Princípy tienenia magnetického poľa

Na tienenie magnetického poľa sa používajú dva spôsoby:

posunovacia metóda;

Metóda magnetického poľa obrazovky.

Pozrime sa bližšie na každú z týchto metód.

Metóda posunu magnetického poľa clonou.

Metóda posunu magnetického poľa clonou sa používa na ochranu pred konštantným a pomaly sa meniacim striedavým magnetickým poľom. Sitá sú vyrobené z feromagnetických materiálov s vysokou relatívnou magnetickou permeabilitou (oceľ, permalloy). V prítomnosti obrazovky prechádzajú čiary magnetickej indukcie hlavne pozdĺž jej stien (obrázok 8.15), ktoré majú nízky magnetický odpor v porovnaní so vzdušným priestorom vo vnútri obrazovky. Kvalita tienenia závisí od magnetickej permeability tienenia a odporu magnetického obvodu, t.j. čím je štít hrubší a čím menej švov, spojov prebiehajúcich v smere magnetických indukčných čiar, tým vyššia bude účinnosť tienenia.

Metóda posunutia obrazovky.

Metóda posunutia obrazovky sa používa na tienenie premenných vysokofrekvenčných magnetických polí. V tomto prípade sa používajú obrazovky vyrobené z nemagnetických kovov. Tienenie je založené na fenoméne indukcie. Tu je užitočný fenomén indukcie.

Položme medený valec na dráhu rovnomerného striedavého magnetického poľa (obrázok 8.16, a). V ňom bude vybudená premenná ED, ktorá naopak vytvorí premenlivé indukčné vírivé prúdy (Foucaultove prúdy). Magnetické pole týchto prúdov (obrázok 8.16, b) bude uzavreté; vo vnútri valca bude smerovať k vzrušujúcemu poľu a mimo neho v rovnakom smere ako vzrušujúce pole. Výsledné pole (obrázok 8.16, c) je oslabené v blízkosti valca a zosilnené mimo neho, t.j. dochádza k vytesneniu poľa z priestoru, ktorý zaberá valec, čo je jeho tieniaci efekt, ktorý bude tým účinnejší, čím nižší bude elektrický odpor valca, t.j. čím viac vírivých prúdov ním preteká.

V dôsledku povrchového efektu („efekt pokožky“) hustota vírivých prúdov a intenzita striedavého magnetického poľa, keď idú hlbšie do kovu, exponenciálne klesajú

, (8.5)

kde (8.6)

- ukazovateľ poklesu poľa a prúdu, ktorý je tzv ekvivalentná hĺbka prieniku.

Tu je relatívna magnetická permeabilita materiálu;

– vákuová magnetická permeabilita rovná 1,25*108 gn*cm -1 ;

– odpor materiálu, Ohm*cm;

- frekvencia Hz.

Tieniaci účinok vírivých prúdov je vhodné charakterizovať hodnotou ekvivalentnej hĺbky prieniku. Čím menšie x 0 , tým väčšie magnetické pole vytvárajú, ktoré vytláča vonkajšie pole zdroja snímania z priestoru, ktorý zaberá obrazovka.

Pre nemagnetický materiál vo vzorci (8.6) = 1 je tieniaci efekt určený iba pomocou a . A ak je obrazovka vyrobená z feromagnetického materiálu?

Ak je rovnaký, účinok bude lepší, pretože >1 (50..100) a x 0 budú menšie.

Takže x 0 je kritérium pre tieniaci účinok vírivých prúdov. Je zaujímavé odhadnúť, koľkokrát sa hustota prúdu a intenzita magnetického poľa zmenšia v hĺbke x 0 v porovnaní s hĺbkou na povrchu. Za týmto účelom nahradíme x \u003d x 0 do vzorca (8.5).

z čoho je možné vidieť, že v hĺbke x 0 sa prúdová hustota a intenzita magnetického poľa znižujú faktorom e, t.j. do hodnoty 1/2,72, čo je 0,37 hustoty a napätia na povrchu. Keďže oslabenie poľa je len 2,72 krát v hĺbke x 0 nestačí charakterizovať tieniaci materiál, potom sa použijú ďalšie dve hodnoty hĺbky prieniku x 0,1 a x 0,01, charakterizujúce pokles hustoty prúdu a napätia poľa 10 a 100-krát od ich hodnôt na povrchu.

