pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2021-12-1-7-12pimi-694Research ArticleСредства измеренийMeasuring instrumentsЭкспериментальная установка для определения коэффициента ослабления постоянного магнитного поля защитными материаламиExperimental Installation for Determination of Attenuation Coefficient of Permanent Magnetic Field by Protective MaterialsФедосюкВ. М.FedosyukV. M.

Адрес для переписки: Федосюк В.М. – НПЦ НАН Беларуси по материаловедению, ул. П. Бровки, 19, г. Минск 220072, Беларусь

e-mail: fedosyuk@physics.by

Address for correspondence: Fedosyuk V.M. – Scientific and Practical Materials Research Center of the National Academy of Sciences of Belarus, Brovki str., 19, Minsk 220072, Belarus

 e-mail: fedosyuk@physics.by

fedosyuk@physics.byНаучно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедениюБеларусьScientific and Practical Materials Research Center of the National Academy of Sciences of BelarusBelarus202119032021121712Copyright © Федосюк В.М., 20212021Федосюк В.М.Fedosyuk V.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/694

Постоянное магнитное поле наряду с электромагнитным излучением оказывает существенное влияние на рабочие характеристики и работоспособность приборов. Особенно это касается высокочувствительного прецизионного измерительного оборудования, такого как, например, магнитометры или фотоэлектронные умножители. В связи с этим возникает необходимость разработки новых высокоэффективных материалов для защиты от воздействия постоянного магнитного поля и электромагнитного излучения. Целью данной работы являлась разработка программно-аппаратного комплекса для высокоточного определения коэффициента ослабления постоянного магнитного поля и аттестации защитных корпусов.

В работе описана измерительная установка для определения коэффициента ослабления постоянного магнитного поля с помощью материалов и покрытий на стандартных корпусах. Установка обеспечивает однородное магнитное поле во всём измерительном объёме. Отличие измерительной установки от существующих стендов заключается в возможности проведения измерений в трёх координатах благодаря использованию трёх пар катушек Гельмгольца и трёхкоординатного датчика Холла. Программное обеспечение позволит управлять магнитным полем во всех трёх направлениях, моделируя реальные условия эксплуатации приборов, требующих защиты от таких воздействий. Кроме того, подвижная система позиционирования в пространстве позволяет компенсировать магнитное поле Земли, что повышает точность оценки коэффициента ослабления магнитного поля защитными материалами в слабых полях.

Альтернативным вариантом использования возможностей установки является проверка рабочих характеристик приборов в условиях воздействия постоянного магнитного поля и оценка электромагнитной совместимости. Экспериментальная часть работы включает результаты определения коэффициента ослабления магнитного поля с помощью стандартных корпусов для фотоэлектронного умножителя, изготовленных из листового отожжённого пермаллоя и пермаллоя, осаждённого электролитически на алюминиевую подложку. Таким образом, показано влияние отжига и замкнутости магнитоконтура на степень ослабления магнитного поля. Установлено, что отжиг, вызывающий существенное повышение магнитной проницаемости, способствует эффективному ослаблению слабых магнитных полей (до 1 мТл). В магнитных полях с индукцией от 1 мТл эффективное ослабление обеспечивает замкнутый магнитоконтур.

The permanent magnetic field in addition to electromagnetic radiation has a significant effect on performance of devices. This is particularly true for highly sensitive precision measuring equipment, such as, for example, magnetometers or photomultiplier tubes. In this regard a new high-performance materials for protection against permanent fields and electromagnetic radiation need to be developed. The purpose of this paper is a development of a hardware and software complex for high-precision determination of permanent magnetic field attenuation coefficient and certification of protective materials.

This paper describes an experimental installation for determining the attenuation coefficient of a permanent magnetic field using materials and coatings on standard package for electronic equipment. The installation ensures a uniform magnetic field flow in the measurement volume. The advantage of the measuring device is the ability to measure magnetic field in three coordinates due to the use of three pairs of Helmholtz coils and a three-dimensional Hall sensor. The software will enable to control of the magnetic field in all three directions, simulating the real operating conditions of devices that require protection from such influences. In addition, a movable positioning system makes it possible to compensate for the Earth's magnetic field, which increases the accuracy of estimating the attenuation coefficient by protective materials in weak magnetic field.

