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实验室方案

系列之五 几种改善电磁环境方法比较
发布时间:2023-11-01 浏览:208

       被动式低频电磁屏蔽主要有两种方法,区别在于屏蔽材料:一种是使用高导磁材料(如钢、硅钢、玻莫合金等),另一种是使用高导电材料(如铜、铝等材料),虽然两种方法的工作机理不同,但是均可达到较好的减弱环境磁场效果。

       A.使用高导磁材料(以下简称磁路分流法)的理论依据是:使用高导磁材料将一个有限空间A全维度包裹起来,在环境磁场强度为Ho时,由于高导磁材料的磁阻远远小于空气(普通Q195钢板磁导为4000,硅钢为8000~12000,玻莫合金为24000,空气为近似1),借用欧姆定律可以知道,当Rs远小于Ro时,Hi将远小于Ho。磁力线被低磁阻材料分流,有限空间A内的磁场强度下降到Hi,达到消磁效果(参见图一和图二。其中Ri为A空间的空气磁阻,Rs为屏蔽体的磁阻)。屏材内部的磁畴在磁场作用下产生振动,将磁能以热量的形式耗散。

       由于硅钢和玻莫合金都存在导磁率各向异性、施工时不能敲击和折弯焊接(虽然理论上可以热处理改善,但实际上面对这样大型的固定式产品,那是不可能的,办不到啊),所以它们实际效能要大大打一个折扣!不过在某些特殊部位,不需要敲击折弯和焊接的情况下,做补充或加强还是可以的。

       善)等特点,且价格昂贵,所以在电镜磁屏蔽中一般不会大量应用,仅见于少数特殊部位(如门缝、波导口等)

       磁路分流法的屏效与屏材厚度有关,大致成线性相关,理论上可以做到无限小。

       B.使用高导电材料(以下简称感生磁场法)的理论依据是:使用高导电材料将一个有限空间全维度包裹起来,环境磁场以其电场分量作用于屏蔽体,产生感生电动势,进而产生感生电流以及感生磁场。从电磁学基本原理可知,这个感生磁场与原有磁场大小相同(由于存在电阻,所以会略小一点)、方向相反(由于存在相位差,所以相位略有滞后),这样有限空间内的磁场被抵消,强度下降,达到消磁效果。

       有兴趣还可以参考三相异步鼠笼式电动机的工作情况,这样可以对感生磁场法有进一步的理解,注意异步鼠笼式电动机无论如何不可能达到旋转磁场(50Hz×60s=3000转/分钟)的转速,因为那时鼠笼条不能切割磁力线,也就不能产生感应电流、不能产生感生磁场、失去驱动力了。

       感生磁场法的屏效与屏材厚度在一定范围区间内无关。

       C.两种方法的共同之处:拼接焊缝需要全满焊、焊缝高度不得低于屏蔽体母材厚度;必须注意各种尺度的开口及波导口设计。设计/制作是否成功,将严重影响屏效(适用木桶短板理论)。另外还需注意,屏蔽室內电镜位置的震动不得大于周边环境(曾经多次检测到磁场合格了,震动却反而比原来更大造成超标)。

       从它们的基本工作原理可以看出(磁畴在DC磁场下不会振动以产生热能的形式消耗磁场能量;DC磁场也不能产生感生反向电动势),磁路分流法和感生磁场法对DC完全无效。对near DC也基本无效(必要时还是要配备一套主动式消磁器改善near DC电磁干扰)。

       D.简单列个表格比较一下吧(相同部分就不说了):

       仔细分析下来,还是磁路分流法占优。据本人非准确统计,国内现有磁屏蔽约400~600个,其中大多数是磁路分流法,感生磁场法估计约十分之一二。

       主动式低频消磁器在本系列之四《主动式低频消磁系统》中介绍过了,这里就不重复了,直接比较一下吧。

       与制作重量大、工期长、额外占用空间和成本高的低频电磁屏蔽相比。主动式低频消磁器体积小重量轻价格低、对环境无影响、可以后期购买安装等优点是很突出的。

       不过还有一点必须说一下:磁屏蔽往往是个“交钥匙”项目,就是说做磁屏蔽时往往连带把电、水、空调、照明、网络还有监控什么的统统包括进去了,如果反正要改造的话,性价比倒也挺高的呢。

       总体说来,被动式磁屏蔽的效果优于消磁器,但是由于前述原因,某些环境下也只能选配消磁器。

       扫描电镜一般几种方法都区别不大,透射电镜建议还是尽量选用磁屏蔽(差点忘了说,透射电镜对磁场要求一般比扫描电镜要高一大截呢,呵呵)。