Hodnoty x 0,1 a x 0,01 vyjadrujeme cez hodnotu x 0, preto na základe výrazu (8.5) zostavíme rovnicu

A ,

rozhodnutie, ktoré dostaneme

x 0,1 \u003d x 0 ln10 \u003d 2,3 x 0; (8,7)

x 0,01 = x 0 ln100 = 4,6 x 0

Na základe vzorcov (8.6) a (8.7) pre rôzne tieniace materiály sú hodnoty hĺbok prieniku uvedené v literatúre. Pre prehľadnosť uvádzame rovnaké údaje vo forme tabuľky 8.1.

Tabuľka ukazuje, že pre všetky vysoké frekvencie, počnúc od rozsahu stredných vĺn, pôsobí clona vyrobená z akéhokoľvek kovu s hrúbkou 0,5...1,5 mm veľmi efektívne. Pri výbere hrúbky a materiálu obrazovky by sa nemalo vychádzať z elektrických vlastností materiálu, ale riadiť sa nimi úvahy o mechanickej pevnosti, tuhosti, odolnosti proti korózii, jednoduchosti spájania jednotlivých dielov a realizácii prechodových kontaktov medzi nimi s nízkou odolnosťou, jednoduchosti spájkovania, zvárania atď.

Z údajov v tabuľke vyplýva, že pre frekvencie vyššie ako 10 MHz poskytuje film z medi a ešte viac zo striebra s hrúbkou menšou ako 0,1 mm výrazný tieniaci účinok. Preto je pri frekvenciách nad 10 MHz celkom prijateľné použiť štíty vyrobené z fóliou potiahnutých getinakov alebo iného izolačného materiálu potiahnutého meďou alebo striebrom.

Oceľ môže byť použitá ako tienenie, ale musíte si uvedomiť, že kvôli vysokému odporu a hysteréznemu javu môže oceľové sito spôsobiť značné straty v tieniacich obvodoch.

Filtrácia

Filtrovanie je hlavným prostriedkom na tlmenie konštruktívneho rušenia vytváraného v napájacích a spínacích obvodoch jednosmerného a striedavého prúdu ES. Filtre na potlačenie šumu navrhnuté na tento účel vám umožňujú znížiť rušivé rušenie z vonkajších aj vnútorných zdrojov. Účinnosť filtrovania je určená stratou vloženia filtra:

db,

Filter má nasledujúce základné požiadavky:

Zabezpečenie danej účinnosti S v požadovanom frekvenčnom rozsahu (berúc do úvahy vnútorný odpor a zaťaženie elektrického obvodu);

Obmedzenie prípustného poklesu jednosmerného alebo striedavého napätia na filtri pri maximálnom zaťažovacom prúde;

Zabezpečenie prípustného nelineárneho skreslenia napájacieho napätia, ktoré určuje požiadavky na linearitu filtra;

Konštrukčné požiadavky - účinnosť tienenia, minimálne celkové rozmery a hmotnosť, zabezpečenie normálneho tepelného režimu, odolnosť voči mechanickým a klimatickým vplyvom, vyrobiteľnosť konštrukcie a pod.;

Filtračné prvky sa musia vyberať s prihliadnutím na menovité prúdy a napätia elektrického obvodu, ako aj na napäťové a prúdové rázy v nich spôsobené, spôsobené nestabilitou elektrického režimu a prechodovými javmi.

Kondenzátory. Používajú sa ako nezávislé prvky na potlačenie hluku a ako paralelné filtračné jednotky. Štrukturálne sú kondenzátory na potlačenie hluku rozdelené na:

Bipolárny typ K50-6, K52-1B, IT, K53-1A;

Typ podpery KO, KO-E, KDO;

Priechodka nekoaxiálny typ K73-21;

Koaxiálny typ s priechodným otvorom KTP-44, K10-44, K73-18, K53-17;

Kondenzátorové bloky;

Hlavnou charakteristikou odrušovacieho kondenzátora je závislosť jeho impedancie od frekvencie. Na tlmenie rušenia vo frekvenčnom rozsahu do cca 10 MHz je možné použiť dvojpólové kondenzátory, vzhľadom na krátku dĺžku ich vývodov. Referenčné kondenzátory na potlačenie šumu sa používajú do frekvencií 30-50 MHz. Symetrické priepustné kondenzátory sa používajú v dvojvodičovom zapojení do frekvencií rádovo 100 MHz. Prietokové kondenzátory pracujú v širokom frekvenčnom rozsahu až do približne 1000 MHz.

