DE69230585T2 - Device for monitoring electromagnetic radiation - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Strahlungsüberwachung und genauer gesagt ein Gerät zur Überwachung von elektromagnetischer Strahlung, welches entweder von einer Person mitgeführt wird, die möglicherweise schädlichen Pegeln elektromagnetischer Energie ausgesetzt ist, oder an einem festen Ort strategisch bedacht angeordnet werden kann, so daß Personen bzgl. des Vorhandenseins möglicherweise schädlicher Pegel elektromagnetischer Strahlung gewarnt werden können. Noch mehr im einzelnen betrifft die Erfindung ein persönliches Überwachungsgerät oder Bereichsüberwachungsgerät (feste Position) bzgl. elektromagnetischer Strahlung, wobei das Gerät eine breitbandige Frequenzempfindlichkeit und Unabhängigkeit von Polarisation aufweist.The present invention relates to a radiation monitoring device and, more particularly, to an electromagnetic radiation monitoring device which can either be carried by a person exposed to potentially harmful levels of electromagnetic energy or strategically located at a fixed location so that persons can be alerted to the presence of potentially harmful levels of electromagnetic radiation. Even more particularly, the invention relates to a personal or area (fixed position) electromagnetic radiation monitoring device, the device having broadband frequency sensitivity and independence of polarization.
Es wurden schon Versuche gemacht, ein Gerät zur Überwachung elektromagnetischer Strahlung herzustellen, das von einer Person mitgeführt wird, die in Bereichen arbeitet, wo möglicherweise schädliche elektromagnetische Strahlung vorhanden sein kann, oder welches in fester Position an einem strategischen Punkt angeordnet wird, um eine übergroße Leckage von Hochfrequenzstrahlung zu detektieren und Personen auf diese Leckage aufmerksam zu machen. Frühe Studien, beispielsweise die, über welche Beischer in seinem Artikel Microwave Reflection, Diffraction and Transmission By Man, Department of Naval Aerospace Medical Research Lab, Pensacola, Florida, Juni 1973, berichtet, haben gezeigt, daß die Streuung von einem Körper Fehler größer als 2dB verursachen kann. Diese Streuung wird noch bedeutender, wenn breitbandiges Frequenzverhalten und Unabhängigkeit von Polarisation gewünschte Eigenschaften des Überwachungsgerätes sind. Nach Kenntnis des Erfinders ist bis heute kein praktisches Gerät erfolgreich auf dem Markt, das ein breitbandiges Frequenzverhalten und eine Unabhängigkeit von Polarisation aufweist.Attempts have been made to produce an electromagnetic radiation monitor that can be carried by a person working in areas where potentially harmful electromagnetic radiation may be present, or that can be placed in a fixed position at a strategic point to detect excessive leakage of radio frequency radiation and alert persons to the leakage. Early studies, such as those reported by Beischer in his article Microwave Reflection, Diffraction and Transmission By Man, Department of Naval Aerospace Medical Research Lab, Pensacola, Florida, June 1973, have shown that scattering from a body can cause errors greater than 2 dB. This scattering becomes even more significant when broadband frequency response and independence from polarization are desired characteristics of the monitor. To the inventor's knowledge, no practical device that has broadband frequency response and independence from polarization has been successfully commercialized to date.
Außerdem ist aus dem Dokument GB-A-803792 ein Gerät zur Messung von Hochfrequenz bekannt, das einen Sender und einen Empfänger in einer Kammer aufweist. Der Sender ist im Fokus einer gekrümmten Reflexionswand angeordnet und Wände mit wellenabsorbierenden Schichten sind längs der Seitenwände der Kammer so angeordnet, daß sichergestellt ist, daß nur die direkte Welle von dem Sender und die reflektierten Wellen von der gekrümmten Reflexionswand den Empfänger erreichen können. Das Gerät weist auch eine Halterung aus zunehmend verlustbehaftetem Material auf.Furthermore, from the document GB-A-803792 a device for measuring high frequency is known, which comprises a transmitter and a receiver in a chamber The transmitter is placed at the focus of a curved reflecting wall and walls with wave absorbing layers are placed along the side walls of the chamber so as to ensure that only the direct wave from the transmitter and the reflected waves from the curved reflecting wall can reach the receiver. The device also has a support made of increasingly lossy material.
Weiter ist aus dem Dokument GB-A-998779 ein tragbares Meßgerät zum Detektieren von hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung bekannt. Das Gerät enthält ein rundes Gehäuse mit zwei Paaren von Schlitzantennen unterschiedlicher Länge, so daß das Gerät das Vorhandensein elektromagnetischer Strahlungen über einen weiten Frequenzbereich detektieren kann.Furthermore, a portable measuring device for detecting high-frequency electromagnetic radiation is known from the document GB-A-998779. The device contains a round housing with two pairs of slot antennas of different lengths, so that the device can detect the presence of electromagnetic radiation over a wide frequency range.
Eine leitfähige Oberfläche kann hinter die Niederfrequenzantennen gesetzt werden, um einen kapazitiven Effekt zu erreichen, um ihr Ansprechen auf Hochfrequenzkomponenten der Strahlung zu vermindern, und das Gerät kann durch Material mit beachtlichem dielektrischem Verlust bei höheren Frequenzen gehalten werden, um das Ansprechen der Hochfrequenzantennen bei niedrigeren Frequenzen zu vermindern, bei welchen das verlustbehaftete Material reaktiv erscheint.A conductive surface can be placed behind the low frequency antennas to provide a capacitive effect to reduce their response to high frequency components of the radiation, and the device can be supported by material with significant dielectric loss at higher frequencies to reduce the response of the high frequency antennas at lower frequencies where the lossy material appears reactive.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zur Überwachung elektromagnetischer Strahlung zu schaffen, welches von einer Person mitgeführt werden kann, die möglicherweise schädlichen Pegeln elektromagnetischer Energie ausgesetzt sein kann.It is an object of the present invention to provide an electromagnetic radiation monitoring device that can be carried by a person who may be exposed to harmful levels of electromagnetic energy.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Gerätes zur Überwachung elektromagnetischer Strahlung, welches ein breitbandiges Frequenzverhalten und einen Unabhängigkeit von Polarisation aufweist.Another object of the present invention is to provide a device for monitoring electromagnetic radiation which has a broadband frequency response and is independent of polarization.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines nicht behindernden Taschengerätes für die Überwachung von elektromagnetischer Strahlung, welches präzise Hochfrequenzstrahlung detektiert und eine Warnung in dem Moment aussendet, in welchem es feststellt, daß der Träger sich in eine gefährliche Zone hineinbewegt.Another object of the present invention is to provide a non-obstructive pocket device for monitoring electromagnetic radiation, which precisely detects high frequency radiation and sends out a warning the moment it detects that the wearer is moving into a dangerous zone.
Wiederum ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Gerätes zur Überwachung von elektromagnetischer Strahlung, welches einen akustischen und optischen Alarm gibt, welcher anzeigt, daß ein Bereich eilig verlassen werden muß.Yet another object of the present invention is to provide an electromagnetic radiation monitoring device that provides an audible and visual alarm indicating that an area must be urgently evacuated.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein für eine Person bestimmtes Gerät zur Überwachung von elektromagnetischer Strahlung zu schaffen, welches ein duales Batteriesystem enthält und eine Batterieentladungswarnung abgibt, wenn ein Austausch der Batterie notwendig ist.It is a further object of the present invention to provide a personal electromagnetic radiation monitoring device that includes a dual battery system and provides a battery depletion warning when battery replacement is necessary.
Wiederum ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines für eine Person bestimmten Gerätes zur Überwachung von elektromagnetischer Strahlung, das einen Aufbau aufweist, der es gestattet, daß empfindliche elektronische Schaltungsteile in dem Gerät ordnungsgemäß arbeiten, während sie praktisch durch hohe Pegel von Hochfrequenzstrahlung gleichsam umgeben sind, so daß eine minimale Falschalarmrate innerhalb oder außerhalb des spezifischen Frequenzbereichs des Gerätes erreicht wird.Another object of the invention is to provide a personal electromagnetic radiation monitoring device having a structure that allows sensitive electronic circuitry in the device to function properly while virtually surrounded by high levels of radio frequency radiation, so that a minimum false alarm rate is achieved within or outside the specific frequency range of the device.
Fernerhin ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein für Personen bestimmtes Gerät zur Überwachung von elektromagnetischer Strahlung zu schaffen, dessen Eigenschaften bei Mitführung durch eine Person von Streuerscheinungen im wesentlichen unbeeinflußt bleiben.Furthermore, it is an object of the present invention to provide a device for monitoring electromagnetic radiation intended for persons, the properties of which remain essentially unaffected by scattering phenomena when carried by a person.
Es ist wiederum ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein in fester Position befindliches Flächenüberwachungsgerät von elektromagnetischer Strahlung zu schaffen, durch welches ein Bereich nahe einer Quelle von Hochfrequenzleistung oder Mikrowellenenergie überwacht werden kann.It is yet another object of the present invention to provide a fixed position area electromagnetic radiation monitoring device by which an area near a source of radio frequency power or microwave energy can be monitored.
Fernerhin ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Flächenüberwachungsgerät (feste Position) von elektromagnetischer Strahlung zu schaffen, das präzise Hochfrequenzenergie oder Microwellenenergie innerhalb eines breiten Frequenzbandbereichs unabhängig von Polarisation detektiert und eine Warnung abgibt, wenn es durch eine Leistung getroffen wird, die einen bestimmten Schwellwert überschreitet.It is a further object of the present invention to provide an area (fixed position) electromagnetic radiation monitoring device that accurately detects radio frequency energy or microwave energy within a wide frequency band range independent of polarization and issues a warning when struck by a power exceeding a certain threshold.
Es ist wiederum ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Flächenüberwachungsgerät (in fester Position) von elektromagnetischer Strahlung zu schaffen, das ein akustisches und ein optisches Alarmgerät enthält und einen Aufbau aufweist, der es gestattet, daß empfindliche elektronische Schaltungsteile, die in dem Gerät vorhanden sind, ordnungsgemäß Arbeiten, während Strahlung eintrifft.It is yet another object of the present invention to provide an area monitoring device (in fixed position) of electromagnetic radiation which includes an audible and a visual alarm device and has a structure which allows sensitive electronic circuitry contained in the device to operate properly while radiation is being received.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, enthält ein für eine Person bestimmtes Gerät zur Überwachung von elektromagnetischer Strahlung einen Sensor von elektromagnetischer Strahlung, einen Halter aus abgestuft verlustbehaftetem Material und einen leitfähigen Schirm, der im Abstand von dem Sensor angeordnet ist. Der Sensor für elektromagnetische Strahlung kann dünnfilm- Thermoelemente enthalten. Der Strahlungssensor ist in der Nähe des Halters aus abgestuft verlustbehaftetem Material angeordnet, so daß der Halter sich zwischen dem Strahlungssensor und einer Seite des leitfähigen Schirms befindet. Der Halter ist über seine Dicke hin von der Vorderseite des Halters, welche dem Sensor zugewandt ist, zu der Rückfläche, die dem leitfähigen Schirm zugewandt ist, zunehmend mehr leitfähig.According to the present invention as defined in claim 1, a personal electromagnetic radiation monitoring device includes an electromagnetic radiation sensor, a graded lossy material holder, and a conductive shield spaced from the sensor. The electromagnetic radiation sensor may include thin film thermocouples. The radiation sensor is positioned proximate the graded lossy material holder so that the holder is between the radiation sensor and one side of the conductive shield. The holder is progressively more conductive across its thickness from the front surface of the holder facing the sensor to the back surface facing the conductive shield.
