenden Gesamt ströme induzierten Spannungen.
• In diesem Zusammenhang sei ein beliebiges differentielles Element des Stroms 18 betrachtet, das in einem Schenkel einer der Dipole, etwa der Antenne 10, induziert wird.
• Wegen der Symmetrie der beiden anderen Dipole 12 und 14 gegenüber diesem willkürlich gewählten Stromelement induziert dieses eine symmetrische Potentialverteilung in diesen Dipolen. Eine beliebige Stromverteilung an einem der Dipole kann also kein unabgeglichenes Potential über die Mitten-Abstandsspalten der beiden anderen Dipole induzieren.
• Die induzierten Gesamt spannungen über die Dipole sind dann diejenigen Spannungen, die durch das aufgeprägte Feld an jedem Dipol erzeugt werden würden, wenn jeder Dipol einzeln und mit der gleichen Ausrichtung im Feld angeordnet wäre.
• Auch wenn die Dipole das aufgeprägte Feld stören, messen sie offensichtlich immer noch dieses gestörte Feld ohne jede gegenseitige Wechselwirkung. Die Störung des Felds ist jedoch bei allen drei Dipolen anders als bei nur einem Dipol. Weiterhin ist zu beachten, daß dann, wenn gleich große Impedanzen symmetrisch zwischen den Schenkeln jedes Dipols 10, 12 und 14 angeordnet werden, die Dipole weiterhin unabhängig voneinander wirken. Außerdem brauchen die Dipole nicht notwendigerweise elektrisch kurz zu sein. Es ist lediglich erforderlich, daß die Dipole dünn sind, so daß die induzierten Ströme praktisch nur in Längsrichtung fließen.
• Im folgenden sei nunmehr angenommen, daß die Dipole 10, 12 und 14 des Sensors so kurz sind, daß die Auslenkung der elektrischen Komponente eines interessierenden Felds im Vergleich zur Dipollänge klein ist. Sodann werden die über die Mittelspalte der Dipole induzierten Spannungsamplituden durch folgende Gleichungen bestimmt: VX = LEX, VY = LEx, VZ= LEZ (1) Dann sind mit L die Effektivlänge der Dipole und mit Ex, EY, EZ die Amplituden der elektrischen Feldkomponentenvektoren über die Länge der betreffenden Dipole 14, 12 bzw.
• 10 hinweg bezeichnet. bei Anwendung von mittleren Quadratwurzelwerten wird die elektrische Energiedichte UE für jedes Feld im Raum durch die Gleichung bestimmt. Wenn das Feld eine lokale ebene Welle ist, wird die Leistungsdichte S für willkürlich polarisierte ebene Wellen durch die Gleichung bestimmt. Sodann kann die effektive Feldstärke bzw. die hermitsche Größe Ee =(EX2 + EY2 + EZ2)1/2 festgelegt werden.
• Gleichung (2) kann dann zu und Gleichung (3) kann zu umgeschrieben werden.
• Bei Mikrowellenfrequenzen beispielsweise ist es schwierig, die induzierten Spannungen eines Dipols genau zu bestimmen.
• Dies ist jedoch nicht erforderlich, da die Sonde geeicht werden kann. Es ist nur nötig, von den Dipolen Signale oder kombinierte Signale abzunehmen, die verarbeitet werden können, um ein Signal zu liefern, welches - je nach den gewünschten Einheiten der endgültigen Anzeige - dem Wert (VX2 + VY2 + VZ2)1/2 oder dem Wert (VX2 + VY2 + VZ2) proportional ist.
• Die an jedem Dipol 10, 12 und 14 induzierten Spannungen werden dann durch eine allgemein bei 20 angedeutete und vorzugsweise im gemeinsamen Zentrum 16 des Antennensatzes angeordnete Meßeinrichtung gemessen oder festgestellt, wobei dieses gemessene Signal vom Antennensatz zu einer entfernten Signalverarbeitungsstelle abgeleitet wird, und zwar z.B. - wie noch näher erläutert werden wird - über eine allgemein bei 22 angedeutete hochohmige Übertragungsleitung.
