pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2021-12-1-30-37pimi-697Research ArticleСредства измеренийMeasuring instrumentsОптимизация излучающей катушки программно-аппаратного комплекса для исследования эффективности экранирования низкочастотного электромагнитного излученияOptimization of the Emitting Coil of a Hardware-Software Complex for Study of Low-Frequency Electromagnetic Radiation’s Shielding EffectivenessКанафьевО. Д.KanafyevO. D.

Адрес для переписки: Канафьев О.Д. – НПЦ НАН Беларуси по материаловедению, ул. П. Бровки, 19, г. Минск 220072  e-mail: olegkan96@mail.ru

Address for correspondence: Kanafyev O.D. – Scientific and Practical Materials Research Center of the National Academy of Sciences of Belarus, P. Brovki str., 19, Minsk 220072, Belarus

e-mail: olegkan96@mail.ru

olegkan96@mail.ruТрухановА. В.TrukhanovA. V.

П. Бровки, 19, г. Минск 220072

P. Brovki str., 19, Minsk 220072

ЗубарьТ. И.ZubarT. I.

П. Бровки, 19, г. Минск 220072

P. Brovki str., 19, Minsk 220072

ЧижикС. А.ChizhikS. A.

пр-т Независимости, 66, г. Минск 220072

Nezavisimosty Ave., 66, Minsk 220072

ГрабчиковС. С.GrabchikovS. S.

П. Бровки, 19, г. Минск 220072

P. Brovki str., 19, Minsk 220072

Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедениюБеларусьPractical Materials Research Center of the National Academy of Sciences of BelarusBelarusНациональная Академия наук БеларусиБеларусьNational Academy of Sciences of BelarusBelarus2021190320211213037Copyright © Канафьев О.Д., Труханов А.В., Зубарь Т.И., Чижик С.А., Грабчиков С.С., 20212021Канафьев О.Д., Труханов А.В., Зубарь Т.И., Чижик С.А., Грабчиков С.С.Kanafyev O.D., Trukhanov A.V., Zubar T.I., Chizhik S.A., Grabchikov S.S.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/697

Оптимизация излучающей катушки программно-аппаратного комплекса для исследования эффективности экранирования низкочастотного электромагнитного излучения позволит на более качественном уровне оценивать эффективность экранирующих покрытий. Данный факт даст возможность разрабатывать покрытия с улучшенными характеристиками. Целью данной работы являлось определение оптимальных характеристик излучающей катушки, которые обеспечат её стабильную работу и напряжённость магнитного поля в частотном диапазоне до 100 кГц.

Параметры изготовленных образцов, такие как индуктивность, активное и общее сопротивление, были получены, используя измеритель иммитанса МНИПИ E7-20. На практике катушки с оптимальными параметрами, вычисленными теоретически, были подключены к источнику и усилителю тока. Для детектирования электромагнитного излучения в качестве приёмника сигнала использовалась многослойная катушка индуктивности, подключённая к осциллографу UTB-TREND 722-050-5.

Результаты измерений показали, что сопротивление многослойных катушек приблизительно в 1000 раз больше сопротивления однослойных. Также у многослойных катушек наблюдается лавинообразный рост общего сопротивления, начиная с частоты 10 кГц, в то время как у однослойных катушек происходит равномерный рост общего сопротивления на всём диапазоне частот до 100 кГц. Представлены результаты исследований корреляции рабочих характеристик  однослойных  и многослойных  катушек  индуктивности  в  зависимости  от  их  параметров  в  частотном  диапазоне от 20 Гц до 100 кГц. Рассчитаны значения напряжения, необходимого для обеспечения напряжённости магнитного поля 1, 5, 20 Э при 25 Гц и 100 кГц. Проанализировав полученные данные, найдены оптимальные параметры катушки индуктивности, обеспечивающие стабильные рабочие характеристики в диапазоне частот до 100 кГц.

Optimization of the radiation coil of the hardware-software complex for studying the effectiveness of shielding of low-frequency electromagnetic radiation will make it possible to assess the effectiveness of shielding coatings at a higher level. This fact will make it possible to develop coatings with improved characteristics. The purpose of this work was to determine the optimal characteristics of the emitting coil which will ensure its stable operation and magnetic field strength in the frequency range up to 100 kHz.

The parameters of the manufactured samples, such as inductance (L), active (R) and total resistance (Z), were obtained using an MNIPI E7-20 emittance meter. In practice, the coils with the optimal parameters calculated theoretically were connected to a current source and amplifier. To detect electromagnetic radiation, a multilayer inductor connected to a UTB-TREND 722-050-5 oscilloscope was used as a signal receiver.

The results of measurements showed that the resistance of multilayer coils is approximately 1000 times higher than that of single-layer coils. Also, for multilayer coils, an avalanche-like increase in total resistance is observed starting from a frequency of 10 kHz, while for single-layer coils there is a uniform increase in total resistance over the entire frequency range up to 100 kHz.