Das Gerät zur Überwachung von Strahlung enthält auch einen akustischen Alarmwandler oder Schallalarmwandler, der mit dem Sensor für elektromagnetische Strahlung verbunden ist, sowie eine Ohrstopfengruppe in Verbindung mit dem Schallalarmwandler, wobei die Ohrstopfengruppe elektrisch nicht leitend ausgebildet ist, um zu verhindern, daß Hochfrequenzenergie von der Gruppe empfangen und zum Kopf der Trägerperson abgestrahlt wird.The radiation monitoring device also includes an acoustic alarm transducer or sonic alarm transducer connected to the electromagnetic radiation sensor and an earplug assembly connected to the sonic alarm transducer, the earplug assembly being electrically non-conductive to prevent radio frequency energy from being received by the assembly and radiated to the wearer's head.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der Strahlungssensor, der Halter aus verlustbehaftetem Material und der leitfähige Schirm sämtlich in einem Gehäuse des Gerätes angeordnet. Auf der Innenseite einer der Gehäuseseiten ist ein Schallalarmwandler befestigt, der auf eine Öffnung ausgerichtet ist, die sich durch die Stärke der Gehäusehälfte erstreckt. Die erste Klettverschlußanordnung ist auf der Außenfläche der betreffenden Gehäuseseite angeordnet und umgibt die erwähnte Öffnung.According to a preferred embodiment, the radiation sensor, the holder made of lossy material and the conductive shield are all arranged in a housing of the device. On the inside of one of the housing sides is mounted a sonic alarm transducer which is aligned with an opening which extends through the thickness of the housing half. The first Velcro fastening arrangement is arranged on the outer surface of the respective housing side and surrounds the mentioned opening.
Vorzugsweise weist die Ohrstopfengruppe des Gerätes eine langgestreckte pneumatische Röhre oder einen Schlauch mit zwei einander gegenüberliegenden Enden auf, wobei ein pneumatischer Ohrstopfen an einen Ende des Schlauches angeordnet ist und sich ein Gehäusehohlraum, welcher eine innere Kammer bildet, an dem anderen Ende vorgesehen ist. Das Kammergehäuse weist eine Öffnung auf, die sich durch die Wanddicke erstreckt und enthält eine zweite Klettverschlußanordnung, welche die Öffnung umgibt.Preferably, the earplug assembly of the device comprises an elongated pneumatic tube or hose having two opposite ends, with a pneumatic earplug disposed at one end of the hose and a housing cavity defining an internal chamber disposed at the other end. The chamber housing has an opening extending through the wall thickness and includes a second Velcro fastening arrangement surrounding the opening.
Die zweite Klettverschlußanordnung ist so ausgebildet, daß sie der ersten Klettverschlußanordnung des Gerätegehäuses angepaßt ist, so daß das Kammergehäuse der Ohrstopfengruppe unmittelbar an dem Schallwandler befestigt werden kann. In dieser Weise kann die nicht leitende Ohrstopfengruppe rasch und leicht an dem Gehäuse des Überwachungsgerätes befestigt werden, so daß der Träger des Überwachungsgerätes in stark lärmbelasteten Umgebungen tragen kann.The second Velcro fastening arrangement is designed to mate with the first Velcro fastening arrangement of the device housing so that the chamber housing of the earplug assembly can be attached directly to the transducer. In this way, the non-conductive earplug assembly can be quickly and easily attached to the housing of the monitor so that the wearer of the monitor can wear it in high noise environments.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform enthält das Überwachungsgerät einen Alarmstromkreis und ein duales Batteriesystem sowie einen Batterieentladungssensor. Wenn eine niedrige Batteriespannung an einer Batterie detektiert wird, dann zirpt der Schallalarmwandler in vorbestimmten Abständen. Bei extrem niedrigen Batterieladungspegel sendet der Schallalarm einen Dauerton aus. Die zweite Batterie wird im wesentlichen unabhängig von der ersten Batterie zum Speisen einer Warnlampe in gefährlichen Strahlungsumgebungen verwendet. Wenn der Warnlampenstromkreis ausfällt, dann bleibt der Schallalarmstromkreis in Funktion.According to another preferred embodiment, the monitor includes an alarm circuit and a dual battery system and a battery discharge sensor. When a low battery voltage is detected on one battery, the sonic alarm transducer chirps at predetermined intervals. At extremely low battery charge levels, the sonic alarm emits a continuous tone. The second battery is used essentially independently of the first battery to power a warning lamp in hazardous radiation environments. If the warning lamp circuit fails, the sonic alarm circuit remains operational.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die empfindliche elektronische Schalltungsanordnung des Überwachungsgerätes vor hohen Pegeln von Hochfrequenzstrahlung geschützt, indem ein zweiter Abschnitt von abgestuft verlustbehaftetem Material vorgesehen wird, der in dem Gehäuse angeordnet ist und zumindest teilweise die Batterien des Überwachungsgerätes umgibt. In dieser Weise wird Hochfrequenzenergie, die in das Überwachungsgerät eintritt, durch diesen zweiten Abschnitt absorbiert, bevor die Hochfrequenzenergie von den Batterieleitungen zwischen der Schaltungsanordnung und der Batterie aufgefangen werden kann.In another preferred embodiment, the sensitive electronic circuitry of the monitor is protected from high levels of radio frequency radiation by providing a second section of graded lossy material disposed within the housing and at least partially surrounding the batteries of the monitor. In this manner, radio frequency energy entering the monitor is absorbed by this second section before the radio frequency energy can be captured by the battery leads between the circuitry and the battery.
Gemäß wiederum einer anderen Ausführungsform wird ein Flächenüberwachungsgerät von elektromagnetischer Strahlung geschaffen. Das Flächenüberwachungsgerät für elektromagnetische Strahlung enthält einen Strahlungssensor, der in Nachbarschaft eines Halters aus abgestuft verlustbehaftetem Material angeordnet ist, einen Sensor und eine extrudierte Gehäusestruktur aus nicht leitendem Material, welche an einem leitfähigen Schirm befestigt ist und den Strahlungssenor und das abgestuft verlustbehaftete Material umschließt.According to yet another embodiment, an electromagnetic radiation area monitor is provided. The electromagnetic radiation area monitor includes a radiation sensor disposed adjacent a graded lossy material holder, a sensor, and an extruded housing structure of non-conductive material attached to a conductive shield and enclosing the radiation sensor and the graded lossy material.
Gemäß einer anderen bevorzugten Lösung enthält der Halter aus abgestuft verlustbehaftetem Material ein Laminat, das mindestens aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten Schicht aus verlustbehaftetem Material gebildet ist, welche unterschiedliche spezifische Widerstände haben, wobei die erste Schicht größeren Widerstand hat als die zweite Schicht und die zweite Schicht größeren Widerstand hat als die dritte Schicht. Die dritte Schicht ist am nächsten zu dem leitfähigen Schirm angeordnet und die erste Schicht ist verjüngt, um eine Feldverzerrung minimal zu halten.According to another preferred solution, the graded lossy material holder includes a laminate formed of at least a first, a second and a third layer of lossy material having different resistivities, the first layer having greater resistance than the second layer and the second layer having greater resistance than the third layer. The third layer is located closest to the conductive shield and the first layer is tapered to minimize field distortion.
Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von beispielsweisen Ausführungsformen deutlich, wobei die Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen zu lesen ist. In den Zeichnungen zeigen:These and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of exemplary embodiments, which description should be read in conjunction with the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 eine perspektivische Frontansicht eines Personen-Überwachungsgerätes für elektromagnetische Strahlung, das in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildet ist;Fig. 1 is a perspective front view of a personal monitoring device for electromagnetic radiation, which is designed in the manner according to the invention;
Fig. 2 eine Rückansicht des Strahlungs-Überwachungsgerätes nach der vorliegenden Erfindung;Fig. 2 is a rear view of the radiation monitor according to the present invention;
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Strahlungssensors zur Verwendung in dem Überwachungsgerät nach der vorliegenden Erfindung;Fig. 3 is an exploded view of a preferred embodiment of a radiation sensor for use in the monitoring device according to the present invention;
Fig. 4 eine Frontansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Strahlungssensors zur Verwendung in dem Überwachungsgerät nach der vorliegenden Erfindung;Fig. 4 is a front view of a preferred embodiment of a radiation sensor for use in the monitoring device according to the present invention;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer Ohrstopfenanordnung zur Verwendung in dem Überwachungsgerät nach der vorliegenden Erfindung;Figure 5 is a cross-sectional view of an earplug assembly for use in the monitoring device according to the present invention;
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Betriebseigenschaften des Strahlungs- Überwachungsgerätes nach der vorliegenden Erfindung über der Frequenz aufgetragen, im freien Raum und bei Mitführung durch einen Verwender;Fig. 6 is a graphical representation of the operating characteristics of the radiation monitor according to the present invention plotted against frequency, in free space and when carried by a user;
Fig. 7 eine bevorzugte Form einer elektronischen Schaltung zur Verwendung in dem Überwachungsgerät nach der vorliegenden Erfindung;Figure 7 shows a preferred form of electronic circuit for use in the monitoring device according to the present invention;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht von Oben eines Flächenüberwachungsgerätes für elektromagnetische Strahlung in Ausbildung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; undFig. 8 is a perspective view from above of an area monitoring device for electromagnetic radiation in accordance with a second embodiment of the present invention; and
Fig. 9 eine Querschnittsansicht des Flächenüberwachungsgerätes für elektromagnetische Strahlung gemäß Fig. 8.Fig. 9 is a cross-sectional view of the area monitoring device for electromagnetic radiation according to Fig. 8.