• Fig. 2 zeigt die genaue Konstruktion einer beispielhaften Dipolantenne des Antennensatzes gemäß Fig. 1. Zum Zwecke der Erläuterung sei angenommen, daß es sich beim dargestellten Dipol um die Antenne 10 des Satzes gemäß Fig. 1 handelt. Der Dipol besteht vorzugsweise aus zwei hohlen metallenen Schenkeln 24 und 26. Die vorgesehene Meßeinrichtung ist vorzugsweise eine zwischen die beiden Schenkel 24 und 26 des Dipols eingefügte Diode 28, und ähnliche Dioden 28 sind zwischen den Schenkeln der anderen Antennen des Antennensatzes vorgesehen. Die genannten, gemessenen Spannungen werden mittels dieser Dioden 28 erhalten, welche im wesentlichen das von der Dipolantenne 10 gelieferte Hochfrequenzsignal gleichrichten und eine Gleichstromkomponente liefern, welche zu der Feldintensitätsgröße der Feldkomponente der einfallenden, parallel zur Antenne 10 liegenden Welle in Beziehung steht. Dieses so erhaltene, Gleichstromsignal wird bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung über eine hochohmige Übertragungsleitung 22 zur entfernten Signalverarbeitungsstelle übermittelt, wobei diese Ubertragungsleitung 22 zwei parallel laufende Leiter 30 und 32 aufweist, die an Zuleitungen 34 bzw. 36 der Dioden-Meßeinrichtung angeschlossen sind.
• In räumlich konstruktiver Hinsicht ist die Anordnung der beiden Schenkel 24 und 26 der Dipolantenne 10 so getroffen, daß die Zuleitungen 34 und 36 der Diode 28 und die Einzelleiter 30 und 32 der Übertragungsleitung 22 fest verbunden und elektrisch gekoppelt sind. Die Enden der Leiter 30 und 32 der Ubertragungsleitung und die Zuleitungen 34 und 36 der Diode sind daher innerhalb des betreffenden hohlen Schenkels des Dipols 10 angeordnet, wobei das Innere jedes Schenkels mit einem elektrisch leitfähigen Klebmittel 38 gefüllt ist.
• Wie eingangs erwähnt, stellt die Art und Weise, auf welche die von der Meßeinrichtung bzw. den Dioden 28 erzeugten Signale vom Antennensatz abgenommen werden, ein wichtiges Merkmal der Erfindung dar. Hierbei ist es nicht möglich, übliche Leitungsdrähte als Leiter 30 und 32 der Übertragungsleitung 22 zu verwenden, da diese Drähte das zu messende elektrische Feld beträchtlich stören oder die wesentlichen Eigenschaften des Antennensatzes selbst erheblich beeinträchtigen würden. Aus diesem Grund ist erfindungegemäß die Verwendung von hochohmigen Leitern 30 und 32 für die ftbertragungsleitung 22 vorgesehen, die in bevorzugter Ausführungsform aus Kohleleitern, oder genauer gesagt, aus einem Gemisch aus Kohle und Teflon (Polytetrafluoräthylen) bestehen. Die Einzelleiter 30 und 32 sind dabei zudem von einem in Fig. 1 allgemein mit 40 angedeuteten Film aus einem nichtleitenden Material umhüllt oder bedeckt.
