现代科技的发展论文

磁屏蔽就是将电磁场干扰源至仪器设备的传输途径“切断”，从而达到消除或减弱干扰源对仪器设备的不良影响效果。下面我给大家分享一些磁屏蔽现代科技论文，大家快来跟我一起欣赏吧。

磁屏蔽技术及其应用

摘 要：文章介绍了磁屏蔽的意义与应用，分析了磁屏蔽技术的基本原理与方法以及所采用的材料，同时还介绍了目前磁屏蔽技术应用的具体装置形式和未来的发展趋势。

关键词：磁屏蔽;零磁空间;磁屏蔽室

引言

随着工业、交通、电力及生活等设施的急剧增加，人们正处在一个日益复杂的电磁环境中，地磁场在区局部范围内也已变得越来越复杂，图1为某地的地磁场变化情况。然而，随着科技水平的发展，在精密测量、地球物理、地质勘探、航空航天、计量测试等诸多领域里，对外界环境磁场的要求却有越来越高，许多精密电子设备与测试仪器，要求空间环境不能存在干扰磁场。比如，在航空航天及船舶中导航用的陀螺仪，干扰磁场严重影响着其导航精度，必须对干扰磁场进行消除或降低;作为时间基准的原子钟，为了保证精准性，也必须将地磁场消除;还有高分辨率的电子显微镜，环境中的波动磁场也影响着其电子成像质量，同样需要消除环境磁场的变化。另外，在许多与磁性有关的科学研究领域里，需要营造一个零磁场环境。例如磁性探测仪器的零磁场标定，材料或器件的无磁性检测，生物在无磁环境里的生理反应研究等等，均需要一个相对的零磁场空间。这就要求我们必须利用磁屏蔽技术，在一定范围内屏蔽或消除外界的干扰磁场，从而营造一个相对的零磁场或静磁场空间。

1 磁屏蔽的基本原理

磁屏蔽的概念

电磁屏蔽，就是将电磁场干扰源至仪器设备的传输途径“切断”，从而达到消除或减弱干扰源对仪器设备的不良影响效果。根据被屏蔽的对象不同，可将其分为两大类：一类是对电磁场干扰源进行屏蔽，使其传播到屏蔽外的干扰电磁场减弱，如对医学上核磁共振仪的屏蔽;另一类是对特定的仪器设备进行屏蔽，使其不受外界环境电磁场的干扰，保证其正常工作，如对导航用的陀螺仪的屏蔽。根据电磁场的性质及屏蔽机理的不同，电磁屏蔽分为静电屏蔽、电磁屏蔽和静磁屏蔽。静电屏蔽主要是对电场的屏蔽，利用的是导体静电平衡原理;电磁屏蔽主要是对高频电磁场屏蔽，利用涡电流原理;而静磁屏蔽(简称磁屏蔽)则是对静磁场或低频电磁场进行屏蔽，利用的是磁路分流原理。文章讨论的是磁屏蔽问题。

磁屏蔽的原理

静磁场是稳恒电流或永久磁体产生的磁场。静磁屏蔽是利用高磁导率μ的铁磁材料做成屏蔽罩以屏蔽外磁场。它与静电屏蔽作用类似而又有不同。

静磁屏蔽的原理可以用磁路的概念来说明。如将铁磁材料放在成截面如图2和图3的回路，则在外磁场中，绝大部份磁场集中在铁磁回路中。这可以把铁磁材料与空腔中的空气作为并联磁路来分析。因为铁磁材料的磁导率比空气的磁导率要大几千倍，所以空腔的磁阻比铁磁材料的磁阻大得多，外磁场的磁感应线的绝大部份将沿着铁磁材料壁内通过，而进入空腔的磁通量极少。这样，被铁磁材料屏蔽的空腔就基本上没有外磁场，从而达到静磁屏蔽的目的。材料的磁导率愈高，筒壁愈厚，屏蔽效果就愈显著。因常用磁导率高的铁磁材料如软铁、硅钢、坡莫合金做屏蔽层，故静磁屏蔽又叫铁磁屏蔽。