Eine erste Ausführungsform des Überwachungsgerätes für elektromagnetische Strahlung nach der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 der Zeichnungen gezeigt. Man sieht, daß ein für Personen bestimmtes Überwachungsgerät für elektromagnetische Strahlung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein zweiteiliges Gehäuse 2 aufweist. An der Innenoberfläche der Frontwand 4 des zweiteiligen Gehäuses ist ein Schallalarmwandler 6 (siehe Fig. 3), etwa ein piezoelektrischer keramischer Wandler, montiert, der, wie ausgeführt wird, eine Warnung bezüglich Hochfrequenzstrahlung hohen Pegels abgibt oder der eine Warnung abgibt, daß die verwendete Batterie im Überwachungsgerät eine niedrige Spannung hat. Während eines anfänglichen Einschalttests gibt der Schallalarmwandler 6 vorzugsweise einen Signalton von einer Sekunde ab. Oberhalb eines voreingestellten Schwellwertes der detektierten Hochfrequenzenergie liefert der Alarm periodische Einsekunden- Signaltöne mit einer Wiederholungsgeschwindigkeit, die mit dem Pegel der Strahlungsaussetzung ansteigt. Wenn sich die Batterie des Überwachungsgerätes auf niedriger Spannung befindet, dann liefert der Schallalarmwandler 6 ein hörbares Zirpen alle 40 Sekunden bis zu einem kontinuierlichen Trillern (wenn die Batteriespannung abfällt). Wenn die Batteriespannung so niedrig ist, daß der in dem Gerät verwendete Sensor für elektromagnetische Strahlung ausfällt, so erzeugt der Schallalarmwandler einen kontinuierlichen Ton.A first embodiment of the electromagnetic radiation monitor according to the present invention is shown in Figures 1 and 2 of the drawings. It can be seen that a personal electromagnetic radiation monitor according to an embodiment of the present invention comprises a two-part housing 2. Mounted on the inner surface of the front wall 4 of the two-part housing is an acoustic alarm transducer 6 (see Figure 3), such as a piezoelectric ceramic transducer, which, as will be explained, provides a warning of high level radio frequency radiation or provides a warning that the battery used in the monitor has a low voltage. During an initial power-up test, the acoustic alarm transducer 6 preferably provides a one-second beep. Above a preset threshold of detected radio frequency energy, the alarm provides periodic one-second beeps at a repetition rate that increases with the level of radiation exposure. When the monitor battery is at a low voltage, the sonic alarm transducer 6 will provide an audible chirp every 40 seconds to a continuous trill (as the battery voltage drops). When the battery voltage is so low that the electromagnetic radiation sensor used in the device fails, the sonic alarm transducer will provide a continuous tone.
Das für eine Person bestimmte Gerät zur Überwachung von elektromagnetischer Strahlung nach der vorliegenden Erfindung enthält weiter eine Sichtanzeige in Gestalt einer lichtemitierenden Diode (LED) 8. Die lichtemitierende Diode 8 ist an der oberen Wand 10 des zusammengefügten Gehäuses befestigt. Während eines anfänglichen Einschalttests bewirkt die in dem Überwachungsgerät befindliche Schaltung eine Einschaltung der lichtemitierenden Diode 8. Wenn von dem Überwachungsgerät eine bestimmte Menge von Hochfrequenzenergie detektiert wird, so bewirkt die elektronische Schaltung, daß die lichtemitierende Diode 8 aufleuchtet und der Schallalarm 6 einen Piepton abgibt, wodurch für den Träger des Überwachungsgerätes angezeigt wird, daß er den betreffenden Bereich rasch verläßt.The personal electromagnetic radiation monitor of the present invention further includes a visual indicator in the form of a light emitting diode (LED) 8. The light emitting diode 8 is mounted on the top wall 10 of the assembled housing. During an initial power-up test, circuitry within the monitor causes the light emitting diode 8 to turn on. When a certain amount of radio frequency energy is detected by the monitor, the electronic circuit causes the light emitting diode 8 to illuminate and the sound alarm 6 to beep, thereby indicating to the wearer of the monitor to quickly leave the area in question.
Das Überwachungsgerät enthält weiter einen EIN-/AUS-Schalter 12, der auf einer Seitenwand 14 des zusammengefügten Gehäuses montiert ist, sowie eine Federclip 16, der an der Rückwand 18 des Gehäuses befestigt ist, so daß das Überwachungsgerät von dem Träger am Gürtel oder in einer Tasche am Hemd mitgeführt werden kann.The monitor further includes an ON/OFF switch 12 mounted on a side wall 14 of the assembled housing and a spring clip 16 attached to the rear wall 18 of the housing so that the monitor can be carried by the wearer on the belt or in a pocket on the shirt.
Das Strahlungs-Überwachungsgerät nach der vorliegenden Erfindung enthält auch eine Ohrstopfenanordnung 20, so daß das Überwachungsgerät in stark lärmbelasteter Umgebung verwendet werden kann. Wie in den Fig. 1 und 5 der Zeichnungen gezeigt ist, ist auf der Außenfläche der Gehäusewand 4 ein Velcro- Klettverschlußflecken 22 (Velcro ist eine Handelsmarke) befestigt, wobei an der Gehäusewand 4 der Wandler 6 befestigt ist. Der Klettverschlußflecken ist so angeordnet, daß er eine Öffnung 23 in der Wand umgibt und auf den Wandler ausgerichtet ist. Die Ohrstopfenanordnung 20 enthält eine langgestreckte Röhre 24. Ein pneumatisches Ohrstück oder ein pneumatischer Ohrstopfen 26 ist an einem Ende der Röhre 24 angeordnet und ein Gehäuse 28, das eine innere Kammer 30 umschließt, ist an dem anderen Ende vorgesehen. Das Gehäuse 28 besitzt eine Öffnung 32, die sich durch die Gehäusewand erstreckt und enthält einen zweiten Klettverschlußflecken 34, der die Öffnung 32 umgibt und der mit dem Klettverschlußflecken 22 des Überwachungsgerätegehäuses zusammenwirkt. Hierdurch kann das Gehäuse 28 in Nachbarschaft zu dem Wandler 6 befestigt werden, so daß der Ton, der von dem Wandler ausgeht, als Luftdruckschwankungen durch die Röhre zu dem pneumatischen Ohrstopfen 26 gelangt.The radiation monitor of the present invention also includes an earplug assembly 20 so that the monitor can be used in high noise environments. As shown in Figures 1 and 5 of the drawings, a Velcro® (Velcro is a trademark) patch 22 is attached to the outer surface of the housing wall 4 to which the transducer 6 is attached. The Velcro® patch is positioned to surround an opening 23 in the wall and to align with the transducer. The earplug assembly 20 includes an elongated tube 24. A pneumatic earpiece or earplug 26 is positioned at one end of the tube 24 and a housing 28 enclosing an internal chamber 30 is provided at the other end. The housing 28 has an opening 32 extending through the housing wall and includes a second Velcro patch 34 surrounding the opening 32 and which cooperates with the Velcro patch 22 of the monitor housing. This allows the housing 28 to be mounted in proximity to the transducer 6 so that the sound emanating from the transducer passes through the tube to the pneumatic earplug 26 as air pressure fluctuations.
Ein Vorteil der Ohrstopfenanordnung 20 nach der Erfindung ist es, daß sie elektrisch vollständig nicht leitend ist. Somit nimmt die Ohrstopfenanordnung keine Hochfrequenzenergie auf, die anderenfalls die elektronische Schaltungsanordnung in dem Überwachungsgerät beeinflussen würde, wie dies bei einem herkömmlichen elektrischen Wandler der Fall wäre, und weiter ergibt sich durch diese Ohrstopfenanordnung ein Sicherheitsmerkmal dahingehend, daß der Benutzer des Überwachungsgerätes nicht ein elektrisch leitfähiges Gerät an seinem Kopfe trägt, so daß ein elektrischer Schlag verhindert wird und weiter verhindert wird, daß Hochfrequenzenergie von der Ohrstopfenanordnung aufgenommen und zum Kopf des Benutzers hin abgestrahlt wird. Die zusammenwirkenden Velcro-Klettverschlußflecken 34 und 32 an der Ohrstopfenanordnung bzw. am Überwachungsgerätegehäuse gestatten es, daß die Ohrstopfenanordnung rasch und leicht und nicht elektrisch leitend mit dem Strahlungsüberwachungsgerät verbunden werden kann.An advantage of the earplug assembly 20 of the invention is that it is completely electrically non-conductive. Thus, the earplug assembly does not pick up radio frequency energy that would otherwise affect the electronic circuitry in the monitor, as would be the case with a conventional electrical transducer, and furthermore, this earplug assembly provides a safety feature in that the user of the monitor does not wear an electrically conductive device on his head, so preventing electrical shock and further preventing radio frequency energy from being picked up by the earplug assembly and radiated toward the user's head. The cooperating Velcro fastener patches 34 and 32 on the earplug assembly and the monitor housing, respectively, allow the earplug assembly to be quickly and easily and non-electrically connected to the radiation monitor.
Aus der Betrachtung von Fig. 3 der Zeichnungen ergibt sich, daß eine bevorzugte Ausführungsform des für Personen bestimmten Überwachungsgerätes für elektromagnetische Strahlung nach der Erfindung eine erste Gehäusehälfte 36, an welcher der Wandler 6 montiert ist, wie zuvor ausgeführt wurde, sowie eine zweite Gehäusehälfte 38 enthält, die eine Batteriekammer 40 aufweist und an der der EIN- /AUS-Schalter 12 montiert ist. Eingelagert zwischen den Gehäusehälften sind ein Sensor 44 für elektromagnetische Strahlung, ein Halter aus abgestuft verlustbehaftetem Material 46, ein leitfähiger Schirm 48, der als Basisebene oder Erdungsebene dient, sowie eine gedruckte Schaltungsplatte 50, welche die elektronische Schaltungsanordnung für das Überwachungsgerät aufweist.From consideration of Figure 3 of the drawings, it will be seen that a preferred embodiment of the personal electromagnetic radiation monitor of the invention includes a first housing half 36 to which the transducer 6 is mounted as previously set forth, and a second housing half 38 having a battery chamber 40 and to which the ON/OFF switch 12 is mounted. Interposed between the housing halves are an electromagnetic radiation sensor 44, a graduated lossy material holder 46, a conductive shield 48 serving as a base plane or ground plane, and a printed circuit board 50 containing the electronic circuitry for the monitor.