• Die an jede Antenne des Satzes angekoppelten Leiter 30 und 32 der Übertragungsleitung 22 sind weiterhin auf spezielle Weise gebündelt und herausgeführt. Genauer gesagt, sind die drei in Verbindung mit den drei Antennen des Satzes verwendeten Übertragungsleitungen zu einem Bündel bzw. Kabel zusammengefaßt und dann unter gleich großen Winkeln von jedem Dipol des Satzes weggeführt, so daß jegliche Wechselwirkung zwischen den Übertragungsleitungen und den Dipolantennen auf ein Mindestmaß herabgesetzt und ausgeglichen wird. Dies läßt sich folgendermaßen erläutern: Man denke sich einen Würfel, dessen Mittelpunkt am Zentrum des Dipolsatzes gemäß Fig. 1 liegt, wobei sich jeder Dipolschenkel senkrecht durch eine Fläche des Würfels erstreckt, so verläuft das Bündel der Übertragungsleitungen durch eine Ecke des Würfels.
• In Fig. 5 ist eine erfindungsgemäße Signalverarbeitungseinrichtung dargestellt, bei welcher die durch die drei Dipole 10, 12 und 14 erzeugten und durch die Diodendetektoren 28 festgestellten Signale auf vorher beschriebene Weise über die für jede Antenne vorgesehene hochohmige Übertragungsleitung 22 abgenommen werden. Dabei ist zu beachten, daß der hohe Widerstand und die verteilte Kapazität 41 der Ubertragungsleitungen 22 weiterhin zweckmäßige Filter für die gleichgerichteten, von den Antennen abgenommenen Hochfrequenzsignale bilden.
• Die gleichgerichteten und gefilterten Signale von den Antennen 10, 12 und 14 werden Pufferverstärkern 42, 44 bzw. 46 eingespeist, deren Ausgangssignale dann einem nicht-linearen Summierverstärker 48 eingegeben werden. Die verschiedenen Signale werden im Verstärker 48 geformt und summiert und erscheinen auf einer Leitung 50 als kombiniertes Ausgangssignal, dessen Amplitude der Summe der Quadrate der Amplituden der elektrischen Feldkomponenten parallel zu den Dipolantennen 10, 12, 14 proportional ist. Das auf der Leitung 50 erscheinende Ausgangssignal vom Verstärker 48 wird dann einem Anzeige-Meßgerät 52 eingespeist, welches z.B. auf die Amplitude des kombinierten Signals anspricht und eine Anzeige der elektrischen Feldenergiedichte liefert.
• Es ist jedoch zu beachten, daß im Pall von elektrischen Feldern bestimmter Stärke das funktionelle Verhältnis zwischen den durch die Antennen erzeugten Hochfrequenzsignal-Amplituden und den festgestellten, von den Dioden gemessenen Signalen im wesentlichen einem quadratischen Verhältnis entspricht, bei welchem die Gleichstromkomponente des gleichgerichteten Hochfrequenzsignals dem Quadrat der Amplitude des in jeder Antenne induzierten Hochfrequenzsignals proportional ist. In diesem Fall können die Gleichstromsignale von den drei Dioden, die jeweils bei den Antennen 10, 12, 14 des Antennensatzes vorgesehen sind, am oder nahe dem Zentrum 16 der Antennen unmittelbar summiert werden. Trotzdem kann es zweckmäßig oder wünschenswert sein, diese drei Signale vor der Summation getrennt vom Antennensatz abzuführen, auch wenn sie sich, wie erwähnt, ohne weiteres am oder nahe dem Zentrum des Antennensatzes kombinieren lassen würden.
• Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß noch andere konstruktive Anordnungen zur Gewinnung eines kombinierten meßbaren Signals mit den erwähnten Eigenschaften angewandt werden können. Beispielsweise könnten gemäß Fig. 3 drei quadrierend wirkende Thermokoppelelemente 54 in einer Reihenschaltung zusammengeschaltet und einzeln über jede Antenne des Satzes geschaltet und im eigentlichen Zentrum 16 der Antenne angeordnet werden. Jedes'der von den Dipolantennen 10, 12 und 14 erzeugten Signale würde dann auf die dargestellte Weise an das betreffende Thermokoppelelement 54 angelegt werden, und das Ausgangssignal der Reihenschaltung der Thermokoppelelemente ergibt dann das kombinierte gewünschte Meßsignal. Dieses Ausgangssignal kann über eine Übertragungsleitung 22 etwa der vorstehend beschriebenen Konstruktion zu einem Meßgerät oder einem Verstärker abgeführt werden.