静电屏蔽的效果是非常好的，这是因为金属导体的电导率要比空气的电导率大十几个数量级，而铁磁物质与空气的磁导率的差别只有几个数量级，通常约大几千倍。所以静磁屏蔽总有些漏磁。为了达到更好的屏蔽效果，可采用多层屏蔽，把漏进空腔里的残余磁通量一次次地屏蔽掉。

屏蔽效果的度量

对于磁屏蔽，根据需求通常用磁屏蔽效能和剩磁两种方式来衡量其效果。磁屏蔽效能计算公式为：SEH=20lg■，单位为分贝;而剩磁指的是屏蔽后的剩余磁场，单位是nT。

2 常用的磁屏蔽材料

根据磁屏蔽的原理，材料的磁导率愈高，屏蔽效果就愈显著。因此磁屏蔽材料一般都选用磁导率高的材料，常用的高导磁材料有纯铁(电工软铁) 、电磁钢板(硅钢片)、坡莫合金板、非晶态合金带以及微晶合金带材等。另外与屏蔽性能有关的还有材料的饱和磁通密度Bs和矫顽力。材料的饱和磁通密度Bs越大，就越能吸收外界磁场，屏蔽效果也就越好，在屏蔽强磁场时特别重要。材料的矫顽力越低，越容易降低屏蔽后的剩磁，在屏蔽弱磁场时特别重要。在设计磁屏蔽装置时，要针对具体的环境磁场和屏蔽要求。综合考虑材料的以上三个参数及整个磁屏蔽装置的结构。表1列举了常用磁屏蔽材料的基本参数。

3 磁屏蔽技术应用及装置

静磁屏蔽在电子器件中有着广泛的应用。例如变压器或其他线圈产生的漏磁通会对电子的运动产生作用，影响示波管或显像管中电子束的聚焦。为了提高仪器或产品的质量，必须将产生漏磁通的部件实行静磁屏蔽。在手表中，在机芯外罩以软铁薄壳就可以起防磁作用。

通用零磁空间

这类磁屏蔽装置主要作为标准的零磁空间使用，为仪器标定、无磁测量等工作服务，其结构如图4所示。根据磁屏蔽的性能和尺寸要求有不同的规格。

大型磁屏蔽室

这类磁屏蔽装置主要为各种高性能的电子显微镜、高性能仪器设备服务，其结构如图5所示。需要根据仪器设备的要求和现场环境进行单独设计制作。

磁屏蔽元件

这类磁屏蔽元件通常为某些特定仪器设备所研制的，是作为某些仪器(如陀螺仪，原子钟等)结构的一部分， 在设计时既要考虑屏蔽性能，还要考虑结构性能等因素，如图6所示。

4 磁屏蔽技术的发展趋势

磁屏蔽技术通常有两种方法，一种叫做被动式磁屏蔽，即采用磁导率较高的软磁材料围成一个特定空间，而被动地将外界环境磁场屏蔽在该特定空间之外，常用的磁屏蔽材料有电工纯铁、硅钢片、内磁屏蔽钢及坡莫合金等。另一种叫做主动式屏蔽，即采用通电线圈产生一个与干扰磁场大小相等方向相反的磁场去主动抵消外界的干扰磁场，从而达到磁屏蔽的目的。被动式磁屏蔽采用的磁路分流的原理，技术相对比较成熟，屏蔽性能稳定可靠，但需要耗费大量的软磁材料，成本较高，施工周期长。而主动式磁屏蔽技术采用的正负磁场抵消的办法，由于外界磁场随时变化，所以反向磁场的控制困难较大。再者，磁场在本质上是不能被抵消掉的，此消则彼长，很难在较大空间范围内完全消除干扰磁场。目前实际应用中主要还是采用被动式屏蔽，主动式磁屏蔽技术应用还不多，但主动式磁屏蔽技术不需要耗费软磁材料，安装施工周期也短，且易于拆装运输，可以重复，是磁屏蔽技术未来的发展方向。

参考文献

[1]杨士元.电磁屏蔽理论与实践[M].北京：国防工业出版社.

[2]赖祖武.电磁屏蔽的理论基础[M].北京：原子能出版社.

[3]万刚，李荣德.电磁屏蔽材料的进展[J].屏蔽技术与屏蔽材料，2003(1).

[4]周克定.工程电磁场数值计算的理论方法及应用[M].北京：高等教育出版社，1994.

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