Indukčné prvky. Používajú sa ako samostatné prvky potláčania šumu a ako sériové linky filtrov na potláčanie šumu. Štrukturálne sú najbežnejšie typy tlmiviek:

Navinuté na feromagnetickom jadre;

Odvinuté.

Hlavnou charakteristikou odrušovacej tlmivky je závislosť jej impedancie od frekvencie. Pri nízkych frekvenciách sa odporúča použiť magnetodielektrické jadrá akosti PP90 a PP250, vyrobené na báze m-permalloy. Na potlačenie rušenia v obvodoch zariadení s prúdmi do 3A sa odporúča použiť HF tlmivky typu DM, pre vysoké menovité prúdy - tlmivky radu D200.

Filtre. Keramické priepustné filtre B7, B14, B23 sú určené na potlačenie rušenia v jednosmerných, pulzujúcich a striedavých obvodoch vo frekvenčnom rozsahu od 10 MHz do 10 GHz. Konštrukcia takýchto filtrov je znázornená na obrázku 8.17

Útlm zavedený filtrami B7, B14, B23 vo frekvenčnom rozsahu 10..100 MHz sa zvyšuje približne z 20..30 na 50..60 dB a vo frekvenčnom rozsahu nad 100 MHz presahuje 50 dB.

Keramické in-line filtre typu B23B sú postavené na báze diskových keramických kondenzátorov a bezotáčkových feromagnetických tlmiviek (obrázok 8.18).

Otočné tlmivky sú rúrkové feromagnetické jadro vyrobené z feritu VCh-2 triedy 50, navlečené na priechodnom vodiči. Indukčnosť tlmivky je 0,08…0,13 µH. Teleso filtra je vyrobené z keramického materiálu UV-61, ktorý má vysokú mechanickú pevnosť. Puzdro je pokovené vrstvou striebra, aby sa zabezpečil nízky prechodový odpor medzi vonkajším obložením kondenzátora a uzemňovacou závitovou priechodkou, ktorou je filter upevnený. Kondenzátor je prispájkovaný k puzdru filtra pozdĺž vonkajšieho obvodu a k priechodnej svorke pozdĺž vnútorného obvodu. Utesnenie filtra je zabezpečené naplnením koncov puzdra zmesou.

Pre filtre B23B:

menovité kapacity filtra - od 0,01 do 6,8 μF,

menovité napätie 50 a 250 V,

menovitý prúd do 20A,

Rozmery filtra:

L = 25 mm, D = 12 mm

Útlm zavedený filtrami B23B vo frekvenčnom rozsahu od 10 kHz do 10 MHz sa zvyšuje približne od 30..50 do 60..70 dB a vo frekvenčnom rozsahu nad 10 MHz presahuje 70 dB.

Pre palubné ES je sľubné použitie špeciálnych vodičov na potlačenie hluku s ferónovými výplňami s vysokou magnetickou permeabilitou a vysokými špecifickými stratami. Takže pre drôty OOP sa útlm vloženia vo frekvenčnom rozsahu 1 ... 1000 MHz zvyšuje od 6 do 128 dB / m.

Známy dizajn viacpólových konektorov, v ktorých je na každom kontakte nainštalovaný jeden filter hluku v tvare U.

Celkové rozmery vstavaného filtra:

dĺžka 9,5 mm,

priemer 3,2 mm.

Útlm zavedený filtrom v 50 ohmovom obvode je 20 dB pri 10 MHz a až 80 dB pri 100 MHz.

Filtračné napájacie obvody digitálnych OZE.

Impulzný šum v napájacích zberniciach, ku ktorému dochádza pri prepínaní digitálnych integrovaných obvodov (DIC), ako aj prenikanie zvonka, môže viesť k poruchám činnosti zariadení na spracovanie digitálnych informácií.