An alternative use of the capabilities of the installation is to test the performance of the devices in a permanent magnetic field and evaluate the electromagnetic compatibility. Experimental results of the work includes determination of the magnetic field attenuation coefficient using standard photomultiplier tube package made of electrolytically deposited permalloy and the sheet of annealed permalloy. Thus, the effect of annealing and closed magnetic circuit on the degree of weakening of the magnetic field is shown. It has been demonstrated that annealing which causes a significant increase in the magnetic permeability promotes an effective attenuation of weak magnetic fields (up to 1 mT). In magnetic fields with an induction of 1 mT or more, effective attenuation is provided by a closed magnetic circuit.

катушки Гельмгольцапостоянное магнитное полекоэффициент ослабленияпермаллойHelmholtz coilsconstant magnetic fieldattenuation coefficientpermalloyReferencesChung D.D.L. Materials for electromagnetic interference shielding. Mater. Chem. Phys., 2020, vol. 255, р. 123587. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2020.123587Chung D.D.L. Materials for electromagnetic interference shielding. Mater. Chem. Phys., 2020, vol. 255, р. 123587. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2020.123587Geetha S., Satheesh Kumar K.K., Chepuri R., Rao K., Vijayan M., Trivedi D.C. EMI shielding: Methods and materials. A review. J. Appl. Polym. Sci., 2009, vol. 112, iss. 4, pp. 2073‒2086. DOI: 10.1002/app.29812Geetha S., Satheesh Kumar K.K., Chepuri R., Rao K., Vijayan M., Trivedi D.C. EMI shielding: Methods and materials. A review. J. Appl. Polym. Sci., 2009, vol. 112, iss. 4, pp. 2073‒2086. DOI: 10.1002/app.29812Chung D.D.L. Electromagnetic interference shielding effectiveness of carbon materials. Carbon, 2001, vol. 39, iss. 2, pp. 279‒285. DOI: 10.1016/S0008-6223(00)00184-6Chung D.D.L. Electromagnetic interference shielding effectiveness of carbon materials. Carbon, 2001, vol. 39, iss. 2, pp. 279‒285. DOI: 10.1016/S0008-6223(00)00184-6Steven Reimers S. System and method for shielding electrical components from electromagnetic waves. Patent United States US6320123B1. Date: 2019-10-20.Steven Reimers S. System and method for shielding electrical components from electromagnetic waves. Patent United States US6320123B1. Date: 2019-10-20.Shenkman A., Sonkin N., Kamensky V. Active protection from electromagnetic field hazards of a high voltage power line. HAIT J. Sci. Eng. B., 2005, vol. 2, pp. 254‒265.Shenkman A., Sonkin N., Kamensky V. Active protection from electromagnetic field hazards of a high voltage power line. HAIT J. Sci. Eng. B., 2005, vol. 2, pp. 254‒265.Zhang Q., Liang Q., Zhang Z., Kang Z., Liao Q., Ding Y., Ma M., Gao F., Zhao X., Zhang Y. Electromagnetic Shielding Hybrid Nanogenerator for Health Monitoring and Protection. Adv. Funct. Mater., 2018, vol. 28, p. 1703801. DOI: 10.1002/adfm.201703801Zhang Q., Liang Q., Zhang Z., Kang Z., Liao Q., Ding Y., Ma M., Gao F., Zhao X., Zhang Y. Electromagnetic Shielding Hybrid Nanogenerator for Health Monitoring and Protection. Adv. Funct. Mater., 2018, vol. 28, p. 1703801. DOI: 10.1002/adfm.201703801Sumner T.J., Pendlebury J.M., Smith K.F. Convectional magnetic shielding. J. Phys. D: Appl. Phys., 1987, vol. 20, p. 1095. DOI: 10.1088/0022-3727/20/9/001Sumner T.J., Pendlebury J.M., Smith K.F. Convectional magnetic shielding. J. Phys. D: Appl. Phys., 1987, vol. 20, p. 1095. DOI: 10.1088/0022-3727/20/9/001Grabchikov S.S., Trukhanov A.V., Trukhanov S.V., Kazakevich I.S., Solobaya A.A., Erofeenko V.T., Vasilenkov N.A., Volkova O.S., Shakin