Permanent magnet magnetic field shielding, alternating magnetic field shielding

Upang bawasan ang lakas ng magnetic field ng isang permanenteng magnet o isang low-frequency na alternating magnetic field na may mga alternating na alon sa isang partikular na rehiyon ng espasyo, gumamit ng magnetic shielding… Kumpara sa isang electric field, na medyo madaling protektado ng application Mga cell ng Faraday, ang magnetic field ay hindi maaaring ganap na ma-screen, maaari lamang itong humina sa ilang lawak sa isang tiyak na lokasyon.

Sa pagsasagawa, para sa mga layunin ng siyentipikong pananaliksik, sa medisina, sa geology, sa ilang mga teknikal na larangan na may kaugnayan sa espasyo at nukleyar na enerhiya, ang napakahina na mga magnetic field ay madalas na pinangangalagaan, pagtatalaga sa tungkulin na bihirang lumampas sa 1 nT.

Pinag-uusapan natin ang tungkol sa parehong permanenteng magnetic field at variable magnetic field sa isang malawak na hanay ng frequency. Ang magnetic field induction ng Earth, halimbawa, ay hindi lalampas sa 50 μT sa karaniwan; ang naturang field, kasama ang high-frequency na ingay, ay mas madaling mapahina sa pamamagitan ng magnetic shielding.

Pagdating sa pagprotekta sa mga stray magnetic field sa power electronics at electrical engineering (mga permanenteng magnet, mga transformer, mga high current circuit), kadalasan ay sapat na lamang na i-localize ang isang makabuluhang bahagi ng magnetic field sa halip na subukang alisin ito nang buo. Ferromagnetic na kalasag — para sa pagprotekta sa mga permanenteng at mababang frequency na magnetic field

Ang una at pinakamadaling paraan upang maprotektahan ang magnetic field ay ang paggamit ng isang ferromagnetic shield (katawan) sa anyo ng isang silindro, sheet o globo. Ang materyal ng naturang shell ay dapat magkaroon mataas na magnetic permeability at mababang puwersang pamimilit.

Kapag ang naturang kalasag ay inilagay sa isang panlabas na magnetic field, ang magnetic induction sa ferromagnet ng shield mismo ay lumalabas na mas malakas kaysa sa loob ng shielded area, kung saan ang induction ay magiging mas mababa.

Isaalang-alang natin ang isang halimbawa ng isang screen sa anyo ng isang guwang na silindro.

Ipinapakita ng figure na ang mga linya ng induction ng panlabas na magnetic field na tumagos sa dingding ng ferromagnetic screen ay pinalapot sa loob nito at direkta sa cylinder cavity, samakatuwid ang mga linya ng induction ay magiging mas bihira. Iyon ay, ang magnetic field sa loob ng silindro ay mananatiling minimal. Para sa mataas na kalidad na pagganap ng kinakailangang epekto, ang mga ferromagnetic na materyales na may mataas na magnetic permeability ay ginagamit, tulad ng permaloid o mu-metal.

Sa pamamagitan ng paraan, ang simpleng pagpapalapot sa dingding ng screen ay hindi ang pinakamahusay na paraan upang mapabuti ang kalidad nito.Higit na mas epektibo ang mga multilayer ferromagnetic shield na may mga gaps sa pagitan ng mga layer na bumubuo sa shield, kung saan ang shielding coefficient ay magiging katumbas ng produkto ng shielding coefficients para sa mga indibidwal na layer — ang shielding quality ng isang multilayer shield ay magiging mas mahusay kaysa sa epekto ng isang tuluy-tuloy na layer na may kapal na katumbas ng kabuuan ng mga itaas na layer.

Salamat sa mga multi-layered ferromagnetic screen, posible na lumikha ng magnetically shielded na mga silid para sa iba't ibang pag-aaral. Ang mga panlabas na layer ng naturang mga screen ay ginawa sa kasong ito ng mga ferromagnets, na saturate sa mataas na halaga ng induction, habang ang kanilang mga panloob na layer ay mu metal, permaloid, metglass, atbp. — mula sa mga ferromagnets na nagbabad sa mas mababang mga halaga ng magnetic induction.

