DE3111903C2

DE3111903C2 -

Info

Publication number: DE3111903C2
Application number: DE3111903A
Authority: DE
Inventors: Marco Pistoia It Bini; Amleto Ignesti; Luigi Millanta; Nicola Florenz/Firenze It Rubino; Riccardo Scandicci Florenz/Firenze It Vanni
Original assignee: Consiglio Nazionale delle Richerche CNR
Current assignee: Consiglio Nazionale delle Richerche CNR
Priority date: 1980-04-03
Filing date: 1981-03-26
Publication date: 1991-08-14
Also published as: US4423372A; IT1153796B; IT8009397A0; FR2479988A1; FR2479988B1; DE3111903A1; GB2073896A; GB2073896B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Anzeige einer Gefährdung durch Hochfrequenzfelder gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aus der 24 02 975 A1 ist eine derartige Vorrichtung bekannt, um elektromagnetische Strahlung zu erfassen und anzuzeigen. Diese Vorrichtung enthält eine Sonde mit einer Dipolantenne, welche eine Vorzugsrichtung für die Erfassung des Magnetfeldes definiert. Wird die Dipolantenne, welche einen Wandler bildet, bezüglich eines einwirkenden Magnetfeldes um 90° aus dieser Vorzugsebene gedreht, so wird praktisch kein auswertbares Meßsignal erzeugt. Entsprechend wird bei ungünstiger Ausrichtung des Wandlers zu einem elektrischen Feld die Anzeige fehlerhaft sein und eine Gefährdung für einen Benutzer keinesfalls mit der erforderlichen Sicherheit angezeigt. Zudem ist festgestellt worden, daß die Anwesenheit des menschlichen Körpers in einem Abstand kleiner als die Dipol-Länge die Erfassung und Signalabgabe nachteilig beeinflußt, so daß bei der von einem Benutzer getragenen Vorrichtung mit erheblichen Meßfehlern zu rechnen ist. Wird darüber hinaus bei einer derartigen von einem Benutzer getragenen Vorrichtung ein Signal gegeben, das einer hohen Strahlendosis entspricht, so ist naturgemäß auch der Benutzer bereits dieser hohen Strahlendosis ausgesetzt und gefährdet. Die vorbenannte Vorrichtung ist folglich in der Praxis nur bedingt geeignet, Schaden von einem Menschen abzuwenden, da dieser möglicherweise schon einer zu hohen Strahlendosis ausgesetzt ist, und ein Signal, insbesondere mittels einer Leuchtdiode zur Anzeige gebracht wird. Die Dipolantenne ist auf einer ebenen, gedruckten Leiterplatte angeordnet, welche auch die übrige Elektronik enthält. Es ist ersichtlich, daß bei ungünstiger Ausrichtung der Leiterplatte zum Feldlinienverlauf der Benutzer der irrigen Meinung ist, es läge noch keine Gefährdung vor, da die Anzeige nicht aufleuchtet. Ein Benutzer muß mit den aufgezeigten Zusammenhängen vertraut sein und die Handhabung entsprechend vornehmen. Zudem kann in der Praxis nicht ausgeschlossen werden, daß ein Benutzer sich auf andere Aufgaben konzentriert und sich möglicherweise einem gefährdeten Hochfrequenzfeld aussetzt ohne hierbei mittels der Vorrichtung gewarnt zu werden.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ohne besondere Handhabungsvorgaben eine genauere Anzeige der Stärke von Hochfrequenzfeldern liefert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß einer gattungsgemäßen Vorrichtung gemäß den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht aufgrund der in der Sonde vorhandenen Wandler zuverlässig die richtungsunabhängige Erfassung elektrischer und/oder magnetischer Hochfrequenzfelder. Der Mehrfachvergleicher, welchem die beiden vorgegebenen Referenzwerte V_A und V_B zugeführt werden, ermöglicht bei einfachem Schaltungsaufwand in Abhängigkeit eines Vergleichsergebnisses die entsprechenden Ausgänge anzusteuern, um die jeweilige Ausgangsanzeige zu aktivieren. Die Vorrichtung kann in einfacher Weise auch von solchem Personal benutzt werden, welches mit den Zusammenhängen zur Messung von elektrischen und magnetischen Feldern vollständig unerfahren ist. Die Kontrolle der Stärke des elektrischen Feldes und gegebenenfalls auch des magnetischen Feldes erfordert kein hochqualifiziertes Personal und hochpräzise Ausrüstungen. Sie ermöglicht bei einfacher Handhabung die Durchführung von häufigen und schnellen Kontrollen auch von wenig spezialisiertem Personal. Vor allem die mehreren Ausgangsanzeigen ermöglichen die jeweiligen Risikobedingungen unter Berücksichtigung von gegebenen Sicherheitsbestimmungen zu ermitteln. Die Vorrichtung ermöglicht eine bequeme Überwachung der unterschiedlichen Gefahren-Bedingungen auf der Basis von vorgegebenen Vorschriften und sie ist in einfacher Weise auch von solchen Benutzern zu handhaben, welche vollständig unerfahren sind mit den Problemen bezüglich der Messung von elektrischen und magnetischen Feldern, die Vorrichtung ist tragbar, robust und weitgehend unempfindlich gegenüber Änderungen von Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Feuchtigkeit, Verschmutzungen und dergleichen. Die einfache Funktionsweise und der einfache Aufbau ermöglichen eine kostengünstige Herstellung und Verbreitung im großen Umfange.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines besonderen Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne daß hierdurch eine Einschränkung erfolgt. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 perspektivisch eine schematische Darstellung der Vorrichtung,