Na zníženie hladiny hluku v napájacích zberniciach sa používajú metódy návrhu obvodov:

Zníženie indukčnosti "silových" zberníc, berúc do úvahy vzájomné magnetické spojenie dopredného a spätného vodiča;

Skrátenie dĺžok sekcií "silových" zberníc, ktoré sú spoločné pre prúdy pre rôzne ISC;

Spomalenie čela impulzných prúdov v "výkonových" zberniciach pomocou kondenzátorov na potlačenie hluku;

Racionálna topológia výkonových obvodov na doske plošných spojov.

Zväčšenie veľkosti prierezu vodičov vedie k zníženiu vlastnej indukčnosti pneumatík a tiež k zníženiu ich aktívneho odporu. To posledné je dôležité najmä v prípade uzemňovacej zbernice, ktorá je spätným vodičom pre signálne obvody. Preto je vo viacvrstvových doskách s plošnými spojmi žiaduce vyrábať „napájacie“ zbernice vo forme vodivých rovín umiestnených v susedných vrstvách (obrázok 8.19).

Sklopné napájacie zbernice používané v zostavách plošných spojov na digitálnych integrovaných obvodoch majú v porovnaní so zbernicami vyrobenými vo forme tlačených vodičov veľké priečne rozmery a následne nižšiu indukčnosť a odpor. Ďalšie výhody namontovaných napájacích koľajníc sú:

Zjednodušené sledovanie signálových obvodov;

Zvýšenie tuhosti DPS vytvorením ďalších rebier, ktoré fungujú ako obmedzovače, ktoré chránia IC s namontovaným ERE pred mechanickým poškodením počas inštalácie a konfigurácie produktu (obrázok 8.20).

Vysoká vyrobiteľnosť sa vyznačuje „výkonovými“ pneumatikami vyrobenými potlačou a namontovanými vertikálne na DPS (obrázok 6.12c).

Sú známe konštrukcie namontovaných pneumatík inštalovaných pod puzdrom IC, ktoré sú umiestnené na doske v radoch (obrázok 8.22).

Uvažované konštrukcie "výkonových" zberníc tiež poskytujú veľkú lineárnu kapacitu, čo vedie k zníženiu vlnového odporu "výkonového" vedenia a v dôsledku toho k zníženiu úrovne impulzného šumu.

Zapojenie napájania IC na doske plošných spojov by sa nemalo vykonávať sériovo (obrázok 8.23a), ale paralelne (obrázok 8.23b)

Je potrebné použiť silové vedenie vo forme uzavretých obvodov (obr. 8.23c). Takáto konštrukcia sa svojimi elektrickými parametrami približuje ku spojitým výkonovým rovinám. Na ochranu pred vplyvom vonkajšieho magnetického poľa prenášajúceho rušenie by mala byť po obvode ovládacieho panela zabezpečená vonkajšia uzavretá slučka.

uzemnenie

Uzemňovací systém je elektrický obvod, ktorý má vlastnosť udržiavať minimálny potenciál, ktorý je referenčnou úrovňou v konkrétnom produkte. Uzemňovací systém v ES musí poskytovať obvody spätného signálu a napájania, chrániť ľudí a zariadenia pred poruchami v obvodoch napájania a odstraňovať statický náboj.

Hlavné požiadavky na uzemňovacie systémy sú:

1) minimalizácia celkovej impedancie pozemnej zbernice;

2) absencia uzavretých zemných slučiek, ktoré sú citlivé na magnetické polia.

ES vyžaduje aspoň tri samostatné uzemňovacie obvody:

Pre signálne obvody s nízkou úrovňou prúdov a napätí;

Pre silové obvody s vysokou spotrebou energie (napájacie zdroje, ES koncové stupne atď.)

Pre obvody karosérie (šasi, panely, obrazovky a oplechovanie).

Elektrické obvody v ES sú uzemnené nasledujúcimi spôsobmi: v jednom bode a v niekoľkých bodoch najbližšie k referenčnému bodu zeme (obrázok 8.24)

Podľa toho sa uzemňovacie systémy môžu nazývať jednobodové a viacbodové.

Najvyššia úroveň rušenia sa vyskytuje v jednobodovom uzemňovacom systéme so spoločnou sériovo zapojenou uzemňovacou zbernicou (obrázok 8.24 a).