Der Sensor 44 für elektromagnetische Strahlung enthält vorzugsweise dünnfilm- Widerstands-Thermoelemente. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Sensor für elektromagnetische Strahlung ein Paar relativ zueinander orthogonal ausgerichteter Antennenelemente 52, die in einer Ebene liegen, wobei aber bevorzugt der Sensor 4 miteinander verbundene Antennenelemente 52 enthält, wobei benachbarte Antennenelemente in rechten Winkeln zueinander liegen und alle 4 Antennenelemente 52 in der selben Ebene liegen, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Jedes Antennenelement 52 erstreckt sich längs einer jeweiligen Längsachse und enthält eine Reihenanordnung von Dünnfilm-Widerstands-Thermoelementen 54, die längs der Achse angeordnet sind, sowie eine Anzahl beabstandeter Leiterelemente 56 diskreter Länge, die quer zur Achse der Reihenanordnung ausgerichtet sind. Jedes Thermoelement 54 jedes Antennenelementes ist jeweils zwischen benachbarten Leiterelementen 56 angeordnet. Die Antennenanordnung, die in dem Strahlungsüberwachungsgerät nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist weitgehend ähnlich zu derjenigen, die in dem U. S-Patent 4 518 912 angegeben ist.The electromagnetic radiation sensor 44 preferably includes thin film resistance thermocouples. In one embodiment of the present invention, the electromagnetic radiation sensor includes a pair of relatively orthogonally aligned antenna elements 52 lying in a plane, but preferably the sensor includes four interconnected antenna elements 52 with adjacent antenna elements at right angles to each other and all four antenna elements 52 lying in the same plane, as shown in Figure 4. Each antenna element 52 extends along a respective longitudinal axis and includes a series arrangement of thin film resistance thermocouples 54 arranged along the axis and a number of spaced conductor elements 56 of discrete length aligned transverse to the axis of the series arrangement. Each thermocouple 54 of each antenna element is arranged between adjacent conductor elements 56. The antenna arrangement shown in the Radiation monitoring apparatus used in accordance with the present invention is broadly similar to that set forth in U.S. Patent 4,518,912.
Die Dünnfilmelemente funktionieren sowohl als Antenne als auch als Detektor. Vorzugsweise sind die heißen und kalten Verbindungsstellen der Thermoelemente nur 0,5 mm von einander getrennt, wodurch Verschiebungen aufgrund von Änderungen der Umgebungstemperatur in räumlicher Hinsicht oder zeitlicher Hinsicht vermieden werden. Die Verwendung von Dünnfilm-Widerstands-Thermoelementen 54 in der oben beschriebenen besonderen Anordnung führt zu einem breitbandigen Detektieren des echten Effektivwertes der elektromagnetischen Energie.The thin film elements function as both an antenna and a detector. Preferably, the hot and cold junctions of the thermocouples are only 0.5 mm apart, thereby avoiding displacement due to changes in the ambient temperature in space or time. The use of thin film resistance thermocouples 54 in the particular arrangement described above results in broadband detection of the true RMS value of the electromagnetic energy.
Der Sensor 44 für elektromagnetische Strahlung ist von einem dünnen Mylarblatt (Mylar ist Handelsmarke) oder vorzugsweise durch ein Kapton-Abstandshalterblatt 58 (Kapton ist Handelsmarke) abgestützt. Das Abstandshalterblatt 58 hat vorzugsweise eine Dicke von 0,0129 cm und ist vorgesehen, um einen Kurzschluß des Sensors auf dem aus verlustbehaftetem Material bestehenden Halter 46 zu verhindern.The electromagnetic radiation sensor 44 is supported by a thin Mylar sheet (Mylar is a trademark) or preferably a Kapton spacer sheet 58 (Kapton is a trademark). The spacer sheet 58 preferably has a thickness of 0.0129 cm and is provided to prevent shorting of the sensor to the lossy material holder 46.
Der aus verlustbehaftetem Material bestehende Halter 46 ist in seinem spezifischen Widerstand abgestuft. Genauer gesagt, der Halter hat eine dem Sensor 44 zugewandte Frontfläche 60 und eine gegenüberliegende Rückenfläche 62, die dem leitfähigem Schirm 48 zugekehrt ist. Der Halter ist Richtung seiner Dicke von der Frontfläche 60 zur Rückenfläche 62 zunehmend mehr leitfähig. In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Halter ein Laminat oder geschichtetes Material von zwei oder mehr Schichten aus verlustbehaftetem Material mit unterschiedlichen spezifischen Widerständen sein, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Alternativ kann der Halter aus einem verlustbehaftetem Material hergestellt sein, das über seine Dicke hinweg von der Frontfläche zur Rückseite kontinuierlich mehr leitfähig wird.The holder 46 is made of lossy material and is graded in resistivity. More specifically, the holder has a front surface 60 facing the sensor 44 and an opposite back surface 62 facing the conductive shield 48. The holder is progressively more conductive across its thickness from the front surface 60 to the back surface 62. In one embodiment of the invention, the holder may be a laminate or layered material of two or more layers of lossy material having different resistivities, as shown in Figure 3. Alternatively, the holder may be made of a lossy material that becomes progressively more conductive across its thickness from the front surface to the back.
Wenn ein Halter aus einem Laminat aus zwei Schichten verlustbehaftetem Materials verwendet wird, so hat die erste Schicht 64, die dem Sensor am nächsten liegt, vorzugsweise eine Dicke von 0,635 cm und hat hohen spezifischen Widerstand, und die zweite Schicht 66, welche dem leitfähigen Schirm am nächsten liegt, besteht vorzugsweise aus einer 0,635 cm dicken Materialschicht niedrigen spezifischen Widerstandes. Die erste Schicht 64 hat vorzugsweise einen spezifischen Widerstand von etwa 15 Kilo Ohm je cm³ und hat einen Oberflächenwiderstand von annähernd 20000 Ohm je cm². Die zweite Schicht 66 hat einen niedrigeren spezifischen Widerstand von annähernd 600 Ohm je cm² und hat einen Oberflächenwiderstand von annähernd 2000 Ohm je cm².When a holder made of a laminate of two layers of lossy material is used, the first layer 64 closest to the sensor preferably has a thickness of 0.635 cm and has high resistivity, and the Second layer 66, which is closest to the conductive screen, preferably consists of a 0.25 inch thick layer of low resistivity material. First layer 64 preferably has a resistivity of about 15 kilo ohms per cubic centimeter and has a surface resistivity of approximately 20,000 ohms per cubic centimeter. Second layer 66 has a lower resistivity of approximately 600 ohms per cubic centimeter and has a surface resistivity of approximately 2,000 ohms per cubic centimeter.
Die Seite des aus verlustbehaftetem Material bestehenden Halters mit dem höheren spezifischen Widerstand ist dem Sensor 44 für die Strahlung zugekehrt, während die Seite des Halters mit dem niedrigerem spezifischen Widerstand dem leitfähigen Schirm 48 zugekehrt ist, so daß das Widerstandsmaterial oder verlustbehaftete Material zunehmend leitfähiger wird, wenn das elektrische Feld tiefer in den Halter eindringt. So ist der aus verlustbehaftetem Material bestehende Halter schließlich durch die im wesentlichen vollständig reflektierende Schirmplatte 48 abgeschlossen. Die leitfähige Schirmplatte 48 bildet auch einen Teil der Abschirmung der elektronischen Schaltung des Überwachungsgerätes.The side of the lossy material holder with the higher resistivity faces the radiation sensor 44, while the side of the holder with the lower resistivity faces the conductive shield 48, so that the resistive or lossy material becomes increasingly more conductive as the electric field penetrates deeper into the holder. Thus, the lossy material holder is ultimately closed off by the substantially fully reflective shield plate 48. The conductive shield plate 48 also forms part of the shielding of the electronic circuitry of the monitor.
Der verteilte Widerstand des Sensors 44 in Verbindung mit der Tatsache, daß der Sensor auf dem aus Verlust behaftetem Material bestehenden Halter 46 montiert ist, dessen spezifischer Widerstand allmählich in Richtung auf die leitfähige Schirmplatte abnimmt, führt zu einem Breitbandverhalten. Nachdem der Widerstand des Sensors relativ zu der Antennenreaktanz IST, wird eine konstante Empfindlichkeit über das Betriebsfrequenzband hin aufrecht erhalten.The distributed resistance of the sensor 44, combined with the fact that the sensor is mounted on the lossy material holder 46, whose resistivity gradually decreases toward the conductive shield plate, results in a broadband response. Since the resistance of the sensor is relative to the antenna reactance, a constant sensitivity is maintained across the operating frequency band.
In Fig. 6 wird die Veränderung des Schwellwerts, welcher zur Auslösung des Alarms des Überwachungsgerätes führt, über die Betriebsfrequenz hin verglichen, welche vorzugsweise zwischen 2 GHz und 18 GHz liegt, und zwar einmal, wenn das Gerät vom Benutzer getragen wird und zum anderen, wenn das Gerät im freien Raum steht. Es wird aus Fig. 6 deutlich, daß das breitbandige, für Personen bestimmte Überwachungsgerät nach der vorliegenden Erfindung im wesentlichen unabhängig von seiner Betriebsumgebung ist. Die Streuung durch den Körper des Benutzers hat wenig Einfluß auf die Arbeitsweise des Überwachungsgerätes. Eine im wesentlichen flache Frequenzempfindlichkeit mit weniger als ± 1,5dB Änderung und eine Unabhängigkeit von Feldstörungen aufgrund einer Streuung durch die Person des Körpers resultieren aus der Verwendung der Dünnfilm-Widerstands-Thermoelemente 54 in dem Überwachungsgerät, welche nahe dem abgestuft verlustbehaftetem Halter 46 angeordnet sind, der selbst an der leitfähigen Schirmplatte 48 gelegen bzw. abgestützt ist. Der Unterschied im Ansprechverhalten für den Fall der Bestrahlung des Überwachungsgerätes mit elektromagnetischer Energie bei Mitführung und für den Fall der Aufstellung im freien Raum an Material niedriger die Elektrizitätskonstante ist weniger als 0,5dB.In Fig. 6, the change in the threshold value which triggers the alarm of the monitoring device is compared over the operating frequency, which is preferably between 2 GHz and 18 GHz, both when the device is worn by the user and when the device is in free space. It is clear from Fig. 6 that the broadband personal monitoring device according to the present invention is essentially independent of its operating environment. Scattering by the user's body has little effect on the operation of the monitor. A substantially flat frequency response with less than ± 1.5 dB variation and independence from field disturbances due to scattering by the person's body result from the use of thin film resistance thermocouples 54 in the monitor which are located near the graduated lossy holder 46 which is itself supported on the conductive shield plate 48. The difference in response for the case of irradiation of the monitor with electromagnetic energy when carried and for the case of free space on material lower in dielectric constant is less than 0.5 dB.
Der Strahlungssensor 44 ist mit der elektronischen Schaltungsanordnung des Überwachungsgerätes unter Verwendung einer flexiblen Übertragungsleitung 68 gekoppelt, die aus mindestens zwei Leitungen aus Kohlenstoff imprägnierten TFE- Material besteht. Die beiden Leitungen dieser Übertragungsleitung 68 führen den Gleichstromausgang von dem Sensor zur elektronischen Schaltungsanordnung. Diese Leitungen haben einen Widerstand von annähernd 3937 Ohm je Zentimeter. Die beiden Gleichstromleitungen sind an eines der vier Antennenelemente 52 und insbesondere an jeweilige leitfähige Elemente 56 am äußersten Ende des Antennenelementes gelegt, wie dies in Fig. 4 der Zeichnungen gezeigt ist.The radiation sensor 44 is coupled to the electronic circuitry of the monitor using a flexible transmission line 68 consisting of at least two lines of carbon impregnated TFE material. The two lines of this transmission line 68 carry the DC output from the sensor to the electronic circuitry. These lines have a resistance of approximately 3937 ohms per centimeter. The two DC lines are connected to one of the four antenna elements 52 and in particular to respective conductive elements 56 at the outermost end of the antenna element as shown in Figure 4 of the drawings.
