Что такое магнитное экранирование. Как работают магнитные экраны. Какие материалы используются для создания магнитных экранов. Где применяется магнитное экранирование. Какие проблемы решает экранирование магнитных полей.
Что такое магнитное экранирование и как оно работает
Магнитное экранирование — это технология защиты от воздействия магнитных полей. Ее основная цель — уменьшить напряженность магнитного поля в определенной области пространства или локализовать поле в заданном объеме.
Как работает магнитное экранирование? Принцип действия основан на перераспределении силовых линий магнитного поля. Экранирующий материал с высокой магнитной проницаемостью «оттягивает» на себя силовые линии, в результате чего в защищаемой области напряженность поля снижается.
Важно понимать, что полностью устранить магнитное поле невозможно. Экранирование позволяет лишь значительно ослабить его в нужной зоне. Степень ослабления зависит от свойств экранирующего материала и конфигурации экрана.
Основные методы и материалы для магнитного экранирования
Какие методы используются для создания магнитных экранов? Наиболее распространенными являются:
- Применение ферромагнитных экранов
- Использование сверхпроводящих экранов
- Компенсационный метод
Рассмотрим подробнее каждый из этих методов:
Ферромагнитные экраны
Это наиболее распространенный тип магнитных экранов. Они изготавливаются из материалов с высокой магнитной проницаемостью — специальных сплавов на основе железа, никеля и кобальта. Как работают такие экраны?
При помещении ферромагнитного материала во внешнее магнитное поле происходит его намагничивание. Возникающее при этом собственное поле экрана противоположно по направлению внешнему полю. В результате сложения этих полей внутри экранируемой области напряженность суммарного поля значительно снижается.
Эффективность ферромагнитных экранов зависит от магнитной проницаемости материала, его толщины и формы. Для усиления экранирующего эффекта часто применяют многослойные конструкции.
Сверхпроводящие экраны
Принцип действия сверхпроводящих экранов основан на эффекте Мейснера — полном вытеснении магнитного поля из объема сверхпроводника. Как это работает?
При изменении внешнего магнитного поля в сверхпроводнике возникают незатухающие токи, создающие собственное поле, в точности компенсирующее изменение внешнего поля. В результате магнитное поле внутри сверхпроводящего экрана остается неизменным.
Преимущество сверхпроводящих экранов — возможность практически полного подавления магнитного поля. Однако их применение ограничено необходимостью поддержания сверхнизких температур.
Компенсационный метод
Суть метода заключается в создании дополнительного магнитного поля, компенсирующего исходное. Как это реализуется на практике?
С помощью специальных катушек (обычно катушек Гельмгольца) создается магнитное поле, равное по величине и противоположное по направлению экранируемому полю. При сложении этих полей результирующая напряженность в защищаемой области стремится к нулю.
Преимущество метода — возможность динамической подстройки компенсирующего поля. Недостаток — необходимость постоянного энергопотребления.
Области применения магнитного экранирования
Где используется технология магнитного экранирования? Основные сферы применения включают:
- Медицину
- Научные исследования
- Промышленность
- Транспорт
- Энергетику
- Бытовую электронику
Рассмотрим некоторые конкретные примеры использования магнитных экранов:
Магнитное экранирование в медицине
В медицине экранирование применяется для защиты чувствительного диагностического оборудования от внешних помех. Например, магнитно-резонансные томографы требуют экранированных помещений для получения качественных изображений.
Также экранирование используется для создания систем магнитной навигации при проведении малоинвазивных хирургических вмешательств.
Применение в научных исследованиях
В научных лабораториях магнитные экраны применяются для проведения высокоточных измерений сверхслабых магнитных полей. Это необходимо, например, в экспериментах по изучению квантовых эффектов или при разработке сверхчувствительных магнитометров.
Экранирование в промышленности
В промышленности магнитное экранирование используется для защиты оборудования от помех, создаваемых мощными электродвигателями, трансформаторами и другими источниками сильных магнитных полей.
Также экранирование применяется при производстве электронных компонентов для предотвращения нежелательных наводок.
Материалы для магнитного экранирования
Какие материалы используются для создания магнитных экранов? Основные типы включают:
- Магнитомягкие сплавы на основе никеля (пермаллои)
- Аморфные и нанокристаллические сплавы
- Ферриты
- Сверхпроводящие материалы
Рассмотрим свойства и особенности применения этих материалов:
Магнитомягкие сплавы
Наиболее распространенные материалы для магнитного экранирования. К ним относятся различные марки пермаллоев — сплавов никеля с железом. Чем характеризуются эти материалы?