The paper presents results of research on the correlation of the performance of single-layer and multilayer inductors depending on their parameters in the frequency range from  20 Hz  to  100 kHz. Values of the voltage required to provide the magnetic field strength of 1, 5, 20 Oe at 25 Hz and 100 kHz have been calculated. After analyzing the data obtained, the optimal parameters of the inductor were found which ensure stable performance in the frequency range up to 100 kHz.

катушка индуктивностиэкранированиеэлектромагнитное излучениеinductor coilshieldingelectromagnetic emittingReferencesZhang C., Han Y., Zhang P., Song G., Zhou C. Research on modern radar emitter modeling technique under complex electromagnetic environment. The Journal of Engineering, 2019, vol. 2019, iss. 20, pp. 7134‒7138. DOI: 10.1049/joe.2019.0579Zhang C., Han Y., Zhang P., Song G., Zhou C. Research on modern radar emitter modeling technique under complex electromagnetic environment. The Journal of Engineering, 2019, vol. 2019, iss. 20, pp. 7134‒7138. DOI: 10.1049/joe.2019.0579Kechiev L.N., Akbashev B.B., Stepanov P.V. Shielding of technical means and shielding systems. M.: Iz-in. ITD Group Publ., 2010, 470 p.Kechiev L.N., Akbashev B.B., Stepanov P.V. Shielding of technical means and shielding systems. M.: Iz-in. ITD Group Publ., 2010, 470 p.Hawking M., Vasaktasari V., Sidki P. Metal and ceramic coatings: production, properties and application. Tr. from English M.: Mir Publ., 2000, 516 p. DOI: 10.1016/0032-0633(59)90029-7Hawking M., Vasaktasari V., Sidki P. Metal and ceramic coatings: production, properties and application. Tr. from English M.: Mir Publ., 2000, 516 p. DOI: 10.1016/0032-0633(59)90029-7McLean J.S. Electric field generator incorporating a slow-wave structure. United States Patent. Appl. No.: 11/274.652. Date of Patent: Feb. 2, 2010. Patent No.: US 7,656,167 B1McLean J.S. Electric field generator incorporating a slow-wave structure. United States Patent. Appl. No.: 11/274.652. Date of Patent: Feb. 2, 2010. Patent No.: US 7,656,167 B1Vaiser L.V., Kokorin B.I. Generator of electric and magnetic fields, a corresponding field detector, and a sample analyzer and treatment apparatus incorporating the field generator and/or field detector. Appl. No.: 10/396,440. Date of Patent: Aug. 3, 2004. Patent No.: US 6,770,023 B2Vaiser L.V., Kokorin B.I. Generator of electric and magnetic fields, a corresponding field detector, and a sample analyzer and treatment apparatus incorporating the field generator and/or field detector. Appl. No.: 10/396,440. Date of Patent: Aug. 3, 2004. Patent No.: US 6,770,023 B2Gizatullin Z.M. Investigation of the effectiveness of shielding the body of a personal computer under intentional electromagnetic influences. Bulletin of the Kazan State Technical University. AN Tupolev, 2008, no. 1, pp. 28‒31.Gizatullin Z.M. Investigation of the effectiveness of shielding the body of a personal computer under intentional electromagnetic influences. Bulletin of the Kazan State Technical University. AN Tupolev, 2008, no. 1, pp. 28‒31.Shatalov D.P. A device for creating a powerful high-frequency alternating magnetic field. Invention patent. Application: 2008135378/09 from 03.09.2008. Published: 10.12.2009. Patent number: RU 2375722 C1.Shatalov D.P. A device for creating a powerful high-frequency alternating magnetic field. Invention patent. Application: 2008135378/09 from 03.09.2008. Published: 10.12.2009. Patent number: RU 2375722 C1.Fadeev S.A. Inductor. Utility model patent. Application: 2011119668/07 dated 16.05.2011. Published: 10.01.2012. Patent number: RU 112496 U1.Fadeev S.A. Inductor. Utility model patent. Application: 2011119668/07 dated 16.05.2011. Published: 10.01.2012. Patent number: RU 112496 U1.Rysin A.V., Rysin O.V., Boykachev V.N., Nikiforov I.K. The paradox of the skin effect. Sciences of Europe, 2018, no. 28, pp. 52‒61.Rysin A.V., Rysin O.V., Boykachev V.N., Nikiforov I.K. The paradox of the skin effect. Sciences of Europe, 2018, no. 28, pp. 52‒61.Kryukov A.V., Zakaryukin V.P., Sokolov V.Yu. Modeling of power supply systems with powerful busbars. Ed. A.V. Kryukov. Irkutsk: IrGUPS Publ., 2010, pp. 4‒5.Kryukov A.V., Zakaryukin V.P., Sokolov V.Yu. Modeling of power supply systems with powerful busbars. Ed. A.V. Kryukov. Irkutsk: IrGUPS Publ., 2010, pp. 4‒5.

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