低頻磁場(chǎng)的屏蔽解讀

1、低頻磁場(chǎng)的屏蔽對(duì)于許多人而言， 低頻磁場(chǎng)干擾是一種最難對(duì)付的干擾， 這種干擾是由直流 電流或交流電流產(chǎn)生的。 例如，由于煉鋼的感應(yīng)爐中有數(shù)萬安培的電流， 會(huì)在周 圍產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)， 這個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)會(huì)使控制系統(tǒng)中的磁敏感器件失靈， 最常見的磁 敏感設(shè)備是彩色CRT顯示器。在磁場(chǎng)的作用下，顯示器屏幕上的圖象會(huì)發(fā)生抖 動(dòng)、圖象顏色會(huì)失真，導(dǎo)致顯示質(zhì)量嚴(yán)重降低，甚至無法使用。低頻磁場(chǎng)往往隨 距離的衰減很快，因此在很多 場(chǎng)合，將磁敏感器件遠(yuǎn)離磁場(chǎng)源是一個(gè)減小磁場(chǎng) 干擾的十分有效的措施。 但當(dāng)空間的限制而無法采取這個(gè)措施時(shí)， 屏蔽是一個(gè)十 分有效的措施。但要注意的是，低頻 磁場(chǎng)屏蔽與與射頻屏蔽是完全不同的，射

2、 頻屏蔽可以用鈹銅復(fù)合材料、 銀、錫或鋁等材料， 但這些材料對(duì)磁場(chǎng)沒有任何屏 蔽作用。只有高導(dǎo)磁率的鐵磁合金能屏蔽磁 場(chǎng)。1. 基本原理根據(jù)電磁屏蔽的基本原理， 低頻磁場(chǎng)由于其頻率低， 趨膚效應(yīng)很小， 吸收損 耗很小，并且由于其波阻抗很低， 反射損耗也很小， 因此單純靠吸收和反射很難 獲得需要的屏蔽效能。 對(duì)這種低頻磁場(chǎng)， 要通過使用高導(dǎo)磁率材料提供磁旁路來 實(shí)現(xiàn)屏蔽， 如圖 1所示。由于屏蔽材料的導(dǎo)磁率很高， 因此為磁場(chǎng)提供了一條磁 阻很低的通路， 因此空間的磁場(chǎng)會(huì)集中在屏蔽材料中， 從而使敏感器件免受磁場(chǎng) 干擾。圖 1 高導(dǎo)磁率材料提供了磁旁路，起到屏蔽作用用兩個(gè)并聯(lián)的電阻從這個(gè)機(jī)理上看，

3、 顯然屏蔽體分流的磁場(chǎng)分量越多， 則屏蔽效能越高。 根據(jù) 這個(gè)原理，我們可以用電路的的計(jì)算方法來計(jì)算磁屏蔽效果。分別表示屏蔽材料的磁阻和空間的磁阻, 由此可以計(jì)算屏蔽效果。用電路分析的方法來計(jì)算磁場(chǎng)的分流,計(jì)算屏蔽效果H i = H 0 Rs /( Rs + R 0)式中：H i =屏蔽體內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H 0 =屏蔽體外的磁場(chǎng)強(qiáng)度Rs =屏蔽體的磁阻Ro =空氣的磁阻磁阻的計(jì)算公式磁阻=S /（卩A）因此圓形管子的磁阻為式中：S =磁路長(zhǎng)度卩=m 0 m r卩r =屏蔽材料的相對(duì)磁導(dǎo)率A=磁通流過的面積Rs = P b /（卩 0 屮 2t L ）為了簡(jiǎn)單，設(shè)截面為正方形, 管子內(nèi)空氣的磁阻為：

4、R）= 2 b /（4屏蔽效能為:0 2b L)SE = H 0/H i對(duì)于高導(dǎo)磁率屏蔽材料,Rs < < RoSE = Ro / Rs = 2，因此，屏蔽效能為:m r t / P b從公式中可以看出, b越小，屏蔽效能越高，屏蔽材料的導(dǎo)磁率越高、越厚，則屏蔽效能越高。另外, 這意味著，屏蔽體距離所保護(hù)的空間越近，則效果越好。2. 基本概念磁場(chǎng)強(qiáng)度（H ）:單位是奧斯特，與磁場(chǎng)源的強(qiáng)度和距離有關(guān)磁通密單位是高斯，度量穿過每平方厘米的磁力線數(shù)量，與源的方向度 （B ）:有關(guān)磁導(dǎo)率 （卩）:表征材料為磁力線提供通路的能力， 卩=B / H飽和強(qiáng)度：在飽和強(qiáng)度下，材料不能再通過多余的磁

5、力線磁阻 （_）.表征材料對(duì)通過磁通的阻礙特性，定義為： R = L /卩A , L是 磁 （）:磁通路徑長(zhǎng)度（cm , A截面面積（cmb3. 屏蔽材料如前所述，磁屏蔽需要高導(dǎo)磁率材料，滿足這種要求的材料是鐵鎳合金， 這 種材料具有很高的磁導(dǎo)率。一種常用的合金的化學(xué)成分如表1所示。這種材料在 正確熱處理的條件下，起始磁導(dǎo)率（直流，磁通密度為40高斯）可達(dá)到60,000, 最高磁導(dǎo)率可達(dá)到400，000。表1成分NiMoMnSiFe數(shù)量（%804.20.50.35其余磁導(dǎo)率并不是固定不變的，它會(huì)隨外加磁場(chǎng)、頻率等變化。磁導(dǎo)率隨頻率的 變化如圖2所示。從圖中可以看出，不同厚度的材料的頻率特性也不