- Высокая магнитная проницаемость (до 100 000 и выше)
- Низкая коэрцитивная сила
- Малые потери на перемагничивание
Примеры коммерческих марок: MuMetal, Permalloy, Co-NETIC. Применяются для экранирования как постоянных, так и переменных полей низких частот.
Аморфные и нанокристаллические сплавы
Относительно новый класс магнитомягких материалов. В чем их особенности?- Сверхвысокая магнитная проницаемость (до 1 000 000)
- Низкие магнитные потери
- Возможность изготовления сверхтонких лент
Примеры: сплавы на основе железа типа FINEMET. Эффективны для экранирования высокочастотных полей.
Ферриты
Керамические магнитные материалы. Их преимущества:
- Высокое электрическое сопротивление
- Низкие потери на высоких частотах
- Возможность формования изделий сложной формы
Применяются преимущественно для экранирования высокочастотных полей в диапазоне от сотен кГц до ГГц.
Проектирование и изготовление магнитных экранов
Создание эффективных магнитных экранов — сложная инженерная задача. Какие факторы необходимо учитывать при проектировании?
- Характеристики экранируемого поля (напряженность, частота, пространственное распределение)
- Требуемую степень ослабления поля
Геометрию защищаемого объекта- Условия эксплуатации (температура, влажность, механические нагрузки)
Как происходит процесс разработки магнитного экрана?
- Анализ исходных данных и постановка задачи экранирования
- Выбор материалов и метода экранирования
- Расчет и оптимизация конструкции экрана (часто с применением компьютерного моделирования)
- Изготовление прототипа и испытания
- Доработка конструкции по результатам испытаний
- Разработка технологии серийного производства
Какие технологические особенности необходимо учитывать при изготовлении магнитных экранов?
- Необходимость финишной термообработки для достижения оптимальных магнитных свойств
- Чувствительность материалов к механическим деформациям
- Требования к чистоте обработки поверхностей и качеству сборки
Измерение эффективности магнитного экранирования
Как оценить, насколько хорошо работает магнитный экран? Основной параметр — коэффициент экранирования, показывающий во сколько раз ослабляется поле. Как его измерить?
- Измеряется напряженность поля в точке без экрана
- Устанавливается экран
- Повторно измеряется поле в той же точке
- Рассчитывается отношение напряженностей — это и есть коэффициент экранирования
Какие приборы используются для измерений? Основные типы:
- Магнитометры на основе эффекта Холла
- Феррозондовые магнитометры
- СКВИД-магнитометры (для сверхслабых полей)
Важно проводить измерения в широком диапазоне частот, чтобы оценить эффективность экрана в различных условиях.
Перспективы развития технологий магнитного экранирования
Какие направления развития технологий магнитного экранирования наиболее перспективны?
- Разработка новых материалов с улучшенными магнитными характеристиками
- Создание «умных» экранов с адаптивными свойствами
- Миниатюризация экранов для применения в микроэлектронике
- Развитие методов компьютерного моделирования и оптимизации конструкций
Какие проблемы предстоит решить? Основные вызовы включают:
- Повышение эффективности экранирования в широком диапазоне частот
- Снижение массогабаритных характеристик экранов
- Обеспечение стабильности свойств при длительной эксплуатации
- Разработка экологически безопасных материалов
Развитие технологий магнитного экранирования открывает новые возможности в различных областях науки и техники — от фундаментальных исследований до бытовой электроники. Эффективная защита от нежелательных магнитных полей становится все более важной задачей в современном мире.
МАГНИТНОЕ ЭКРАНИРОВАНИЕ • Большая российская энциклопедия
МАГНИ́ТНОЕ ЭКРАНИ́РОВАНИЕ, предназначено для уменьшения напряжённости постоянного или низкочастотного магнитного поля в к.-л. области пространства либо для локализации магнитного поля в заданной области пространства. В отличие от экранирования электрич. поля, ослабление магнитного поля до его полного исчезновения невозможно. Магнитное экранирование с целью ослабления внешнего магнитного поля широко используют в медицине и ряде областей науки и техники, связанных с измерениями сверхслабых (с магнитной индукцией до 10–14 Тл) магнитных полей. Локализация магнитных полей (экранирование магнитных полей рассеяния) используется в силовой электротехнике и электронике в тех случаях, когда магнитные поля трансформаторов, постоянных магнитов, сильноточных цепей и др.