Fig. 7 zeigt eine Form einer elektrischen Schaltung zur Verwendung in dem Strahlungs-Überwachungsgerät. Die integrierte Schaltung U1 wirkt als gleichsam geregelte Spannungsquelle und liefert geregelte -3 Volt an dem Schaltungsanschluß E2 (-V) sowie eine ungeregelte Spannung von annähernd 9 Volt an dem Schaltungsanschluß E1 (+V). Die Batterie B1, welche vorzugsweise eine 12-Volt- Miniaturbatterie ist, ist zwischen die Anschlüsse E1 und E2 gelegt. Eine Diode CR1 arbeitete als Zenerdiode im Mangelbetrieb und liefert annähernd 3 Volt als Bezugsspannung für die integrierte Spannung U1. Das Potentiometer R28 gestattet eine Einstellung der geregelten Spannung von -3 Volt.Fig. 7 shows one form of electrical circuit for use in the radiation monitor. The integrated circuit U1 acts as a quasi-regulated voltage source and provides a regulated -3 volts at the circuit terminal E2 (-V) and an unregulated voltage of approximately 9 volts at the circuit terminal E1 (+V). The battery B1, which is preferably a miniature 12 volt battery, is connected between the terminals E1 and E2. A diode CR1 acts as a Zener diode in the deficiency mode and provides approximately 3 volts as a reference voltage for the integrated voltage U1. The potentiometer R28 allows the regulated voltage to be set to -3 volts.
Die integrierte Schaltung U4 arbeitete als ein Vergleicher. Sie wird durch einen positiv gerichteten Impuls von der integrierten Schaltung U3 ausgelöst, wie noch erläutert wird, und hält sich durch Hysterese (d. h., Rückkopplungswiderstand R7), um die lichtemittierende Diode CR3 (, welche den optischen Alarm LED 8 darstellt) dazu zu veranlassen, eingeschaltete zu bleiben. Der Ausgang der Schaltung U4 ist an die Basis des Treibertransistors Q1 angeschlossen, dessen Kollektor mit der lichtemittierenden Diode CR 3 gekoppelt ist. Die lichtemittierende Diode CR 3 wird durch eine 3-Volt-Hilfsbatterie gespeist.The integrated circuit U4 operated as a comparator. It is triggered by a positive-going pulse from the integrated circuit U3, as will be explained, and is maintained by hysteresis (i.e., feedback resistor R7) to cause the light-emitting diode CR3 (which represents the visual alarm LED 8) to remain on. The output of the circuit U4 is connected to the base of the driver transistor Q1, the collector of which is coupled to the light-emitting diode CR3. The light-emitting diode CR3 is powered by a 3-volt auxiliary battery.
Die Verwendung von getrennten 12-Volt- und. 3-Volt-Batterien in dem Überwachungsgerät stellt eine Sicherheitsmaßnahme gegen Ausfälle dar. Da die lichtemittierende Diode den größten Strombedarf hat, d. h., annähernd SOOmA benötigt, bleibt, wenn die lichtemittierende Diode aufgrund niedriger Batteriespannung ausfällt, der Rest der Schaltung, der durch die 12-Volt-Batterie gespeist wird, in Betrieb und liefert an den Benutzer einer Warnung, wenn hohe Pegel von Hochfrequenzenergie vorhanden sind. Da das Anzeigelicht (d. h., die lichtemittierende Diode) von einer gesonderten Batterie gespeist wird, ergibt sich eine maximale Lebensdauer für die Batterie, welche den Schallalarm speist. Die Batterie für den Schallalarm ist so ausgelegt, daß sie annähernd 30 Tage im Ruhemodus und 6 Stunden im Zustand kontinuierlichen Alarms durchhält. Das Strahlungswarnlicht hält annähernd 100 Stunden bei ständiger Einschaltung aus.The use of separate 12-volt and 3-volt batteries in the monitor provides a safety measure against failure. Since the light emitting diode has the greatest current requirement, i.e., requires approximately 500mA, if the light emitting diode fails due to low battery voltage, the remainder of the circuitry powered by the 12-volt battery will continue to operate and provide the user with a warning when high levels of radio frequency energy are present. Since the indicator light (i.e., the light emitting diode) is powered by a separate battery, this provides maximum life for the battery that powers the sound alarm. The battery for the sound alarm is designed to last approximately 30 days in sleep mode and 6 hours in continuous alarm. The radiation warning light will last approximately 100 hours of continuous on.
Die integrierte Schaltung U2 ist ein Operationsverstärker, der als Konditionierungsverstärkers mit einem Verstärkungsgewinn von annähernd 1000 geschaltet ist. Das Potentiometer R9 dient zur Verstärkungseinstellung. Der Verstärker verstärkt das Signal von dem Strahlungssensor, welcher an die Schaltungsanschlüsse E7 und E8 gelegt ist und verstärkt dieses Signal vor Weitergabe an die integrierte Schaltung U3.The integrated circuit U2 is an operational amplifier connected as a conditioning amplifier with a gain of approximately 1000. The potentiometer R9 is used to adjust the gain. The amplifier amplifies the signal from the radiation sensor, which is connected to the circuit terminals E7 and E8, and amplifies this signal before passing it on to the integrated circuit U3.
Der Widerstand R10, der an eine Seite des Potentiometers R9 angeschlossen ist, ist ein Fühlerwiderstand (d. h., ein thermisch empfindlicher Widerstand oder Thermistor und dient zur Kompensation von Temperaturänderungen derart, daß der Konditionierungsverstärker U2 bei Änderungen der Temperatur je nach Bedarf mehr oder weniger Verstärkungsgewinn hat.Resistor R10, connected to one side of potentiometer R9, is a sensing resistor (i.e., a thermally sensitive resistor or thermistor) and serves to compensate for temperature changes such that the conditioning amplifier U2 has more or less gain as needed with changes in temperature.
Die integrierte Schaltung U3 ist eine herkömmliche Schaltung, wie sie bei Rauchmeldern verwendet wird. Die Rauchmelderschaltung U3 liefert eine regulierte Spannung an ihrem Anschlußstift 1, welche im Falle der Überwachungsgeräteschaltung eine 3-Volt-Bezugsspannung gegenüber Erde ist. Die Widerstände R19 und R20 bilden ein Widerstandsnetzwerk, welches an dem Anschlußstift 2 der Schaltung U3 eine Alarm-Schwellwertspannung von 1 Volt vorgibt. Ein gebräuchlicher piezoelektrischer Wandler 6 ist über die Anschlüsse E4, E5 und E6 mit den Anschlußstiften 8, 9 und 10 der Schaltung U3 verbunden. Ein geeigneter Wandler, der hier verwendet werden kann, ist ein von Firm Murata-Erie Co. hergestelltes Teil mit der Nr. PKM 11-6A0.The integrated circuit U3 is a conventional circuit used in smoke detectors. The smoke detector circuit U3 provides a regulated voltage at its pin 1, which in the case of the monitor circuit is a 3 volt reference to ground. Resistors R19 and R20 form a resistor network which provides an alarm threshold voltage of 1 volt at pin 2 of the circuit U3. A conventional piezoelectric transducer 6 is connected to pins 8, 9 and 10 of the circuit U3 through terminals E4, E5 and E6. A suitable transducer which can be used here is a part number PKM 11-6A0 manufactured by Firm Murata-Erie Co.
Die Widerstandsschaltung, die in der gestrichelten Umgrenzung A gezeigt ist, ermöglicht in Verbindung mit dem Potentiometer R26 eine Einstellung zur Korrektur der Versatzvorspannung des Konditionierungsverstärkers U2.The resistance circuit shown in dashed outline A, in conjunction with the potentiometer R26, allows an adjustment to correct the offset bias of the conditioning amplifier U2.
Die Schaltung des Strahlungsüberwachungsgerätes nach der vorliegenden Erfindung arbeitet in der vorliegenden Weise. Der Strahlungssensor 44 erzeugt 1 Millivoltspannung je Milliwatt pro Quadratzentimeter Hochfrequenzenergie, welche auf ihn strahlt. Dieses Signal wird durch die Übertragungsleitung 68, welche oben beschrieben wurde, an den Eingang des Konditionierungsverstärkers U2 übertragen. Der Verstärker U2 verstärkt das Signal von 1 Millivolt von dem Strahlungssensor (d. h., wenn der Sensor mit 1 Milliwatt pro Quadratzentimeter Energie bestrahlt wird) um den Faktor 1000 zur Lieferung eines Ausgangssignals, welches annähernd 1 Volt hat. Das 1- Volt-Signal wir an den Anschlußstift 3 der Rauchmelderschaltung U3 gegeben. Wenn das verstärkte Signal vom Konditionierungsverstärker U2 größer als die Ein-Volt- Schwellwertspannung am Anschlußstift 2 der Schaltung U3 ist, so liefert der Ausgang der Schaltung U3 am Anschlußstift 12 einen positiv gerichteten Impuls über die Diode CR2 zum nichtinvertierenden Eingang (Kontaktstift 3) des Vergleichers U4.The radiation monitor circuit of the present invention operates in the following manner. The radiation sensor 44 produces 1 millivolt voltage for each milliwatt per square centimeter of radio frequency energy radiated thereon. This signal is transmitted through the transmission line 68 described above to the input of the conditioning amplifier U2. The amplifier U2 amplifies the 1 millivolt signal from the radiation sensor (i.e., when the sensor is irradiated with 1 milliwatt per square centimeter of energy) by a factor of 1000 to provide an output signal which is approximately 1 volt. The 1 volt signal is applied to pin 3 of the smoke detector circuit U3. When the amplified signal from the conditioning amplifier U2 is greater than the one volt threshold voltage at pin 2 of the circuit U3, the output the circuit U3 at pin 12 sends a positive-going pulse via the diode CR2 to the non-inverting input (pin 3) of the comparator U4.
