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4.3 磁场屏蔽

大多数设备对磁场干扰都不敏感,但是对于某些设备,如电子显微镜、生物脑电波扫描仪、核磁共振成像系统、质谱仪等一些电子系统则可能是致命的,磁场会对这些利用磁场工作的设备产生影响,如 CRT 中的电子束在外界磁场干扰下,电子束的偏转会发生变化,造成图像失真,当外界磁场的变化频率与场扫描频率相同时,图像仅仅发生扭曲变形,当外界磁场的频率与场扫描频率不同时,图像会发生滚动。

只要有电流变化的地方,都会有磁场的变化。在我们的生活空间中,经常会发生磁场干扰现象。例如,电气化铁路附近、高层建筑中的电梯、车间里的电焊设备、电镀槽、电弧炉和感应加热炉等,在它们工作时都伴随有大的电流变化,从而产生磁场的变化。由于这些干扰的频率很低(通常是50Hz与60Hz的工频交流电,有些甚至是直流电),这些问题处理起来是非常棘手的。

4.3.1 磁场屏蔽原理

对于甚低频或直流磁场的屏蔽,可使用铁磁性材料将敏感器件包起来。利用铁磁性材料的低磁阻和高磁导率特性,可以对外界磁场起到磁通分路作用,使敏感器件周围的磁力线集中在屏蔽材料中,从而使屏蔽体内的磁场大大减弱,对敏感器件起到了磁屏蔽作用。

图4-4所示为磁场屏蔽的原理。

图4-4 磁场屏蔽的原理

4.3.2 磁场屏蔽的设计要点

屏蔽体的材料和形状是非常关键的,因为这些直接影响磁场屏蔽效果,设计时可以参考以下几点。

(1)选用高磁导率的材料,如坡莫合金等,这些材料与铁相比,具有高磁导率和低磁通密度。但有时磁导率很高的材料在强磁场中会失去屏蔽性能。这是因为这些材料在强磁场中发生了磁饱和现象,材料的磁导率越高,越容易饱和。所以设计中要选择一种材料,既能提供足够的屏蔽能力,又不至于发生饱和,具体处理措施参见下面第6点的内容。

(2)除了选用合适的磁材外,还可以增加屏蔽体的截面积(壁厚)、尽量缩短磁路的长度以增加磁场屏蔽的效能。

上面两点的目的都是减小屏蔽体磁阻。

(3)被屏蔽的物体不要放在紧贴屏蔽体上,这样可以尽量减少通过被屏蔽物体内的磁通。

(4)注意磁屏蔽体的结构设计,接缝、通风孔都能增加屏蔽体的磁阻,降低屏蔽效果。因此,为了有利于减小屏蔽体在磁场方向的磁阻,应使缝隙或长条通风孔循着磁场方向分布。

(5)理论上,完全的封闭体的磁屏蔽效果最为理想,但在实践中,一些不封闭的结构,如五面体或更少的结构,甚至是平板磁材也能提供满足要求的屏蔽效果。注意,当使用平板时,应使平板体的长度和宽度大于干扰源到敏感器件之间的距离。

(6)对于强磁场的屏蔽,为了在非常强的磁场中保护坡莫合金,防止发生磁路饱和,还要保证有较高的衰减量,需要采取多层屏蔽或添加高磁导率、高饱和点的铁合金。以一个双层屏蔽体为例,如果外部为强磁场,外层屏蔽体就要选用磁导率相对较低、不易饱和的材料(如硅钢),先将磁场衰减到一定程度,然后再用磁导率很高的材料做进一步衰减;如果内磁场为强磁场,则磁材次序就要颠倒过来。总之,靠近干扰源的部分要用低磁导率的材料。

(7)在安装内、外两层屏蔽体时,磁路上要互相绝缘。当没有接地要求时,可用绝缘材料作为支撑件。一般来讲,屏蔽体要兼有防止电场感应的作用,因此通常是要求接地的。此时,可用非铁磁材料(如铜、铝等)作为支撑件。 qPQeHUhIkdzERgqvQ4Le1QPZN0JgKi19R9ROkPosjvPOR0dQ9SQrEXXOh7tbs49I

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