Ферромагнитные экраны
Экранирующее действие полого цилиндра из ферромагнитного вещества с большой магнитной проницаемостью. Остаточное магнитное поле внутри цилиндра Ввнутр≪Ввнеш.
– кожухи или шунты, выполненные из листовых или массивных ферромагнетиков с большой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой. При намагничивании материала такого экрана внешним полем возникают поля, сложение которых с внешним полем приводит к увеличению магнитной индукции в ферромагнетике и уменьшению её значения в экранируемой области пространства (рис.). Для увеличения эффективности экран составляют из нескольких слоёв ферромагнетика, разделённых немагнитными слоями. В этом случае экранирующая способность существенно выше, чем у одиночного слоя с толщиной, равной сумме толщин отд. слоёв.
Сверхпроводящие экраны
основаны на способности сверхпроводника вытеснять из себя магнитное поле за счёт Мейснера эффекта. При всяком изменении магнитного поля в сверхпроводнике в соответствии с правилом Ленца возникают индукционные токи, магнитное поле которых полностью компенсирует изменение величины магнитного поля в сверхпроводнике. В отличие от обычного проводника, индукционные токи в сверхпроводнике не затухают и поддерживают компенсирующий эффект сколь угодно долго. К недостаткам сверхпроводящих экранов можно отнести их высокую стоимость, наличие внутри экрана остаточного магнитного поля, равного по величине полю, существовавшему в нём до перехода материала экрана в сверхпроводящее состояние, а также то, что в большинстве известных материалов сверхпроводимость существует только при низких температурах (за исключением высокотемпературных сверхпроводников) и разрушается в сильных магнитных полях (величина индукции критич. магнитного поля зависит от типа сверхпроводника и может достигать десятков Тл).
Компенсационный метод
обеспечивает уменьшение внешнего поля путём создания дополнит. магнитного поля, равного по величине и направленного противоположно внешнему полю, с помощью спец. катушек. Обычно используют катушки Гельмгольца – две одинаковые коаксиальные тонкие круглые катушки, разнесённые на расстояние их радиуса, по которым пропускают электрич. ток соответствующей величины.
Магнитное поле может также экранироваться потоком плазмы или ионизованного газа. Такой метод компенсации вряд ли имеет практич. значение, но влияет на распределение магнитных полей в космич. пространстве.
МАР – материал для экранирования магнитного поля
Высокоэффективные, гибкие, тонкие, рулонные магнитные экраны МАРЭкраны 1К и 1Ф являются гибкими рулонными материалами и изготавливаются из лент аморфных и нанокристаллических сплавов на основе кобальта и железа. Экранирующий материал является полностью российской разработкой, за счет чего достигается его низкая стоимость.
Благодаря своим уникальным свойствам, позволяют эффективно подавлять шумы электронного и электротехнического оборудования, например, компьютеров, мобильных телефонов. Также превосходно подходят для экранирования магнитных полей силовых энергетических установок, ЛЭП, трансформаторов и кабелей, а также для создания экранированных объемов и помещений для предотвращения влияния поля земли или внешнего магнитного поля искусственного происхождения.
Общая толщина пленки для экранирования МП – 85 мкмОсновные области применения при экранировании магнитного и электрического поля:
- предотвращение явления интерференции, вызванной внешними или внутренними источниками магнитных полей, например, кабельные трассы, навигационное оборудование, мобильные телефоны, цифровые видеокамеры, персональные компьютеры и другие электронные и электротехнические устройства
- магнитное экранирование жилых, коммерческих и производственных помещений, размещенных вблизи силовых линий или распределительных подстанций
- экранированные объемы для предотвращения влияния ЭМП искусственного или естественного происхождения на биологические объекты и чувствительное оборудование, например, системы электронно-лучевой литографии, магниторезонансные томографы, магнитометрическое оборудование, геолого-разведывательные зонды, экранированные камеры и боксы.
- защита персонала при работе в обстановке повышенных уровней ЭМ полей (например, одежда для сварщиков).
Основные характеристики материала
Тип материала МАР | 1К | 1Ф |
Длина х ширина | 150000 х 500 мм | |
Толщина | 80 мкм | |
Масса 1 кв. м | 250±20 гр | |
Индукция насыщения | 0,56 Тл | 1,5 Тл |
Относительная начальная магнитная проницаемость | 25000 mнач | 15000 mнач |
Относительная максимальная магнитная проницаемость | 600000 mмакс | 450000 mмакс |
Температура эксплуатации | — 40 ~ +40оС | — 40 ~ +80оС |
- Применяемые материалы проходят специальную предварительную термическую обработку, что качественно решает вопрос экранирования магнитных полей уровнем до 300 микро Тесла в частотном диапазоне 0. ..100 кГц.