Fig. 2 eine schematischen Darstellung eines Wandlers, der Bestandteil der Vorrichtung ist,

Fig. 3 perspektivisch eine schematischen Darstellung der Sonde mit drei Wandlern,

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Vorrichtung.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, enthält die Vorrichtung eine abgeglichene, isotrope Sonde 1, welche die Form einer Kugel 2 aufweist und aus einem expandiertem bzw. geschäumten Polyurethan hergestellt ist. Im Inneren der genannten Kugel befinden sich drei Wandler für das elektrische Feld, welche aus einer Epoxydglas-Elektronikkarte mit einer gedruckten Schaltung bestehen und jeweils um 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind.

Jeder Wandler 5 enthält einen kurzen Dipol 6, einen Germanium- Dioden-Detektor 7, einen Ausgleichs-Kondensator 8 und ein Entkopplungs-RC-Filter 9 für die Hochfrequenz.

Die Germanium-Diode 7 bietet den doppelten Vorteil einerseits eines niedrigeren Preises und andererseits einer niedrigen Impedanz. Eine niedrige Impedanz begünstigt eine niedrige Suszeptibilität (Empfindlichkeit) der Vorrichtung gegenüber unerwünschten Kopplungen.

Die drei Wandler 5 sind in Serie miteinander verbunden und weiterhin in Serie mit einem elektronischen Schaltkreis verbunden, welcher innerhalb des Gehäuses 4 der Vorrichtung angeordnet ist. Hierzu ist ein Kabel oder eine Leitung 10 mit einer zweiadrigen Litze innerhalb eines PVC-Rohres 3 vorgesehen, mittels welchem die Sonde 1 mit dem Gehäuse 4 verbunden ist.

Die in Reihe geschalteten drei Wandler 5 sind mit einem Verstärker 11 verbunden, welcher eine hohe Eingangs-Impedanz und eine Einheits-Verstärkung aufweist und dessen Ausgang mit einem zweiten Verstärker 12 verbunden ist. Der letztere ist mit einem Mehrfach-Vergleicher 13 verbunden, in welchem (bei der beschriebenen Ausführungsform) es möglich ist, zwei vorgegebene Referenzwerte V_A und V_B einzugeben, wobei V_A < V_B ist. Der Vergleicher 13 ist mit drei Ausgängen, oder ganz allgemein mit n+1 Ausgängen, wobei n die Anzahl der vorgegebenen Referenzwerte darstellt, auf eine entsprechende Anzahl von Ausgangs- Anzeigen 14, 15, 16 geführt, wobei letztere bevorzugt aus lichtaussendenden Dioden (LED) mit jeweils grüner, gelber und roter Farbe bestehen.