• In Fig. 4 ist eine andere Abwandlung dargestellt, bei welcher drei lichtemittierende Dioden 56 anstelle der Gleichrichter-Dioden 28 am gemeinsamen Zentrum 16 des Antennensatzes angeordnet sind. Jedes auf den Antennen 10, t2 und 14 erzeugte Signal wird über die betreffende Diode 56 gewonnen, wobei das von jeder Diode ausgestrahlte Licht auf einen oder mehrere Lichtdetektoren 58 fällt, deren Ausgangssignal das kombinierte Meßsignal darstellt, das über die Übertragungsleitung 22 zu einem Verstärker oder einem Meßgerät geleitet wird. Das von den Dioden erzeugte Licht könnte auch durch Ankopplung über lichtleitende Fasern oder eine Einzelfaser, welche das zu messende Feld praktisch nicht stört, zu einem oder mehreren entfernt angeordneten Lichtdetektoren 58 übertragen werden, wobei die Faser(n) dann die Übertragungsleitung bildet (bilden).
• Nach Kenntnis der Erfindung sind dem Fachmann auf diesem Gebiet zahlreiche andere Anordnungen der Meß- und Übertragungseinrichtung möglich. Beispielsweise könnten als Meßeinrichtung Thermistoren, Eisenwasserstoffwiderstände, Ionenröhren, Golay-Zellen und ähnliche Einrichtungen zweckmäßiger Konstruktion dienen, während Rohre zur Übertragung des durch eine Golay-Zelle erzeugten Gasdrucks, elektromagnetische Übertragungen auf zweckmäßiger Frequenz, Infrarotstrahlung und dgl. als Ubertragungshilfsmittel dienen können. Sowohl die bevorzugte und die beschriebenen abgewandelten Ausführungsformen als auch alle nicht näher beschriebenen weiteren, dem Fachmann geläufigen Anordnungen haben die folgenden wesentlichen und erforderlichen Merkmale gemeinsam: 1. Ein Satz von drei orthogonalen Antennen, von denen jede einzeln auf eine einzige entsprechende orthogonale Komponente eines elektrischen oder magnetischen Felds anspricht. 2. Eine Meßeinrichtung zur Abnahme von Signalen vom Antennensatz ohne wesentliche Störung des aufgeprägten Felds oder der elektrischen Eigenschaften des Antennensatzes. 3. Eine Einrichtung zur Verarbeitung der Signale entweder am oder nahe dem Antennensatz oder an einer entfernten Stelle, um ein der Summe der Quadrate der drei orthogonalen elektrischen oder magnetischen Feldkomponenten proportionales kombiniertes Signal zu bilden, wobei die Verarbeitungseinrichtung praktisch weder das aufgeprägte Feld noch die elektrischen Eigenschaften des Antennensatzes stören darf.
• Zusammenfassend wurde mit der Erfindung somit eine elektromagnetische Feldmeßvorrichtung geschaffen, deren Ansprechverhalten praktisch unabhängig ist von ihrer räumlichen Ausrichtung oder Anordnung im elektromagnetischen Feld.
• Das Ansprechverhalten der Vorrichtung ist im wesentlichen unabhängig von der Polarisation des Felds oder vom Vorhandensein reaktiver Feldkomponenten oder von Mehrweg-Interferenz. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Satz von drei in einem zueinander orthogonalen Verhältnis mit praktisch gemeinsamem Zentrum angeordneten Antennen auf, die in ein zu messendes elektromagnetisches Feld einsetzbar sind. Jeder Antenne ist zur Abnahme eines Signals eine Meßeinrichtung z.B. in Form von Dioden zugeordnet. In bevorzugter Ausführungsform besitzen diese Antennen die Porm von Dipolen, wobei die Dioden zwischen die Dipolschenkel geschaltet sind. Die erhaltenen, auf diese Weise erzeugten , Signale werden von den Antennen in der Weise abgenommen, daß praktisch keine Störung des zu messenden Felds auftritt und die elektrischen Eigenschaften des Antennensatzes praktisch nicht beeinträchtigt werden, In bevorzugter Ausführungsform ist eine hochohmige Übertragungsleitung vorgesehen.