- Малая толщина материала обеспечивает его высокую гибкость, легкость при сохранении высокой прочности.
- При деформации материала (гибка, резка), электротехнические и магнитные свойства практически не изменяются.
- За счет клеевой основы, легко наносится на поверхность. Режется материал легко.
Корпорация магнитного щита | Сплавы для экранирования магнитного поля
Наш мю-металлический лист, фольга, полоса, стержень и проволока доступны для немедленной отправки с нашего предприятия в Чикаго, штат Иллинойс, США. Все материалы соответствуют международным и военным стандартам ASTM A753 Alloy 4 (UNS N14080) и MIL-N-1441C Comp 1. Мы являемся поставщиком магнитного экранирования №1 в мире. Свяжитесь с нами сейчас и получите свое предложение сегодня!
Запрос на квоту
Эта миниатюрная камера Zero Gauss представляет собой портативный универсальный настольный магнитный экран. Используйте этот ZG-Mini для калибровки датчиков, измерений смещения, обнуления датчика или хранения чувствительных компонентов. 25 000:1 уменьшение поля Земли
Страница продукта
Выберите один из трех наборов для инженерной лаборатории, чтобы построить прототип щита и провести практические оценочные эксперименты (подробнее)…
Купить лабораторные наборы для оценки
Имеющиеся на складе, наши стандартные экранирующие корпуса подходят для защиты от рассеянных магнитных полей, которые мешают работе электронных компонентов на уровне платы. Также доступны нестандартные или модифицированные размеры.
Обзор стандартных размеров
Отжиг — это процесс термообработки с контролируемой атмосферой, который обеспечивает защиту с высочайшей проницаемостью. После изготовления вашего магнитного экрана наш процесс Perfection Annealing рекристаллизует материал, что максимизирует эффективность экрана (подробнее)…
Читать далее
ПРИСОЕДИНЯЙТЕСЬ К НАШИМ НОВОСТЯМ
Будьте в курсе. Присоединиться.
Получайте технические обновления защиты и многое другое. Найдите практические темы, знания и ресурсы по защите от электромагнитных помех.
Адрес электронной почты
Рекомендуемые продукты
Посмотреть все продуктыMaterial Types: LOW FIELD SHIELDING ALLOYS
View All Material Types
MuMETAL®
Technical Data
Co-NETIC®
Technical Data
NETIC®
Technical Data
CRYO-NETIC®
Технические данные
Co-NETIC® B
Технические данные
Обслуживаемые отрасли
Несмотря на то, что наши материалы и продукты для экранирования магнитного поля используются для экранирования слабого поля в широком спектре отраслей, корпорация Magnetic Shield предоставляет отраслевой опыт, инженерно-технические ноу-хау и консультации по проектированию, чтобы помочь решить все более сложные высокотехнологичные проблемы электромагнитных помех.
Наш MuMETAL® и другие марки запатентованных экранирующих сплавов и продуктов, которые очень эффективны для смягчения электромагнитных полей, часто используются в большинстве приложений, обеспечивая надежный и воспроизводимый метод снижения частотных помех.
ISO 9001:2015, мы также обеспечиваем изготовление научных камер на заказ и предлагаем модульную комнату MuROOM®, комнату с магнитным экранированием, построенную из немагнитных материалов. Широкий спектр отраслей промышленности использует наши экранирующие магнитное поле листы, фольгу, а также экраны для кабелей и проводов. Вы найдете нашу продукцию в аэрокосмической и оборонной, электротехнической и электронной, медицинской, научно-исследовательской, коммуникационной и энергетической отраслях и во многих других областях. Узнать больше
- Аэрокосмическая промышленность и оборона
- Электротехника, электроника и полупроводники
- Транспорт Воздушный, Автомобильный, Железнодорожный
- Медицинский
- Научно-исследовательские лаборатории
- Научно-исследовательские университеты
- OEM и потребительские товары
- Коммуникации
- Мощность энергии
Все о экранировании Часто задаваемые вопросы | Корпорация Magnetic Shield
Часто задаваемые вопросы — экранирование от электромагнитных помех
Как работают магнитные экраны?
Что такое магнитное поле?
Обзор магнитных полей и экранов?