In Abhängigkeit von diesem Impuls geht der Ausgang des Vergleichers U4 an dem Kontaktstift 6 auf eine positive Spannung über und spannt den Transistor Q1 in die Einschaltrichtung vor. Der Transistor Q1 leitet Strom durch die lichtemittierende Diode CR3 zum Aufleuchtenlassen der Diode des Strahlungsüberwachungsgerätes. Die Hysterese hält den Vergleicher U4 fest, bis die Schaltung rückgesetzt wird. Außerdem bewirkt die Rauchmelderschaltung U3, daß der piezoelektrische Schallalarm 6 (Fig. 3) ertönt, wenn der Schwellwert überschritten wird. Die Schaltung U3 überwacht ferner die Batteriespannung. Wenn die Batteriespannung auf annähernd 7,5 Volt abfällt, so bewirkt die Schaltung U3, daß der Schallalarm einen Zirpton alle 40 Sekunden abgibt. Wenn die Batteriespannung weiter abfällt, dann werden die von dem Schallalarm ausgesendeten Zirptöne häufiger, bis die Batteriespannung einen Wert erreicht hat, welche bewirkt, daß der Alarm einen kontinuierlichen Trillernton abgibt.In response to this pulse, the output of comparator U4 on pin 6 goes to a positive voltage and biases transistor Q1 in the on direction. Transistor Q1 conducts current through light emitting diode CR3 to illuminate the radiation monitor diode. Hysteresis holds comparator U4 until the circuit is reset. Additionally, smoke detector circuit U3 causes piezoelectric sound alarm 6 (Fig. 3) to sound when the threshold is exceeded. Circuit U3 also monitors battery voltage. When battery voltage drops to approximately 7.5 volts, circuit U3 causes the sound alarm to emit a chirp every 40 seconds. As battery voltage drops further, the chirps emitted by the sound alarm become more frequent until battery voltage reaches a level that causes the alarm to emit a continuous trilling sound.
Das Überwachungsgerät nach der vorliegenden Erfindung sieht ferner eine Selbstprüfung nach Einschaltung vor. Der Kondensator C2, der zwischen den Eingang (Kontaktstift 3) des Konditionierungsverstärkers U2 den geregelten 3-Volt-Ausgang der Schaltung U3 (am Kontaktstift 1) geschaltet ist, ist anfänglich ungeladen, so daß eine Testspannung an die Eingänge (Kontaktstifte 3 und 2) des Konditionierungsverstärkers U2 über den Spannungsteiler aus den Widerständen R16 und R17 und dem Eingangswiderstand R15 gelegt wird. Diese Prüfspannung beträgt annähernd 1 Millivolt, welche mit der Spannung verglichen wird, die von dem Strahlungssensor geliefert würde, wenn der Sensor mit einer Hochfrequenzenergie von 1 Milliwatt je Drahtzentimeter je Quadratzentimeter bestrahlt würde. Die Testspannung oder Prüfspannung wird durch die Schaltung U2 verstärkt und die Rauchmelderschaltung U3 bewirkt eine Schallalarmgabe und veranlaßt den Vergleicher U4 dazu, in den positiven Zustand an seinem Ausgang überzugehen, wodurch der Transistor Q1 eingeschaltet wird und die lichtemittierende Diode CR3 aufleuchtet. Der Vergleicher U4 wird unter diesen Prüfbedingungen oder Testbedingungen nicht festgehalten. Dies beruht darauf, daß der Kondensator C8, der zwischen die geregelte -3-Volt-Spannung und den positiven Speisespannungseingang (Kontaktstift 7) des Vergleichers U4 und eine Seite des Widerstandes R8, dessen andere Seite an die ungeregelte 9-Volt-Speisespannung gelegt ist, anfänglich ungeladen ist. Der Kondensator C8 verhindert, daß die positive Speisespannung zu dem Kontaktstift 7 des Vergleichers U4 geliefert wird. Die Schaltung U4 hält sich unter diesen Bedingungen nicht über den Hysterse- Rückkopplungswiderstand R7, bis der Kondensator C8 geladen ist zu dieser Zeit jedoch ist der Kondensator C2 voll aufgeladen worden und nimmt wirkungsmäßig die Prüfspannung von den Eingängen des Konditionierungsverstärkers U2 fort. Der Ausgang des Verstärkers U2 fällt daher unter den 1-Volt-Schwellwert, und das Ausgangssignal von der Schaltung U3 kehrt auf einen niedrigen Pegel zurück. Dies wiederum verursacht, daß das Ausgangssignal des Vergleichers U4 auf einen niedrigen logischen Signalpegel zurückkehrt, so daß der Transistor Q1 abgeschaltet und die lichtemittierende Diode CR3 als Warnlampe ausgeschaltet wird.The monitor of the present invention further provides a power-on self-test. Capacitor C2, connected between the input (pin 3) of conditioning amplifier U2 and the regulated 3-volt output of circuit U3 (at pin 1), is initially uncharged so that a test voltage is applied to the inputs (pins 3 and 2) of conditioning amplifier U2 through the voltage divider of resistors R16 and R17 and input resistor R15. This test voltage is approximately 1 millivolt which is compared to the voltage that would be provided by the radiation sensor if the sensor were irradiated with radio frequency energy of 1 milliwatt per wire centimeter per square centimeter. The test voltage is amplified by the circuit U2 and the smoke detector circuit U3 causes an audible alarm and causes the comparator U4 to go to the positive state at its output, thereby turning on the transistor Q1 and lighting the light emitting diode CR3. The comparator U4 is not held in place under these test conditions. This is because that capacitor C8, which is connected between the regulated -3 volt voltage and the positive supply voltage input (pin 7) of comparator U4 and one side of resistor R8, the other side of which is connected to the unregulated 9 volt supply voltage, is initially uncharged. Capacitor C8 prevents the positive supply voltage from being supplied to pin 7 of comparator U4. Circuit U4 does not hold up under these conditions across hysteresis feedback resistor R7 until capacitor C8 is charged; by this time, however, capacitor C2 has become fully charged and is effectively removing the test voltage from the inputs of conditioning amplifier U2. The output of amplifier U2 therefore falls below the 1 volt threshold and the output from circuit U3 returns to a low level. This in turn causes the output of comparator U4 to return to a low logic signal level, turning off transistor Q1 and extinguishing light emitting diode CR3 as a warning lamp.
Um sicherzustellen, daß die verschiedenen Kondensatoren und andere Bestandteile der elektronischen Schaltungsanordnung des Überwachungsgerätes vollständig entladen sind, wenn das Überwachungsgerät ausgeschaltet ist, wodurch Falschalarmangaben vermieden und ein Einrasten des Vergleichers U4 verhindert werden, dient ein einpoliger Umschalter als EIN-/AUS-Schalter 12. Die positive Seite der Batterie B1 ist mit einem Pol (51-1) (Fig. 3) des Schalters verbunden. Der bewegliche Anschluß (51-2) (Fig. 3) des Schalters ist mit dem Anschluß E1 der elektronischen Schaltungsträgerplatte verbunden. Der Anschluß E2 ist unmittelbar mit der negativen Klemme der Batterie und mit dem anderen Pol oder Kontakt (51-3) (Fig. 3) des Schalters verbunden. Wenn also der Schalter 12 sich in der Einschaltstellung befindet, so hat der bewegliche Kontakt S-2 Berührung mit dem Kontaktstück 51-1 zur Lieferung von Spannung von der Batterie B1 über die Anschlüsse E1 und E2. Wenn sich der Schalter in der Ausschaltstellung befindet, so hat der bewegliche Kontakt 51-2 Berührung mit dem gegenüberliegenden Kontaktstück 51-3 und erzeugt einen Kurzschluß zwischen den Klemmen E1 und E2. Nachdem der Transistor Q1 ausgeschaltet bleibt, wird, wenn die lichtemittierende Diode CR3 nicht leuchtet, ein vernachlässigbarer Strom aus der Batterie B2 bezogen, wenn das Überwachungsgerät ausgeschaltet ist.To ensure that the various capacitors and other components of the monitor's electronic circuitry are completely discharged when the monitor is turned off, thereby avoiding false alarm indications and preventing latching of comparator U4, a single pole, double throw switch serves as the ON/OFF switch 12. The positive side of battery B1 is connected to one pole (51-1) (Fig. 3) of the switch. The movable terminal (51-2) (Fig. 3) of the switch is connected to terminal E1 of the electronic circuit board. Terminal E2 is connected directly to the negative terminal of the battery and to the other pole or contact (51-3) (Fig. 3) of the switch. Thus, when switch 12 is in the on position, movable contact S-2 is in contact with contact piece 51-1 to supply voltage from battery B1 through terminals E1 and E2. When the switch is in the off position, the movable contact 51-2 is in contact with the opposite contact piece 51-3 and creates a short circuit between the terminals E1 and E2. Since the transistor Q1 remains off, if the light emitting diode CR3 is not lit, a negligible current is drawn from battery B2 when the monitor is turned off.
Eine Teilliste der in Fig. 7 gezeigten Schaltung ist nachfolgend angegeben. Auch die Anschlußstiftnummern gemäß Fig. 7 für die integrierten Schaltungen U1-U4 beziehen sich auf die Teile, die in der Liste aufgeführt sind, doch ist selbstverständlich in Betracht gezogen, daß Bauteile, welche mit denjenigen aus der Liste vergleichbar sind, und welche in gegenüber der Darstellung von Fig. 7 unterschiedlicher Weise zw schalten sind, für den Gebrauch auch geeignet sein können.A partial list of the circuit shown in Fig. 7 is given below. Also, the pin numbers in Fig. 7 for the integrated circuits U1-U4 refer to the parts shown in the list, but it is of course considered that components comparable to those in the list and connected in a different manner from that shown in Fig. 7 may also be suitable for use.
