Экранирование магнитного поля Земли. Экран ММР-50

2 июня 2022

Геомагнитное поле Земли - магнитное поле, формируемое внутриземными источниками. Поле Земли сильно зависит от от географического положения объекта и в среднем имеет значения от 25 до 65 мкТл. В зонах магнитных аномалий, например в районе  Курской магнитной аномалии, может иметь значения до 20 мкТл.

В ряде случаев при проектировании и эксплуатации высокочувствительного оборудования/датчиков, проведений лабораторных исследований или специализированном производстве, возникает необходимость максимально снизить магнитное поле Земли. Решить данную задачу помогают специальные экраны (Э), выполненные из стали, пермаллоев, сверхпроводников или аморфных сплавов.

Стальные экраны 

Довольно громоздки. Должны иметь определенную формовку при их применении в различных устройствах (цилиндры, кубы и т.д.). Толщину материала для эффективного экранирования желательно выбирать от 2 мм. Для экранов желательно применять трансформаторную сталь с высокой магнитной проницаемостью.

Экраны из пермаллоев

Имеют высокую магнитную проницаемость при незначительной толщине материала. Главным недостатком является резкое снижение магнитных свойств материала при прикладывании механических воздействий к готовому экрану (экран нельзя сгибать).

Материалы на основе аморфных и нанокристаллических сплавов

На самом деле, оптимальными являются только материалы, созданные на основе аморфных сплавов с максимальной магнитной проницаемостью. Нанокристаллические сплавы гораздо дешевле, но имеют гораздо худший коэффициент ослабления магнитного поля Земли.

Нашей компанией был создан материал ММР-50, довольно эффективно экранирующий магнитное поле Земли. Основные характеристики материала:

  • толщина - от 126 мкм до 190 мкм с защитным покрытием;
  • ширина полотна - 62 см;
  • длина - поставляется в рулонах;
  • цвет - серый;
  • коэффициент ослабления - крайне сильно зависит от формы экрана (может колебаться от 1,1 до 20 раз в 1 слой);
  • восприимчивость к механическим воздействиям - легко сгибается и режется;
  • вес - 0,25 кг 1 погонный метр;
  • амплитуда магнитной индукции Bm, не менее 0,35 Тл при амплитуде напряженности магнитного поля 5 А/м;
  • амплитуда магнитной индукции Bm, не менее 0,38 Тл при амплитуде напряженности магнитного поля 25 А/м;
  • коэрцетивная сила Нс, не более 0,6 А/м при амплитуде напряженности магнитного поля 5 А/м.

Для оценки коэффициента ослабления был изготовлен цилиндр из магнитного экрана ММР-50 в один и несколько слоев. Слои размещались вплотную друг к другу, а так же разводились на расстоянии 3-5 мм друг от друга. Измерения проводились анализатором NFA 1000 (Gigahertz Solutions GmbH) с датчиком MS3-NFA.

Основные параметры датчика MS3-NFA:

  • частотный диапазон 0 Гц;
  • измерительный диапазон 10 нТл...100 мкТл;
  • точность +/- 10% (при влажности 50% и температуре окружающего воздуха 20°C);
  • основа - датчик холла;
  • возможность 3-х координатных измерений или 1-координатных по-очередности в 3х плоскостях.

Зависимость ослабления поля Земли от формы экрана и количества слоев

Режим работы магнитостатического датчика: однокоординатный - ось Z (перпендикулярна поверхности Земли).

1. Плоская форма Э

Эффективность экранирования низкая. Составляет всего около 10%. При увеличении площади Э, эффективность ослабления будет возрастать, но незначительно. Причем, в данном случае будет сильно возрастать стоимость самого Э.

2. Экран в виде цилиндра без оснований. Однослойный и многослойный

Датчик помещался в цилиндр без оснований. Цилиндр лежит на боку. Высота цилиндра составляет около 25 см, диаметр около 8 см. Наилучшее ослабление достигается при размещении экрана таким образом, чтобы силовые линии огибали сам датчик по сплошному материалу, а не "перескакивали" между составными элементами Э. При прохождении силовых линий с "перескоками", достигается ослабление поля Земли на уровне 6,5 раз. При прохождении МП по цельному материалу (вдоль составных элементов), эффективность экр-ния доходит в 1 слой до 19,5 раз. 

При применении многослойных конструкций, эффективность экр-ния значительно не возрастает. Коэффициент ослабления увеличился при применении семислойного экрана без воздушного зазора (начальные показатели 47 мкТл, конечные - 1,7 мкТл, ослабление в 27,64 раза). Применение воздушной прослойки не дало положительного эффекта, относительно однослойной системы.

Вас могут заинтересовать следующие материалы:

Теги: магнитного, поля, экран, экранирование, земли