Die Vorrichtung wird mittels einer Batterie 17 gespeist, und zwar über einen Schalter 18 und einen Schaltkreis 19, welcher den Ladezustand der Batterie überwacht.

Die Vorrichtung arbeitet in folgender Weise: Ganz am Anfang, während einer Einstell-Phase, werden die Referenzwerte V_A und V_B eingegeben. Diesen entsprechen elektrische oder magnetische Feld-Intensitäten, welche die Werte der Feld-Pegel in drei Bereiche einteilen: Niedriger Bereich entsprechend einer "unbedeutenden Gefahr", mittlerer Bereich entsprechend einer "möglichen Gefahr", hoher Bereich entsprechend einer "sicheren Gefahr". Der Aufenthalt von Personal in einem Gebiet von einer unbedeutenden Gefahr kann über eine nahezu unbegrenzte Zeitdauer sich erstrecken; der obere Grenzwert für die Feldstärke kann auf der Basis der am meisten restrektiven Sicherheitsbestimmungen, welche in der Welt bestehen, vorgegeben werden (zur Zeit bestehen solche in der UdSSR, welche sogar Effekte unterhalb der Wärmewirkung berücksichtigen): in der Tat geht niemand davon aus, daß unterhalb dieses Grenzwertes irgendeine Gefahr besteht.

Der Bereich einer "sicheren Gefahr" ist durch solche Werte eines elektrischen oder magnetischen Feldes bestimmt, welche die Voraussetzungen für eine Gefahr darstellen: in einem derartigen Bereich muß der Aufenthalt von Personal, selbst für einen kurzen Zeitraum, unbedingt vermieden werden. Die untere Grenze von solchen Feldstärken kann auf der Basis von weniger restriktiven Bestimmungen in der Welt vorgegeben werden (zur Zeit bestehen solche in einigen Vorschlägen der USA oder des Militärs, wobei die Gefahr durch Wärme berücksichtigt wird).

Der Bereich der "möglichen Gefahr" berücksichtigt offensichtlich dann die Bedingungen, zwischen den oben erwähnten Bereichen: somit ist der Aufenthalt in solchen Bereichen erlaubt, jedoch nur für vorgegebene Zeiten und unter anderweitig überwachten Bedingungen.

Nach der Einstellung ist eine Vorrichtung funktionsbereit. Wird sie dann in einen zu überwachenden Bereich gebracht, so ist sie zunächst mittels des Schalters 18 einzuschalten. Die drei im wesentlichen senkrecht zueinander angeordneten Wandler 5 der Sonde 1 sind in Reihe geschaltet, so daß ein Gleichstromsignal des einen Wandlers mit den durch die anderen beiden Wandler erzeugten Signalen addiert wird. Jeder Wandler 5 ist derart ausgelegt, daß er in einem Bereich mit einer quadratischen Abhängigkeit wirksam ist, wobei bevorzugt der Arbeitsbereich mit dem quadratischen Kennlinienbereich der Diode 7 übereinstimmt, und zwar wenigstens bis zu dem Einschalt-Schwellwert der LED-Anzeige 16. Somit steht an beiden Enden der zweiadrigen Leitung 10 eine Spannung an, welche proportional ist der Summe der Quadrate der einzelnen Komponenten der elektrischen Felder, welche von den einzelnen Wandlern 5 erfaßt werden. Somit werden die elektrischen Felder mit ihren unterschiedlichen Frequenzen in ihren Effektivwerten überlagert und es werden insbesondere die von einer Hochfrequenzmaschine erzeugten Harmonischen, welche in den Bandbereich der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung fallen, in ihren Effektivwerten überlagert. Somit muß der Benutzer nicht das Frequenzspektrum der elektrischen Hochfrequenz-Felder kennen und die Vorrichtung kann von unausgebildetem Personal benutzt werden.