Teilliste für die Schaltung nach Fig. 7Partial list for the circuit according to Fig. 7
TRANSISTOR 2N4124 Q12N4124 Q1
LEITG., BUSS W1-2CONDUCTOR, BUSS W1-2
KONDENSATOR 22 uF C7-8CAPACITOR 22uF C7-8
KONDENSATOR 0,1 1 W C2, C3, C6CAPACITOR 0.1 1W C2, C3, C6
KONDENSATOR 0,01 kE C4, C5CAPACITOR 0.01 kE C4, C5
KONDENSATOR 0,001 uF C1CAPACITOR 0.001uF C1
LICHTEMITTIERENDE DIODE CR3LIGHT EMITTING DIODE CR3
DIODE CR2CR2
ZENERDIODE CR1ZENER DIODE CR1
IC CHIP - CA3169A U3IC CHIP-CA3169A U3
IC CHIP - CA3078 U1, U4IC CHIP-CA3078 U1, U4
IC CHIP - OP22EZ U2IC CHIP-OP22EZ U2
KONDENSATOR 1 uF C9CAPACITOR 1uF C9
POTENTIOMETER 1 MΩ R27, R28POTENTIOMETER 1 MΩ R27, R28
POTENTIOMETER 10 MΩ R26POTENTIOMETER 10 MΩ R26
WIDERSTAND 2,4 kΩ R32RESISTANCE 2.4 kΩ R32
WIDERSTAND 360 kΩ R9RESISTOR 360 kΩ R9
WIDERSTAND 62Ω R23RESISTANCE 62Ω R23
WIDERSTAND 3Ω R15, 22RESISTANCE 3Ω R15, 22
WIDERSTAND 200 Ω R8, 18RESISTANCE 200 Ω R8, 18
WIDERSTAND 2Ω R17, 31RESISTANCE 2Ω R17, 31
WIDERSTAND 6,2 MΩ R16RESISTANCE 6.2 MΩ R16
WIDERSTAND 510 kΩ R13-14, R20RESISTANCE 510 kΩ R13-14, R20
WIDERSTAND 10 kΩ R9, R11, R12RESISTANCE 10 kΩ R9, R11, R12
WIDERSTAND 680 Ω R10RESISTANCE 680 Ω R10
WIDERSTAND 2 MΩ R7RESISTANCE 2 MΩ R7
WIDERSTAND 3,3 MΩ R6RESISTANCE 3.3 MΩ R6
WIDERSTAND 5,1 MΩ R21RESISTANCE 5.1 MΩ R21
WIDERSTAND 820 kΩ R2, R5RESISTANCE 820 kΩ R2, R5
WIDERSTAND 1 MΩ R1, 3, 4, 19, 29RESISTANCE 1 MΩ R1, 3, 4, 19, 29
WIDERSTAND 100 kΩ R24RESISTANCE 100 kΩ R24
WIDERSTAND 51 kΩ R30RESISTANCE 51 kΩ R30
Die Batterie B1 ist eine 12-Volt-Minibatterie und ist in einem Behältnis 70 untergebracht, daß in einer Batteriekammer 40 des Gehäuses montiert ist. Die Batterie B2 hat bei einer Ausführungsform der Erfindung die Gestalt eines Paars von 1,5-Volt- Knopfbatterien, die in Reihe geschaltete sind und in einem gesonderten Behältnis 72 untergebracht sind, das eine Feder 74 enthält, um die Batterien gegen Kontakte im Gehäuse vorzuspannen.Battery B1 is a 12-volt miniature battery and is housed in a container 70 that is mounted in a battery chamber 40 of the housing. Battery B2, in one embodiment of the invention, takes the form of a pair of 1.5-volt button batteries connected in series and housed in a separate container 72 that contains a spring 74 to bias the batteries against contacts in the housing.
Um weiter sicherzustellen, daß keine Hochfrequenzenergie die ordnungsgemäße Wirkungsweise des Überwachungsgerätes beeinflußt, ist die Batteriekammer 40, welche die Batterien B1 und B2 beherbergt, mit zusätzlichem verlustbehaftetem Material 76 versehen, so daß die Behältnisse 70 und 72, welche die Batterien B1 und B2 jeweils aufnehmen, zumindest teilweise von dem Material umschlossen sind. Das Material 76 ist vorzugsweise über seine Dicke hin von der Rückwand 18 des Gehäuses zur leitfähigen Schirmplatte 48 zunehmend leitfähig, wie das auch zuvor für das verlustbehaftete Material der Halterung 46 beschrieben war.To further ensure that no radio frequency energy will interfere with the proper operation of the monitor, the battery chamber 40 which houses the batteries B1 and B2 is provided with additional lossy material 76 so that the receptacles 70 and 72 which house the batteries B1 and B2 respectively are at least partially enclosed by the material. The material 76 is preferably extended across its thickness from the rear wall 18 of the housing to the conductive shield plate 48 becomes increasingly conductive, as was previously described for the lossy material of the holder 46.
Das Strahlungsüberwachungsgerät nach der vorliegenden Erfindung detektiert präzise Hochfrequenzstrahlung, ohne daß das Gerät durch eine Streuung beeinflußt wird, die durch den Körper des Trägers verursacht ist. Die kompakte Größe des Gerätes gestattet es, daß es am Gürtel mitgeführt wird, wobei der Federclip 16 (Fig. 2) eingesetzt wird, oder daß das Gerät in der Tasche der Trägerperson mitgeführt wird. Das breitbandige Frequenz-Ansprechverhalten und die Unabhängigkeit von Polarisation machen das Überwachungsgerät hervorragend geeignet zur Verwendung in einer Vielzahl von Hochfrequenz-Umgebungsbedinungen. Der Schallalarm 6 liefert eine Warnung bezüglich der Einwirkung von Hochfrequenzenergie, und die lichtemittierende Diode 8 liefert ebenso eine optische Anzeige. Die lichtemittierende Diode bleibt eingeschaltete, so daß eine Aufzeichnung darüber gegeben ist, daß die Trägerperson einer Hochfrequenzenergiestrahlung ausgesetzt war, falls der Träger den Schallalarm nicht gehört hat, bevor er die Gefahrenzone verlassen hat.The radiation monitor of the present invention accurately detects radio frequency radiation without being affected by scattering caused by the wearer's body. The compact size of the monitor allows it to be worn on the belt using the spring clip 16 (Fig. 2) or carried in the wearer's pocket. The broad band frequency response and independence from polarization make the monitor eminently suitable for use in a variety of radio frequency environmental conditions. The sound alarm 6 provides a warning of exposure to radio frequency energy and the light emitting diode 8 also provides a visual indication. The light emitting diode remains illuminated so that a record is provided that the wearer has been exposed to radio frequency energy if the wearer did not hear the sound alarm before leaving the danger zone.
Das für Personen bestimmte Überwachungsgerät für elektromagnetische Strahlung nach der vorliegenden Erfindung ist weiter besonders geeignet zur Verwendung in Umgebungen, die stark lärmbelastet sind. Die Ohrstopfenanordnung 20 enthält Ohrstopfen, die in Verbindung mit Kopfhörern eingesetzt werden, und ist elektrisch nicht leitfähig, so daß eine Verletzung des Trägers vermieden wird und Fehlmessungen oder eine Beschädigung der elektronischen Schaltungsanordnung des Überwachungsgerätes verhindert wird. Die Velcro-Klettverschlußflecken (Velcro ist Handelsmarke), die an der Ohrstopfenanordnung und am Gehäuse des Überwachungsgerätes verwendet werden, gestatten es dem Träger, rasch und leicht die Ohrstopfenanordnung mit dem Wandler an dem Gehäuse zu verbinden, ohne daß eine elektrische Verbindung erforderlich ist.The personal electromagnetic radiation monitor of the present invention is also particularly suitable for use in high noise environments. The earplug assembly 20 includes earplugs used in conjunction with headphones and is electrically non-conductive to avoid injury to the wearer and prevent misreading or damage to the electronic circuitry of the monitor. The Velcro® (Velcro® is a trademark) fastener patches used on the earplug assembly and the housing of the monitor allow the wearer to quickly and easily connect the earplug assembly to the transducer on the housing without the need for an electrical connection.
Eine alternative Ausführungsform des Überwachungsgerätes für elektromagnetische Strahlung nach der vorliegenden Erfindung, im einzelnen ein in fester Position aufgestelltes Flächenüberwachungsgerät 100 für elektromagnetische Strahlung ist in Fig. 8 gezeigt. Das Überwachungsgerät enthält einen Sensor 121 für elektromagnetische Strahlung (in Fig. 9 dargestellt), einen leitfähigen Schirm 101, ein Gehäuse 102, ein leitfähiges elektronisches Gehäuse 103, das auf den leitfähigen Schirm gesetzt ist, und einen Halter aus zunehmend verlustbehaftetem Material in Gestalt einer ersten Schicht 118, einer zweiten Schicht 119 und einer dritten Schicht 120 (siehe Fig. 9).An alternative embodiment of the electromagnetic radiation monitoring device according to the present invention, in particular a A fixed position electromagnetic radiation area monitor 100 is shown in Fig. 8. The monitor includes an electromagnetic radiation sensor 121 (shown in Fig. 9), a conductive shield 101, a housing 102, a conductive electronic housing 103 placed on the conductive shield, and a holder of progressively lossy material in the form of a first layer 118, a second layer 119, and a third layer 120 (see Fig. 9).
Der Halter aus abgestuft verlustbehaftetem Material ist zwischen dem Strahlungssensor und dem leitfähigen Schirm angeordnet. Der Halter wird über seine Dicke hin von der ersten Schicht 118 zur dritten Schicht 120 zunehmend leitfähig.The holder made of graded lossy material is arranged between the radiation sensor and the conductive shield. The holder becomes increasingly conductive across its thickness from the first layer 118 to the third layer 120.
Das in fester Position montierte Flächenüberwachungsgerät 100 für elektromagnetische Strahlung ist dazu ausgebildet, einen Bereich nahe einer Quelle von hochfrequenzenergiehoher Leistung oder von Mikrowellenenergie zu überwachen. Im Falle eines Bruches oder des Ausfalls einer Komponente oder eines Bauteils erzeugt das Überwachungsgerät einen Alarm, wenn das Gerät Hochfrequenzleistung detektiert, die einen bestimmten Schwellwert übersteigt. Der Betriebsfrequenzbereich bei dem Gerät nach der vorliegenden Erfindung beträgt O,5 GHz bis 40 GHz.The fixed position mounted area electromagnetic radiation monitor 100 is designed to monitor an area near a source of high power radio frequency energy or microwave energy. In the event of a breakage or failure of a component or part, the monitor generates an alarm when the device detects radio frequency power that exceeds a certain threshold. The operating frequency range for the device according to the present invention is 0.5 GHz to 40 GHz.
Das Flächenüberwachungsgerät oder Bereichsüberwachungsgerät für elektromagnetische Strahlung ist mit einem Halter oder einer Basis aus abgestuft verlustbehaftetem Material, 118, 119, 120, ausgerüstet, wobei das Material über seine Dicke hin mit zunehmendem Abstand von dem Strahlungssensor 121 zunehmend mehr leitfähig wird. Der Halter besteht aus drei Schichten. Die erste, dem Strahlungssensor nächstliegende Schicht 118 hat einen Volumenwiderstand von annähernd 15kΩ je Kubikzentimeter und einen Oberflächenwiderstand von annähernd 20kΩ je Quadratzentimeter. Die zweite Schicht 119, die an der ersten Schicht 118 unmittelbar anliegt, und die dritte Schicht 120, die an der zweiten Schicht 119 unmittelbar anliegt, haben Volumenwiderstände bzw. Oberflächenwiderstände von annähernd 600Ω je Kubikzentimeter bzw. 150Ω je Kubikzentimeter und 2000Ω je Quadratzentimeter bzw. 500Ω je Quadratzentimeter. Die dritte Schicht 120, welche die Schicht mit dem geringsten spezifischen Widerstand ist, ist an dem leitfähigen Schirm 101 befestigt.The electromagnetic radiation area monitor is provided with a holder or base of graded lossy material, 118, 119, 120, which material becomes increasingly more conductive across its thickness with increasing distance from the radiation sensor 121. The holder is made of three layers. The first layer 118, closest to the radiation sensor, has a volume resistivity of approximately 15kΩ per cubic centimeter and a surface resistivity of approximately 20kΩ per square centimeter. The second layer 119, which is immediately adjacent to the first layer 118, and the third layer 120, which is immediately adjacent to the second layer 119, have volume resistivities and surface resistivities of approximately 600Ω per cubic centimeter or 150Ω per cubic centimeter and 2000Ω per square centimeter or 500Ω per square centimeter. The third layer 120, which is the layer with the lowest resistivity, is attached to the conductive screen 101.