6、一樣， 較厚 的材料磁導(dǎo)率隨頻率下降更快一些。圖2磁導(dǎo)率與頻率關(guān)系磁導(dǎo)率還與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度較低時(shí)，磁導(dǎo)率隨外加磁場(chǎng) 的增加而升高，當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度超過一定值時(shí)， 磁導(dǎo)率急劇下降，這時(shí)稱材料發(fā) 生了飽和，典型高導(dǎo)磁率材料的磁導(dǎo)率隨外加磁場(chǎng)的變化如圖 3所示。材料一旦 發(fā)生飽和，就失去了磁屏蔽作用。材料的磁導(dǎo)率越高，越容易飽和。因此，在很 強(qiáng)的磁場(chǎng)中，磁導(dǎo)率很高的材料可能并沒有良好的屏蔽效能。 在選材料時(shí)，關(guān)鍵 一點(diǎn)是選擇同時(shí)具有適當(dāng)飽和特性和足夠磁導(dǎo)率的材料。 表2給出了一些常用合 金的的磁特性。材料飽和強(qiáng)度（高斯）磁導(dǎo)率最咼起始鐵磁合金（80%!）8，000400， 00060

7、， 000鐵磁合金（48%!）15， 000150， 00012， 000硅鋼20， 0005，0003，000碳鋼22， 0003，0001，000圖3常用高磁導(dǎo)率的磁導(dǎo)率與外加磁場(chǎng)的關(guān)系4. 注意事項(xiàng)保持4個(gè)小時(shí)，然后以一定的速率降溫到室溫。由于熱處 因此最好是委托材料廠家進(jìn)行屏蔽體的加工， 在工件完成后, 用戶一定要自 己加工，記住要按照材料廠家提出的條件對(duì) 以獲得最佳屏蔽效能，最理想的方法是將工件寄到廠家進(jìn)行高導(dǎo)磁率材料在機(jī)械沖擊的條件下會(huì)極大地?fù)p失磁性，導(dǎo)致屏蔽效能下降。 因此，屏蔽體在經(jīng)過機(jī)械加工后，如敲擊、焊接、折彎、鉆孔等，必須經(jīng)過熱處 理以恢復(fù)磁性。熱處理要在特定條件下進(jìn)行，

8、一般要在干燥氫氣爐中以一定的速 率加熱到1177° C， 理的條件極其嚴(yán)格， 進(jìn)行熱處理。如果， 屏蔽體進(jìn)行熱處理， 熱處理。在對(duì)拼接處進(jìn)行焊接時(shí)， 要使用屏蔽材料母料做焊接填充料， 這樣可以保證 焊縫處的高導(dǎo)磁率。 如果屏蔽效能要求較低， 也可以采用點(diǎn)焊或鉚接的方式固定， 但要注意拼接處的屏蔽材料要有一定的重疊，以保證磁通路上較小磁阻。當(dāng)需要屏蔽的磁場(chǎng)很強(qiáng)時(shí)，僅用單層屏蔽材料，不是達(dá)不到屏蔽要求，就 是會(huì)發(fā)生飽和。 這時(shí)，一種方法是增加材料的厚度。 但更有效的方法是使用組合 屏蔽，將 一個(gè)屏蔽體放在另一個(gè)屏蔽體內(nèi)，它們之間留有氣隙。氣隙內(nèi)可以填 充任何非導(dǎo)磁率材料做支撐，如鋁。組合

9、屏蔽的屏蔽效能比單個(gè)屏蔽體高得多， 因此組合屏蔽能 夠?qū)⒋艌?chǎng)衰減到很低的程度。5. 實(shí)際應(yīng)用計(jì)算機(jī)的CRT顯示器受到磁場(chǎng)干擾而發(fā)生圖象扭曲、 失真、滾動(dòng)等現(xiàn)象是最 常見的磁干擾現(xiàn)象。 對(duì)這種干擾， 最有效的方法是將顯示器屏蔽起來。 屏蔽有兩 種方法，一種是僅對(duì)顯象管屏蔽，如圖 4 所示，另一種是對(duì)整個(gè)顯示器屏蔽，如 圖 5 所示。圖 4 顯象管屏蔽罩圖 5 顯示器屏蔽罩根據(jù)前面所述的磁屏蔽理論，屏蔽體將要保護(hù)器件包的越緊，則屏蔽效果 越好。因此，僅將顯象管屏蔽起來方法屏蔽效果更好。但這需要將顯示器拆開， 重新安裝 屏蔽，不是一般條件下可以做的。并且，這種方法中使用的屏蔽罩往 往需要按照顯象管的實(shí)際尺寸訂做， 成本很高。在實(shí)際中， 將顯示器整體屏蔽起 來是更加實(shí)用的 方法。當(dāng)顯示器發(fā)生了磁場(chǎng)干擾時(shí)，用戶只要采購一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的 顯示器屏蔽罩就可以解決問題了。當(dāng)磁場(chǎng)不是很強(qiáng)時(shí)， 僅用一塊高導(dǎo)磁率材料遮擋一下也能夠解決問題。 例如， 在一個(gè)辦公區(qū)域中， 使用著大約 20多臺(tái)工作站， 其中有幾臺(tái)的屏幕發(fā)生了抖動(dòng)。 調(diào)查表明，干擾源是在顯示器正下方的電力電纜。