Čím ďalej je zemný bod, tým vyšší je jeho potenciál. Nemal by sa používať pre obvody s veľkými zmenami spotreby energie, pretože vysokovýkonné DV vytvárajú veľké spätné zemné prúdy, ktoré môžu ovplyvniť DV s malým signálom. Ak je to potrebné, najkritickejší FU by mal byť pripojený čo najbližšie k referenčnému bodu zeme.

Pre vysokofrekvenčné obvody (f ≥ 10 MHz) by sa mal použiť viacbodový uzemňovací systém (obrázok 8.24 c), ktorý spája FU RES v bodoch najbližšie k referenčnému bodu zeme.

Pre citlivé obvody sa používa plávajúci uzemňovací obvod (obrázok 8.25). Takýto uzemňovací systém vyžaduje úplnú izoláciu obvodu od puzdra (vysoký odpor a nízka kapacita), inak je neúčinný. Obvody môžu byť napájané solárnymi článkami alebo batériami a signály musia vstupovať a opúšťať obvod cez transformátory alebo optočleny.

Príklad implementácie uvažovaných princípov uzemnenia pre deväťstopú digitálnu páskovú jednotku je znázornený na obrázku 8.26.

Existujú nasledujúce pozemné zbernice: tri signálové, jedna napájacia a jedna telesová. Analógové FU najviac náchylné na rušenie (deväťzmyslové zosilňovače) sú uzemnené pomocou dvoch oddelených uzemňovacích koľajníc. K tretej signálovej zemi je pripojených deväť zapisovacích zosilňovačov pracujúcich na vyšších úrovniach signálu ako snímacie zosilňovače, ako aj riadiace integrované obvody a obvody rozhrania s dátovými produktmi. Tri jednosmerné motory a ich riadiace obvody, relé a solenoidy sú pripojené k "zeme" napájacej zbernice. Najcitlivejší obvod riadenia motora hnacieho hriadeľa je pripojený najbližšie k referenčnému bodu zeme. Uzemňovacia prípojnica sa používa na spojenie krytu a krytu. Signálne, napájacie a uzemňovacie prípojnice sú spolu spojené v jednom bode sekundárneho napájacieho zdroja. Je potrebné poznamenať, že pri návrhu OZE je vhodné vypracovať schémy konštrukčného zapojenia.

Na tienenie magnetického poľa sa používajú dva spôsoby:

posunovacia metóda;

Metóda magnetického poľa obrazovky.

Pozrime sa bližšie na každú z týchto metód.

Metóda posunu magnetického poľa clonou.

Metóda posunu magnetického poľa clonou sa používa na ochranu pred konštantným a pomaly sa meniacim striedavým magnetickým poľom. Sitá sú vyrobené z feromagnetických materiálov s vysokou relatívnou magnetickou permeabilitou (oceľ, permalloy). V prítomnosti obrazovky prechádzajú čiary magnetickej indukcie hlavne pozdĺž jej stien (obrázok 8.15), ktoré majú nízky magnetický odpor v porovnaní so vzdušným priestorom vo vnútri obrazovky. Kvalita tienenia závisí od magnetickej permeability tienenia a odporu magnetického obvodu, t.j. čím je štít hrubší a čím menej švov, spojov prebiehajúcich v smere magnetických indukčných čiar, tým vyššia bude účinnosť tienenia.

Metóda posunutia obrazovky.

Metóda posunutia obrazovky sa používa na tienenie premenných vysokofrekvenčných magnetických polí. V tomto prípade sa používajú obrazovky vyrobené z nemagnetických kovov. Tienenie je založené na fenoméne indukcie. Tu je užitočný fenomén indukcie.

Položme medený valec na dráhu rovnomerného striedavého magnetického poľa (obrázok 8.16, a). V ňom bude vybudená premenná ED, ktorá naopak vytvorí premenlivé indukčné vírivé prúdy (Foucaultove prúdy). Magnetické pole týchto prúdov (obrázok 8.16, b) bude uzavreté; vo vnútri valca bude smerovať k vzrušujúcemu poľu a mimo neho v rovnakom smere ako vzrušujúce pole. Výsledné pole (obrázok 8.16, c) je oslabené v blízkosti valca a zosilnené mimo neho, t.j. dochádza k vytesneniu poľa z priestoru, ktorý zaberá valec, čo je jeho tieniaci efekt, ktorý bude tým účinnejší, čím nižší bude elektrický odpor valca, t.j. čím viac vírivých prúdov ním preteká.