Das Gehäuse 102 ist ein im wesentlichen rechteckiges, einstückiges extrudiertes Teil mit einem oberen Flächenbereich 111, einer ersten Seite 107, einer zweiten Seite 104, einer dritten Seite 105 gegenüber der ersten Seite, sowie einer vierten Seite 106 gegenüberliegend der zweiten Seite. Die vier Seiten sind zu den Rändern des leitfähigen Schirms 101 benachbart und senkrecht hierzu orientiert. An die zweite Seite 104 schließt sich eine Schrägfläche 108 an, die sich unter bestimmten Winkeln nach aufwärts erstreckt, um dann auf dem oberen Flächenbereich 111 zu treffen. In entsprechender Weise schließen sich Schrägflächen 109 und 110 an die dritte bzw. vierte Seite 105 und 106 an und erstrecken sich von dort unter einem bestimmten Winkel nach aufwärts, um wiederum auf den oberen Flächenbereich 111 zu treffen. Der · optimale Schrägungswinkel der Flächen 108, 109 und 110 beträgt 45º, so daß man eine minimale Feldverzerrung erhält.The housing 102 is a substantially rectangular, one-piece extruded part with an upper surface area 111, a first side 107, a second side 104, a third side 105 opposite the first side, and a fourth side 106 opposite the second side. The four sides are adjacent to and oriented perpendicular to the edges of the conductive shield 101. The second side 104 is adjoined by an inclined surface 108 which extends upwards at certain angles to then meet the upper surface area 111. In a corresponding manner, inclined surfaces 109 and 110 adjoin the third and fourth sides 105 and 106, respectively, and extend upwards from there at a certain angle to again meet the upper surface area 111. The optimal inclination angle of surfaces 108, 109 and 110 is 45º, so that a minimum field distortion is obtained.
Der obere Flächenbereich 111 trägt ein zylindrisches exirudiertes Teil oder eine Kappe 112, die den elektromagnetischen Strahlungssenor 121 umschließt. Die erste Seite 107 des Gehäuses 102 weist keinen abgeschrägten Teil ähnlich den Schrägflächen 108, 109 und 110 auf. Die erste Seite 107 liegt an dem leitfähigen Elektronikgehäuse 103 an. Das elektrisch leitfähige Gehäuse 103 enthält die elektronischen Schaltungsteile ähnlich denjenigen des für Personen bestimmten elektromagnetischen Strahlungs- Überwachungsgeräts, welches in den Fig. 1 bis 7 dargestellt ist und zuvor beschrieben wurde. Das leitfähige Elektronikgehäuse 103 kann jedoch auch eine Batterie 122 (in Fig. 9 dargestellt) innerhalb einer Batteriekammer 113 enthalten. Die Batterie 122 ist durch eine zweite Halterung 114 umgeben, welche ähnlich aus abgestuft verlustbehafteten Material gebildet sein kann, wie es im Gehäuse 102 enthalten ist. Weiter ist ein Alarm-Prüfknopf 115 gezeigt, der auf dem leitfähigen Elektronik- Gehäuse 103 angeordnet ist.The upper surface area 111 carries a cylindrical extruded part or cap 112 which encloses the electromagnetic radiation sensor 121. The first side 107 of the housing 102 does not have a beveled part similar to the bevels 108, 109 and 110. The first side 107 abuts the conductive electronics housing 103. The electrically conductive housing 103 contains the electronic circuitry similar to that of the personal electromagnetic radiation monitor shown in Figures 1-7 and previously described. However, the conductive electronics housing 103 may also contain a battery 122 (shown in Figure 9) within a battery chamber 113. The battery 122 is surrounded by a second support 114 which may be formed of a graded lossy material similar to that contained in the housing 102. Also shown is an alarm test button 115 which is arranged on the conductive electronics housing 103.
Wenn ein alarmauslösender Schwellwert der elektromagnetischen Strahlung eingestellt ist und dieser Wert überschritten wird, so erklingt ein piezoelektrischer Summer 117 und eine lichtemittierende Diode (LED) 116 leuchtet auf. In sicherer Umgebung kann die lichtemittierende Diode 116 zum intermittierenden Aufleuchten gebracht werden, so daß sie einmal alle 40 Sekunden dem Benutzer anzeigt, daß das Gerät in Betrieb ist und die Umgebung überwacht. Auch der Summer 117 kann zum intermittierenden Signal veranlaßt werden, so daß er einmal alle 40 Sekunden summt, wenn die Batteriespannung unter einen voreingestellten Minimalwert abfällt, beispielsweise 7,5 Volt. Ein Sicherheits-Schaltungsmerkmal kann, wie oben beschrieben, in die elektronische Schaltungsanordnung aufgenommen werden, so daß ein Alarmzustand auftritt, wenn der Sensor abgetrennt wird oder fehlerhaft ist. Die elektronische Schaltung, die innerhalb des elektrisch leitfähigen elektronischen Gehäuses 103 angeordnet ist, kann durch ein zweites Haltematerial oder Stützmaterial 114 umgeben sein, das auch die Batterie 122 umgibt.When an alarm threshold of electromagnetic radiation is set and this value is exceeded, a piezoelectric buzzer 117 sounds and a light emitting diode (LED) 116 illuminates. In a safe environment, the light emitting diode 116 can be made to illuminate intermittently so that it indicates to the user that the device is operating and monitoring the environment. The buzzer 117 can also be made to sound intermittently so that it buzzes once every 40 seconds when the battery voltage drops below a preset minimum value, for example 7.5 volts. A safety circuit feature can be incorporated into the electronic circuitry as described above so that an alarm condition occurs if the sensor is disconnected or faulty. The electronic circuit disposed within the electrically conductive electronic housing 103 may be surrounded by a second holding material or support material 114 that also surrounds the battery 122.
Es sei nun auf Fig. 9 Bezug genommen, in welcher eine Querschnittsansicht der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist. Fig. 9 zeigt ein in fester Position aufgestelltes Flächen-Überwachungsgerät 100 für elektromagnetische Strahlung mit einem leitfähigen Schirm 101, auf welchem das Gehäuse 102 und das leitfähige Elektronik-Gehäuse 103 montiert sind. Die Haube 112 enthält, wie dargestellt, das Sensorelement 121, das elektrisch mit dem leitfähigen Elektronik-Gehäuse 103 über die Leitung 124 gekoppelt ist. Man erkennt aus der Zeichnungsfigur, daß ein Halter aus abgestuft verlustbehaftetem Material 118, 119, 120 sich von dem leitfähigen Schirm 101 bis zur Basis oder dem Scheitel des Strahlungssensors 121 erstreckt. In einer alternativen Ausführungsform kann eine zweite Batterie 123 an dem leitfähigen Schirm 101 befestigt und von dem Haltematerial umgeben sein. Die zweite Batterie 123, welche in Fig. 9 dargestellt ist, ist eine gegebenenfalls nach Wunsch vorgesehene Reservebatterie.Referring now to Figure 9, there is shown a cross-sectional view of the above-described embodiment of the invention. Figure 9 shows an area electromagnetic radiation monitor 100 in fixed position with a conductive shield 101 on which the housing 102 and the conductive electronics housing 103 are mounted. The hood 112, as shown, contains the sensor element 121 which is electrically coupled to the conductive electronics housing 103 via the lead 124. It can be seen from the drawing figure that a holder of graded lossy material 118, 119, 120 extends from the conductive shield 101 to the base or apex of the radiation sensor 121. In an alternative embodiment, a second battery 123 may be attached to the conductive shield 101 and surrounded by the support material. The second battery 123, which is shown in Figure 9, is a backup battery, if desired.
Das Sensorelement 121 besteht aus zueinander orthogonal angeordneten Dünnfilm-Widerstands-Thermoelementen ähnlich denjenigen, wie sie in den US- Patenten 3,641,439; 3,794,914 und 4,518,912 beschrieben sind, und ähnlich der Anordnung, wie sie bezüglich des für Personen bestimmten Überwachungsgeräts für elektromagnetische Strahlung beschrieben wurde. Der höherfrequente Bereich des in fester Position aufgestellten Flächen-Überwachungsgeräts wird durch die Reihenanordnung abgedeckt, wie sie in dem US-Patent 4,629,978 beschrieben ist. Im einzelnen ist der Scheitel der Thermoelemente an der Außenfläche des den höchsten spezifischen Widerstand aufweisenden Halters positioniert, welcher dann an seinen Außenrändern abgeschrägt oder verjüngt ist. Die Abschrägung führt zu einem weiteren Einfallswinkel für den Empfang ankommender Energie, wodurch eine Feldverzerrung verhindert oder minimal gehalten wird.The sensor element 121 consists of orthogonally arranged thin-film resistance thermocouples similar to those used in the US Patents 3,641,439; 3,794,914 and 4,518,912 and similar to the arrangement described with respect to the personal electromagnetic radiation monitor. The higher frequency range of the fixed position area monitor is covered by the series arrangement as described in U.S. Patent 4,629,978. In particular, the apex of the thermocouples is positioned on the outer surface of the highest resistivity holder, which is then beveled or tapered at its outer edges. The bevel results in a wider angle of incidence for the reception of incoming energy, thereby eliminating or minimizing field distortion.
Das Ansprechen des Strahlungssensors 121 ist verhältnismäßig unabhängig von einer Polarisation oder der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung mit Ausnahme des Falles, in dem die Energie sich von einer Richtung hinter der Sensoreinheit und durch den leitfähigen Schirm 101 ausbreitet. Das Überwachungsgerät 100 wirkt als eine isotrope Antenne, welche sämtliche elektromagnetische Energie innerhalb des Raums empfängt, der auf der von der Halterung eingenommenen Seite der Ebene der leitfähigen Schirmoberfläche liegt.The response of the radiation sensor 121 is relatively independent of polarization or direction of propagation of the electromagnetic radiation, except when the energy propagates from a direction behind the sensor unit and through the conductive shield 101. The monitor 100 acts as an isotropic antenna which receives all electromagnetic energy within the space that lies on the side of the plane of the conductive shield surface occupied by the mount.
Es wurden zwar beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, doch versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf diese besonderen Ausführungsformen beschränkt ist und daß weitere Änderungen und Modifikationen vom Fachmann vorgenommen werden können, ohne daß die grundsätzlichen Gedanken der Erfindung verlassen werden.Although exemplary embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that the invention is not limited to these particular embodiments and that other changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the basic spirit of the invention.
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1992630585 Expired - Fee Related DE69230585T2 (en) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | Device for monitoring electromagnetic radiation |
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DE (1) | DE69230585T2 (en) |
-
1992
- 1992-11-30 DE DE1992630585 patent/DE69230585T2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE69230585D1 (en) | 2000-02-24 |
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Legal Events
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |