Экспериментальная установка для определения коэффициента ослабления постоянного магнитного поля защитными материалами

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.

1. Chung D.D.L. Materials for electromagnetic interference shielding. Mater. Chem. Phys., 2020, vol. 255, р. 123587. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2020.123587

2. Geetha 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.29812

3. Chung 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)00184-6

4. Steven Reimers S. System and method for shielding electrical components from electromagnetic waves. Patent United States US6320123B1. Date: 2019-10-20.

5. 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.

6. 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.201703801

7. Sumner T.J., Pendlebury J.M., Smith K.F. Convectional magnetic shielding. J. Phys. D: Appl. Phys., 1987, vol. 20, p. 1095. DOI: 10.1088/0022-3727/20/9/001

8. Grabchikov 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.2015.08.122

9. Trukhanov 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.2017.07.053

10. Ala 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.2002.804773

11. Moglie 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.2011.12.053

12. Unal E., Gokcen A, Kutlu Y. Effective electromagnetic shielding. IEEE Microw. Mag., 2006, vol. 7, iss. 4, pp. 48‒54. DOI: 10.1109/MMW.2006.1663989

13. Ishibashi 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.2013.2282304

14. Reutov Yu.Ya. Physical interpretation of magnetostatic shielding. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2000, vol. 36, pp. 117–126. DOI: 10.1007/BF02759406

15. Zubar 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