2022年低频电磁场的屏蔽分析 .pdf

低频电磁场的屏蔽分析1对于许多人而言， 低频磁场干扰是一种最难对付的干扰，这种干扰是由直流电流或交流电流产生的。 例如，由于炼钢的感应炉中有数万安培的电流，会在周围产生很强的磁场， 这个强磁场会使控制系统中的磁敏感器件失灵，最常见的磁敏感设备是彩色 CRT 显示器。在磁场的作用下，显示器屏幕上的图象会发生抖动、图象颜色会失真，导致显示质量严重降低，甚至无法使用。低频磁场往往随距离的衰减很快，因此在很多场 合，将磁敏感器件 远离磁场源是一个 减小磁场干扰的十分有效的措施。但当空间 的限制而无法 采取这个措施时 ，屏蔽是一个 十分有效的措施。但要注意 的是，低频磁场屏 蔽与与射 频屏蔽是完全不同 的，射频屏蔽可以 用铍铜复合材料 、银、锡或铝等材料 ，但这些材料 对磁场没有任何屏蔽作用。只有高导磁率的铁磁合金能 屏蔽磁场。1. 基本原理根据电磁屏 蔽的基本原理 ，低频磁场由于 其频率低，趋肤效 应很小，吸收损耗很小，并且由于其波阻抗 很低，反射损耗也 很小，因此单纯靠吸收和反射 很难获得需要 的屏蔽效能 。对这种低频磁场， 要通过 使用高导磁率材料提供 磁旁路来实现屏蔽，如图 1 所示。由于屏 蔽材料 的导磁 率很高，因此为 磁场提供了 一条磁阻很低的 通路，因此空间 的磁场会 集中在屏 蔽材料 中，从而使敏感器件 免受磁场干扰。图 1 高导磁率材料提供了 磁旁路，起到屏蔽作用从这个机理上看，显然屏蔽体分流的磁场 分量越多，则屏蔽效能 越高。根据这个原理，我们可以用电路的的计算方 法来计算磁屏蔽效果。用两个并联的电阻分别表示屏蔽材料 的磁阻和空间 的磁阻，用电 路分析的方法来计算磁场的 分流，由此可以 计算屏蔽效果。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 从公式中可以看出，屏蔽材料 的导磁 率越高、越厚，则屏蔽效能 越高。另外，b 越小，屏蔽效能 越高，这意味着，屏蔽体距离所 保护的空间越近，则效果越好 。低频电磁场的屏蔽分析22. 基本 概念3. 屏蔽材料如前所述，磁屏蔽需要高 导磁率材料 ，满足这种要求的材料是铁镍合金，这种材料具有很高的磁导率。一种常用的 合金的化学成分如表 1 所示。这种 材料名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 在正确热处 理的条件下，起始磁导率（直流，磁 通密度为 40 高斯）可达到 60 ，000 ，最高磁导率可达到 400 ，000 。磁导率并不 是固定不变的，它会随外加磁场、频 率等变化。磁导率随频率的变化如图 2 所示。从图中可以看出，不同厚度的材料的频率特性也不一样，较厚的材料磁导率随频率下降更快一些。图 2 磁导率与 频率关系磁导率还与外加磁场强 度有关，当外加磁场强 度较低时，磁导 率随外加磁场的增加而升高，当外加磁场强 度超过一定值时，磁导率急剧下降，这时称材料发生了饱和，典型高导磁率材料 的磁导 率随外加磁场的 变化如图 3 所示。材料一旦发生饱和，就失去了磁屏蔽作用。材料的磁导 率越高，越容易饱 和。因此，在很强的磁场中， 磁导率很高的材料可能并没 有良好的屏蔽效能。在选材料时 ，关键一点是选择同时具有适当饱和特性和足够磁导率的材料。表 2 给出了一些常用合金的的磁 特性。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 图 3 常用高磁导率的磁导 率与外加磁场的 关系低频电磁场的屏蔽分析34. 注意 事项高导磁率材料 在机械冲击 的条件下会 极大地 损失磁 性，导致屏 蔽效能 下降。因此，屏蔽体在经过机械加 工后，如敲击、焊接、折弯 、钻孔等，必须经 过热处理以 恢复磁性。热处理要在特定条件下 进行，一般要在干燥氢气 炉中以一定的速率加热到 1177 C， 保持 4 个小时，然后以 一定的速率降温到室温。 由于热处 理的条件极其 严格， 因此 最好是委托材料厂家进行 屏蔽体的加工，在工件完成后，进行热处理。如果，用户一定要自己加工，记住要按照材料 厂家提出的条件对屏蔽体进行热处理，以获得 最佳屏蔽效能 ，最理想的方法是 将工件寄到厂家进行 热处 理。在对拼接处进行焊接 时， 要使用屏 蔽材料 母料做焊接填充 料， 这样可以 保证焊缝 处的高导磁率。如果屏蔽效能要 求较低，也可以采 用点焊或铆接的方式固定 ，但要注意 拼接处的屏蔽材料要有一 定的重叠，以保证磁通路 上较小磁阻。当需要 屏蔽的磁场很强 时，仅用单层屏蔽材料 ，不是达不到屏蔽要求，就是会发生 饱和。这时，一种方法是增加材料的厚度 。但更有效的方法是使用 组合屏蔽，将一个屏 蔽体放在另一个屏蔽体内，它们之间留有气隙。气隙内 可以填充任何非导磁率材料 做支撑 ，如铝。组合屏蔽的屏 蔽效能 比单个屏蔽体高得多，因此 组合屏蔽能够将磁场衰减 到很低的 程度。5. 实际应用计算机 的 CRT 显示器 受到磁场干扰而发生图象 扭曲、失真、 滚动等现象是最常见的磁干扰 现象。对这种干扰， 最有效的方法是将显示器屏 蔽起来。屏蔽有两种方法，一种是 仅对显象 管屏蔽，如图 4 所示，另一种是对 整个显示器屏 蔽，如图 5 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 图 4 显象管屏蔽罩图 5 显示器屏 蔽罩根据前面所述的磁屏 蔽理论，屏蔽体将要保护器件包的越紧，则屏蔽效果越好。因此，仅将显象管屏蔽起来方法屏蔽效果更好 。但这需要将 显示器 拆开，重新安装屏蔽，不是一般条件下可以做的。并且 ，这种方法中使用的屏 蔽罩往往需要按照显象管的实际尺寸订做 ，成本很高。在实际中，将显示器整体屏蔽起来是更加实用的方法。当显示器发生 了磁场干扰 时，用户只要采 购一台标准 的显示器屏蔽罩就可以解决问题 了。当磁场不是很强 时， 仅用一块高导磁率材料 遮挡一下也能够解决问题 。 例如，在一个 办公区域中， 使用着大约 20 多台工作站， 其中有几台的屏幕发生 了抖动。调查表明，干扰源是在显示器 正下方的电力电缆。电缆中的电流 每相仅有 30 安培，结果是，在显示器 处测量的磁场强 度超过了 70 毫高斯。解决的方法是在 地板，显示器 与电缆之间，放置一块高导磁率屏蔽材料 ，然后在屏蔽材料 上盖一块名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 地毯，如图 6 所示。图 6 高导磁率材料能 遮挡磁场在办公室的另一位置，由于 靠近配电盘，两台工作站的显示器 必须进行 屏蔽。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -