低频电磁场的屏蔽分析资料

《低频电磁场的屏蔽分析资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低频电磁场的屏蔽分析资料（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、低频电磁场的屏蔽分析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

2、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

3、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。 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低频电磁场的屏蔽分析 2 2.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 在正确热处理的条件下，起始磁导率（

4、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

5、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。 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低频电磁场的屏蔽分析 3 4.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

6、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

7、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。 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

8、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 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。