• Die abgenommenen und abgeleiteten Signale werden sodann zur Erzeugung einer Meßwertanzeige kombiniert und verarbeitet.

Claims (14)

Patentansprüche

1. Elektromagnetische Feldmeßvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Satz von drei orthogonal mit praktisch gemeinsamem Zentrum zueinander angeordneten Empfangs-Antennen (10, 12, 14), die in ein zu messendes Feld einsetzbar sind, wobei jede Antenne unabhängig auf eine einzige, entsprechende orthogonale Komponente des Felds anspricht, je eine mit jeder Antenne verbundene Meßeinrichtung (28) mit zugeordneter Übertragungseinrichtung (22) zur Abnahme eines Antennen-Signals, ohne das eingeprägte Feld oder die elektrischen Eigenschaften des Antennensatzes zu stören, und eine Verarbeitungseinrichtung (42 - 52) zur Bildung eines zusammengesetzten, den Quadraten der induzierten Antennenspannungen proportionalen Signals, das ein Anzeige-Meßgerät (52) steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung (22) hochohmige Leitungen (30, 32) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung im praktisch gemeinsamen Zentrum (16) des Antennensatzes angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung Dioden (28) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen der hochohmigen Übertragungsleitung (22) gebündelt und unter gleichen Winkeln zu jeder Antenne vom Antennensatz abgeführt sind, und daß die Meßeinrichtung im praktisch gemeinsamen Zentrum (16) des Antennensatzes angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitung der hochohmigen Übertragungsleitung aus einem Kohlebahnleiter besteht.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Antenne (10, 12, 14) eine Dipolantenne ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Antenne (10, t2, 14) eine Rahmenantenne ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Dipolantenne zwei hohle, aus Metall bestehende Schenkel (24, 26), jede Meßeinrichtung eine zwischen die beiden Schenkel jedes Dipols eingeschaltete Diode (28) und jede hochohmige Übertragungsleitung (22) ein über die zugeordnete Diode gekoppeltes Kohleleiterpaar aufweist, und daß die Enden dieser Leiter und die Zuleitungen (34, 36) für die Diode innerhalb des betreffenden hohlen Schenkels des Dipols angeordnet und mit Hilfe eines im hohlen Dipolschenkel angeordneten, elektrisch leitfähigen Klebmittels physikalisch und elektrisch zusammengeschaltet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Meßeinrichtung eine lichtemittierende Diode (56) zur Erzeugung von Lichtimpulsen in Abhängigkeit von einem von jeder Antenne empfangenen Signal und einen diesen Dioden zugeordneten Wandler (58) zur Umwandlung der Lichtimpulse in ein elektrisches Signal aufweist.

11, Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung lichtleitende Fasern aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung eine hochohmige Übertragungsleitung (22) aufweist.

13. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Meßeinrichtung ein Thermokoppelelement (54) aufweist, das in einer Reihenschaltung liegt, und daß die Übertragungseinrichtung über die Reihenschaltung der Thermokoppelelemente geschaltet ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes abgenommene Signal in einem nicht-linearen Verstärker (48) verstärkt und summiert wird, dessen Ausgangssignal ein kombiniertes Signal mit einer Amplitude bildet, welche der Summe der Quadrate der Amplitude jeder induzierten Antennenspannung proportional ist, wobei das Ausgangssignal an eine Anzeigeeinrichtung (52) angelegt wird, und daß der Verstärker und die Anzeige einrichtung die Verarbeitungseinrichtung bilden.

L e e r s e i t e