V dôsledku povrchového efektu („efekt pokožky“) hustota vírivých prúdov a intenzita striedavého magnetického poľa, keď idú hlbšie do kovu, exponenciálne klesajú

, (8.5)

kde (8.6)

- ukazovateľ poklesu poľa a prúdu, ktorý je tzv ekvivalentná hĺbka prieniku.

Tu je relatívna magnetická permeabilita materiálu;

– vákuová magnetická permeabilita rovná 1,25*108 gn*cm -1 ;

– odpor materiálu, Ohm*cm;

- frekvencia Hz.

Tieniaci účinok vírivých prúdov je vhodné charakterizovať hodnotou ekvivalentnej hĺbky prieniku. Čím menšie x 0 , tým väčšie magnetické pole vytvárajú, ktoré vytláča vonkajšie pole zdroja snímania z priestoru, ktorý zaberá obrazovka.

Pre nemagnetický materiál vo vzorci (8.6) = 1 je tieniaci efekt určený iba pomocou a . A ak je obrazovka vyrobená z feromagnetického materiálu?

Ak je rovnaký, účinok bude lepší, pretože >1 (50..100) a x 0 budú menšie.

Takže x 0 je kritérium pre tieniaci účinok vírivých prúdov. Je zaujímavé odhadnúť, koľkokrát sa hustota prúdu a intenzita magnetického poľa zmenšia v hĺbke x 0 v porovnaní s hĺbkou na povrchu. Za týmto účelom nahradíme x \u003d x 0 do vzorca (8.5).

z čoho je možné vidieť, že v hĺbke x 0 sa prúdová hustota a intenzita magnetického poľa znižujú faktorom e, t.j. do hodnoty 1/2,72, čo je 0,37 hustoty a napätia na povrchu. Keďže oslabenie poľa je len 2,72 krát v hĺbke x 0 nestačí charakterizovať tieniaci materiál, potom sa použijú ďalšie dve hodnoty hĺbky prieniku x 0,1 a x 0,01, charakterizujúce pokles hustoty prúdu a napätia poľa 10 a 100-krát od ich hodnôt na povrchu.

Hodnoty x 0,1 a x 0,01 vyjadrujeme cez hodnotu x 0, preto na základe výrazu (8.5) zostavíme rovnicu

A ,

rozhodnutie, ktoré dostaneme

x 0,1 \u003d x 0 ln10 \u003d 2,3 x 0; (8,7)

x 0,01 = x 0 ln100 = 4,6 x 0

Na základe vzorcov (8.6) a (8.7) pre rôzne tieniace materiály sú hodnoty hĺbok prieniku uvedené v literatúre. Pre prehľadnosť uvádzame rovnaké údaje vo forme tabuľky 8.1.

Tabuľka ukazuje, že pre všetky vysoké frekvencie, počnúc od rozsahu stredných vĺn, pôsobí clona vyrobená z akéhokoľvek kovu s hrúbkou 0,5...1,5 mm veľmi efektívne. Pri výbere hrúbky a materiálu obrazovky by sa nemalo vychádzať z elektrických vlastností materiálu, ale riadiť sa nimi úvahy o mechanickej pevnosti, tuhosti, odolnosti proti korózii, jednoduchosti spájania jednotlivých dielov a realizácii prechodových kontaktov medzi nimi s nízkou odolnosťou, jednoduchosti spájkovania, zvárania atď.

Z údajov v tabuľke vyplýva, že pre frekvencie vyššie ako 10 MHz poskytuje film z medi a ešte viac zo striebra s hrúbkou menšou ako 0,1 mm výrazný tieniaci účinok. Preto je pri frekvenciách nad 10 MHz celkom prijateľné použiť štíty vyrobené z fóliou potiahnutých getinakov alebo iného izolačného materiálu potiahnutého meďou alebo striebrom.

Oceľ môže byť použitá ako tienenie, ale musíte si uvedomiť, že kvôli vysokému odporu a hysteréznemu javu môže oceľové sito spôsobiť značné straty v tieniacich obvodoch.