A. Effectiveness of the magnetostatic shielding by the cylindrical shells. J. Magn. Magn. Mater., 2016, vol. 398, pp. 49‒53. DOI: 10.1016/j.jmmm.2015.08.122Grabchikov S.S., Trukhanov A.V., Trukhanov S.V., Kazakevich I.S., Solobaya A.A., Erofeenko V.T., Vasilenkov N.A., Volkova O.S., Shakin A. Effectiveness of the magnetostatic shielding by the cylindrical shells. J. Magn. Magn. Mater., 2016, vol. 398, pp. 49‒53. DOI: 10.1016/j.jmmm.2015.08.122Trukhanov A.V., Grabchikov S.S., Solobai A.A., Tishkevich D.I., Trukhanov S.V., Trukhanova E.L. AC and DC-shielding properties for the Ni80Fe20 /Cu film structures. J. Magn. Magn. Mater., 2017, vol. 443, pp. 142‒148. DOI: 10.1016/j.jmmm.2017.07.053Trukhanov A.V., Grabchikov S.S., Solobai A.A., Tishkevich D.I., Trukhanov S.V., Trukhanova E.L. AC and DC-shielding properties for the Ni80Fe20 /Cu film structures. J. Magn. Magn. Mater., 2017, vol. 443, pp. 142‒148. DOI: 10.1016/j.jmmm.2017.07.053Ala G., Di M., Silvestre L. A simulation model for electromagnetic transients in lightning protection systems. IEEE Trans. Electrom., 2002, vol. 44, iss. 4, pp. 539–554. DOI: 10.1109/TEMC.2002.804773Ala G., Di M., Silvestre L. A simulation model for electromagnetic transients in lightning protection systems. IEEE Trans. Electrom., 2002, vol. 44, iss. 4, pp. 539–554. DOI: 10.1109/TEMC.2002.804773Moglie F., Micheli D., Laurenzi S., Marchetti M., Primiania V.M. Electromagnetic shielding performance of carbon foams. Carbon, 2012, vol. 50, pp. 1972‒1980. DOI: 10.1016/j.carbon.2011.12.053Moglie F., Micheli D., Laurenzi S., Marchetti M., Primiania V.M. Electromagnetic shielding performance of carbon foams. Carbon, 2012, vol. 50, pp. 1972‒1980. DOI: 10.1016/j.carbon.2011.12.053Unal E., Gokcen A, Kutlu Y. Effective electromagnetic shielding. IEEE Microw. Mag., 2006, vol. 7, iss. 4, pp. 48‒54. DOI: 10.1109/MMW.2006.1663989Unal E., Gokcen A, Kutlu Y. Effective electromagnetic shielding. IEEE Microw. Mag., 2006, vol. 7, iss. 4, pp. 48‒54. DOI: 10.1109/MMW.2006.1663989Ishibashi K., Yoshioka T., Wakao S., Takahashi Y., Andjelic Z., Fujiwara K. Improvement of Unified Boundary Integral Equation Method in Magnetostatic Shielding Analysis. IEEE Trans. Magn., 2014, vol. 50, iss. 2, pp. 105–108, art. no. 7002404. DOI: 10.1109/TMAG.2013.2282304Ishibashi K., Yoshioka T., Wakao S., Takahashi Y., Andjelic Z., Fujiwara K. Improvement of Unified Boundary Integral Equation Method in Magnetostatic Shielding Analysis. IEEE Trans. Magn., 2014, vol. 50, iss. 2, pp. 105–108, art. no. 7002404. DOI: 10.1109/TMAG.2013.2282304Reutov Yu.Ya. Physical interpretation of magnetostatic shielding. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2000, vol. 36, pp. 117–126. DOI: 10.1007/BF02759406Reutov Yu.Ya. Physical interpretation of magnetostatic shielding. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2000, vol. 36, pp. 117–126. DOI: 10.1007/BF02759406Zubar T.I., Fedosyuk V.M., Trukhanov A.V., Kovaleva N.N., Astapovich K.A., Vinnik D.A., Trukhanova E.L., Kozlovskiy A.L., Zdorovets M.V., Solobai A.A., Tishkevich D.I., Trukhanov S.V. Control of Growth Mechanism of Electrodeposited Nanocrystalline NiFe Films. J. Electrochem. Soc., 2019, vol. 166, iss. 6, pp. D173‒D180. DOI: 10.1149/2.1001904jesZubar T.I., Fedosyuk V.M., Trukhanov A.V., Kovaleva N.N., Astapovich K.A., Vinnik D.A., Trukhanova E.L., Kozlovskiy A.L., Zdorovets M.V., Solobai A.A., Tishkevich D.I., Trukhanov S.V. Control of Growth Mechanism of Electrodeposited Nanocrystalline NiFe Films. J. Electrochem. Soc., 2019, vol. 166, iss. 6, pp. D173‒D180. DOI: 10.1149/2.1001904jes

The authors declare that there are no conflicts of interest present.