Как измерять магнитные поля в гауссах?
Что такое магнитная проницаемость?
Что мы подразумеваем под магнитомягким ферромагнитным материалом?
Будет ли магнитный щит блокировать эффекты полей?
Разрушает ли резка сплава его свойства?
Следует ли экранировать источник помех или чувствительное устройство?
Какие проблемы возникают при использовании магнитного экранирующего материала в условиях высокого вакуума?
Какое влияние оказывает нагрев магнитного материала на свойства его магнитного экранирования?
Какое влияние оказывает криогенное охлаждение магнитного материала на свойства его магнитного экранирования?
Почему MuMETAL® и Co-NETIC® не работают при криогенных температурах?
Как я могу экранировать один магнит, чтобы он не взаимодействовал с другим, находящимся рядом?
Каковы диапазоны частот электромагнитных помех (EMI) и электромагнитной совместимости (EMC)?
В чем разница между полями постоянного и переменного тока?
В чем разница между радиочастотным и магнитным экранированием?
Почему предлагаются как Ferrite NETIC® S3-6, так и Co-NETIC® AA из никелевого сплава?
Почему сплав Co-NETIC® AA предлагается как в отожженном, так и в отожженном состоянии?
Что такое MuMETAL®?
Почему предлагается MuMETAL®?
Почему сплав MuMETAL® должен подвергаться окончательному отжигу для достижения характеристик магнитного экранирования?
Калькулятор логарифмической линейки с магнитным экраном Примеры решения задач?
Каковы особенности изготовления и проектирования экранов?
Магнитное экранирование Реальности?
Чем посоветуете экранировать комнату?
Как измерить магнитное поле с помощью датчика EP?
Переплетенный кабель INTER-8® VS. Обычный кабель с витой парой?
Что вы предлагаете в слюде?
Где я могу получить копию сертификата ISO компании Magnetic Shield?
Как использовать одноосевой измеритель магнитного поля переменного тока #EF-401? (Плюс характеристики и функции)
Глоссарий терминов экранирования
Отжиг: Обработка металла, сплава или другого материала путем нагревания до заданной температуры, выдержки в течение определенного времени и последующего охлаждения до комнатной температуры .
Затухание: Коэффициент, используемый для измерения эффективности данного щита. Отношение выражается как напряженность поля в данной точке по сравнению с результирующей напряженностью поля в той же точке с установленным магнитным экраном. Экран, обеспечивающий снижение в 100 раз, имеет затухание 100:1.
Коэрцитивная сила: Магнитная сила, необходимая для размагничивания вещества. Также называется принуждением.
Точка Кюри: Температура, при которой изменяется магнетизм; температура, при которой в некоторых веществах, например в железе, происходит изменение магнитных характеристик с ферромагнитных на парамагнитные.
Поле постоянного/переменного тока: Неизменяющееся или, возможно, медленно меняющееся магнитное поле. Поля постоянного тока могут исходить от Земли, постоянного магнита или катушки с постоянным током.
Электромагнитное поле (ЭМП): Силовое поле, связанное с движущимся электрическим зарядом и состоящее из электрического и магнитного полей, генерируемых под прямым углом друг к другу.
Электромагнитные помехи (EMI): Помехи, вызванные излучением электрического или магнитного поля.
ELF: Обозначает чрезвычайно низкую частоту, обычно относящуюся к магнитным полям от 0,5 до 100 Гц.
Ферромагнетизм: сильная намагниченность, индуцированная слабым полем: свойство некоторых веществ, включая железо и некоторые сплавы, при которых приложение слабого магнитного поля в определенном диапазоне температур вызывает сильный магнетизм.
Ферромагнетик: Обладает свойством ферромагнетизма. Железо, кобальт и никель относятся к ферромагнитным металлам.
Поток: Сила магнитного поля, представленная силовыми линиями. Символ f
Частота: Частота магнитного поля, измеряемая в циклах в секунду (Гц), обычно равна рабочей частоте источника поля.
Гаусс: Количество силовых линий магнитного поля (потока), испускаемых на квадратный сантиметр.
Индукция: Относится к магнитным силовым линиям….см. Плотность магнитного потока.
Напряженность магнитного поля: Описывает напряженность магнитного поля в свободном пространстве*. (*на некотором расстоянии от источника)
Плотность магнитного потока: Описывает концентрацию магнитных силовых линий в материале.
MuMETAL®: Зарегистрированное торговое наименование высокопроницаемого сплава, используемого для магнитного экранирования.