Das mittels der Sonde 1 erfaßte Signal wird durch die zweiadrige Leitung 10 auf den Verstärker 11 geführt, welcher den elektronischen Schaltkreis von der Sonde trennt. Das Signal wird mittels des Verstärkers 12 verstärkt und als ein Signal V_R auf den Vergleicher 13 gegeben, in welchem es mit den beiden vorgegebenen Referenzwerten V_A und V_B verglichen wird. Falls V_R < V_A, schaltet der Vergleicher 13 die grüne LED-Anzeige 14 ein. Falls V_A V_R V_B, schaltet der Vergleicher die gelbe LED-Anzeige 15 ein und schaltet hingegen die LED-Anzeige 14 aus. Falls hingegen V_R < V_B, schaltet der Vergleicher 13 die rote LED-Anzeige 16 ein und schaltet die grüne und die gelbe Anzeige 14 bzw. 15 aus.

Mittels des Schaltkreises 19 wird der Ladezustand der Batterie 17 überwacht, sofern der Schalter 18 eingeschaltet ist. Aufgrund dieser Maßnahme liegt also eine geladene Batterie vor, sofern eine der LED-Anzeigen 14, 15, 16 leuchtet, während die Batterie entladen ist, falls keine der Anzeigen leuchtet.

Claims

1. Vorrichtung zur Anzeige einer Gefährdung durch Hochfrequenzfelder und zu deren Überwachung, mit einer einen Wandler enthaltenden Sonde, welcher ein Vergleicher und eine Anzeigeeinrichtung nachgeschaltet sind, um bei Überschreiten eines vorgegebenen Referenzwertes ein Signal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (1) weitere Wandler (5) derart aufweist, daß elektrische und/oder magnetische Hochfrequenzfelder richtungsunabhängig erfaßbar sind,
daß die Wandler (5) zur Abgabe eines gemeinsamen Ausgangssignales auf einer Leitung (10) elektrisch miteinander verbunden sind,
daß der Vergleicher (13) als Mehrfachvergleicher ausgebildet ist, dem ein weiterer vorgebbarer Referenzwert (V_B) zugeführt ist und der entsprechend den vorgegebenen Referenzwerten (V_A, V_B) mehrere Ausgänge aufweist, die in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses angesteuert sind, und
daß den Ausgängen des Vergleichers (13) mehrere Ausgangsanzeigen (14, 15, 16) als Anzeigeeinrichtung nachgeschaltet sind, welche durch die Ausgangssignale des Vergleichers (13) aktivierbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (5) um 90° gegeneinander versetzt zur Erfassung der elektrischen Feldstärkekomponente des Hochfrequenzfeldes angeordnet sind und jeweils einen elektrischen Dipol (6), einen Diodenderektor (7), einen Ausgleichskondensator (8) sowie ein Entkopplungs- RC-Filter (9) für Hochfrequenzsignale aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal jedes Wandlers (5) dem Quadrat der Amplitude des einwirkenden Hochfrequenzfeldes proportional ist, und daß die Ausgänge der Wandler (5) in Reihe miteinander verbunden sind, um eine Gesamtausgangsspannung zu erzeugen, welche dem Quadrat des gesamten einwirkenden Hochfrequenzfeldes proportional ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei unterschiedliche Referenzwerte (V_A, V_B) sowie drei Ausgangsanzeigen (14, 15, 16) vorgesehen sind, welche von dem Vergleicher (13) beaufschlagt sind, um Anzeigen derart zu erhalten, daß unterhalb des ersten Referenzwertes (V_A), ferner zwischen dem ersten und dem zweiten Referenzwert (V_A, V_B) sowie über dem zweiten Referenzwert (V_B) eine Anzeige gegeben wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Referenzwerte (V_A, V_B) entsprechend den Werten der Feldstärke des einwirkenden Hochfrequenzfeldes vorgegeben sind, um die Anzeige in drei Gefahrenstufen entsprechende Bereiche aufzuteilen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigen (14, 15, 16) als Leuchtdioden (LED) ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (13) dazu ausgebildet ist, um über seine Ausgänge wahlweise immer nur eine der Ausgangsanzeigen (14, 15, 16) zu aktivieren.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Diodenderektor (7) jedes Wandlers (5) als ein Germanium-Dioden-Detektor ausgebildet ist.