Copper shield — upang protektahan ang mga alternating magnetic field

Kung ito ay kinakailangan upang protektahan ang isang alternating magnetic field, pagkatapos ay ang mga materyales na may mataas na electrical conductivity ay ginagamit, tulad ng honey.

Sa kasong ito, ang pagbabago ng panlabas na magnetic field ay mag-uudyok ng mga induction currents sa conductive screen, na sumasaklaw sa espasyo ng protektadong volume, at ang direksyon ng mga magnetic field ng mga induction na alon na ito sa screen ay magiging kabaligtaran ng panlabas na magnetic field. , ang proteksyon mula sa kung saan ay isinaayos. Samakatuwid, ang panlabas na magnetic field ay bahagyang babayaran.

Bilang karagdagan, mas mataas ang dalas ng mga alon, mas mataas ang koepisyent ng kalasag. Alinsunod dito, para sa mas mababang mga frequency at higit pa para sa pare-pareho ang mga magnetic field, ang mga ferromagnetic screen ay pinakaangkop.

Ang sieving coefficient K, depende sa dalas ng alternating magnetic field f, ang laki ng screen L, ang conductivity ng sieve material at ang kapal nito d, ay maaaring tinatayang matagpuan ng formula:

Application ng mga superconducting screen

Tulad ng alam mo, ang isang superconductor ay magagawang ganap na ilipat ang magnetic field palayo sa sarili nito. Ang phenomenon na ito ay kilala bilang Meissner effect… Ayon kay Ang tuntunin ni Lenz, anumang pagbabago sa magnetic field sa superconductor bumubuo ng mga induction currents na, kasama ang kanilang mga magnetic field, ay nagbabayad para sa pagbabago sa magnetic field sa superconductor.

Kung ihahambing natin ito sa isang ordinaryong konduktor, kung gayon sa isang superconductor ang mga induction currents ay hindi humina at samakatuwid ay makakapagbigay ng isang compensating magnetic effect para sa isang walang hanggan (theoretically) mahabang panahon.

Ang mga disadvantages ng pamamaraan ay maaaring isaalang-alang ang mataas na gastos nito, ang pagkakaroon ng isang natitirang magnetic field sa loob ng screen na naroon bago ang paglipat ng materyal sa isang superconducting state, pati na rin ang sensitivity ng superconductor sa temperatura. Sa kasong ito, ang kritikal na magnetic induction para sa mga superconductor ay maaaring umabot sa sampu-sampung tesla.

Paraan ng kalasag na may aktibong kabayaran

Upang bawasan ang panlabas na magnetic field, isang karagdagang magnetic field na katumbas ng magnitude ngunit kabaligtaran ng direksyon sa panlabas na magnetic field kung saan ang isang partikular na lugar ay dapat protektahan ay maaaring partikular na nilikha.

Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pagpapatupad espesyal na compensating coils (Helmholtz coils) — isang pares ng magkaparehong coaxially arranged current-carrying coils na pinaghihiwalay ng layo ng coil radius. Ang isang medyo pare-parehong magnetic field ay nakuha sa pagitan ng naturang mga coils.

Upang makamit ang kabayaran para sa buong dami ng isang naibigay na lugar, kailangan mo ng hindi bababa sa anim na tulad ng mga coils (tatlong pares), na inilalagay alinsunod sa isang tiyak na gawain.

Ang mga karaniwang aplikasyon para sa naturang sistema ng kompensasyon ay proteksyon laban sa mababang dalas ng mga kaguluhan na nabuo ng mga de-koryenteng network (50 Hz), pati na rin ang pagprotekta sa magnetic field ng lupa.

Karaniwan, ang mga sistema ng ganitong uri ay gumagana kasabay ng mga sensor ng magnetic field. Hindi tulad ng mga magnetic shield, na binabawasan ang magnetic field kasama ang ingay sa buong volume na nakatali ng shield, ang aktibong proteksyon gamit ang compensation coils ay nagbibigay-daan upang maalis ang mga magnetic disturbances lamang sa lokal na lugar kung saan ito nakatutok.

Anuman ang disenyo ng anti-magnetic interference system, ang bawat isa sa kanila ay nangangailangan ng anti-vibration protection, dahil ang mga vibrations ng screen at sensor ay nakakatulong sa pagbuo ng karagdagang magnetic interference mula sa vibrating screen mismo.