Tienenie magnetického poľa.

skratová metóda. - Metóda obrazovky magnetického poľa.

Metóda posunu magnetického poľa Používa sa na ochranu pred konštantným a pomaly sa meniacim striedavým magnetickým poľom. Sitá sú vyrobené z feromagnetických materiálov s vysokou relatívnou magnetickou permeabilitou (oceľ, permalloy). V prítomnosti clony prechádzajú čiary magnetickej indukcie hlavne pozdĺž jej stien, ktoré majú nízky magnetický odpor v porovnaní so vzduchovým priestorom vo vnútri clony. Čím je clona hrubšia a čím menej švíkov, spojov, tým je tienenie účinnejšie. Metóda posunutia obrazovky používa sa na tienenie striedavých vysokofrekvenčných magnetických polí. V tomto prípade sa používajú obrazovky vyrobené z nemagnetických kovov. Tienenie je založené na fenoméne indukcie.

Ak dáte do cesty rovnako premenlivému magnetickému mólu medený valec, v ktorom sú vybudené striedavé vírivé indukčné prúdy (Foucaultove prúdy). Magnetické pole týchto prúdov bude uzavreté; vo vnútri valca bude smerovať k vzrušujúcemu poľu a mimo neho v rovnakom smere ako vzrušujúce pole. Vzniknuté pole je v blízkosti valca oslabené a mimo neho zosilnené, t.j. dochádza k vytesneniu poľa z priestoru, ktorý zaberá valec, čo je jeho tieniaci efekt, ktorý bude tým účinnejší, čím nižší bude elektrický odpor valca, t.j. čím viac vírivých prúdov ním preteká.

V dôsledku povrchového efektu („efekt pokožky“) hustota vírivých prúdov a intenzita striedavého magnetického poľa, keď idú hlbšie do kovu, exponenciálne klesajú

Kde

μ je relatívna magnetická permeabilita materiálu; μ˳ – vákuová magnetická permeabilita rovná 1,25*108 h*cm-1; ρ je odpor materiálu, Ohm*cm; ƒ – frekvencia, Hz.

Pre nemagnetický materiál je μ = 1. A tieniaci účinok je určený iba ƒ a ρ.

Tienenie je aktívna metóda ochrany informácií. Tienenie magnetického poľa (magnetostatické tienenie) sa používa vtedy, keď je potrebné potlačiť snímače na nízkych frekvenciách od 0 do 3..10 kHz. Účinnosť magnetostatického tienenia sa zvyšuje pri použití viacvrstvových tienenia.

Účinnosť magnetického tienenia závisí od frekvencie a elektrických vlastností materiálu tienenia. Čím nižšia je frekvencia, tým slabšie clona pôsobí, tým hrubšia musí byť, aby sa dosiahol rovnaký efekt tienenia. Pre vysoké frekvencie, počnúc od rozsahu stredných vĺn, je veľmi účinná obrazovka vyrobená z akéhokoľvek kovu s hrúbkou 0,5 ... 1,5 mm. Pri výbere hrúbky a materiálu obrazovky je potrebné vziať do úvahy mechanickú pevnosť, tuhosť, odolnosť proti korózii, pohodlie spájania jednotlivých častí a vytváranie prechodových kontaktov s nízkym odporom medzi nimi, pohodlie spájkovania, zvárania atď. Pre frekvencie nad 10 MHz, medený a najmä strieborný film s hrúbkou viac ako 0,1 mm poskytuje významný tieniaci efekt. Preto je pri frekvenciách nad 10 MHz celkom prijateľné použiť štíty vyrobené z fóliou potiahnutých getinakov alebo iného izolačného materiálu potiahnutého meďou alebo striebrom. Na výrobu obrazoviek sa používajú: kovové materiály, dielektrické materiály, sklá s vodivým povlakom, špeciálne metalizované tkaniny, vodivé farby. Kovové materiály (oceľ, meď, hliník, zinok, mosadz) používané na tienenie sa vyrábajú vo forme plechov, sietí a fólií.

Všetky tieto materiály spĺňajú požiadavku na odolnosť proti korózii pri použití s ​​vhodnými ochrannými nátermi. Technologicky najpokročilejšie sú konštrukcie oceľových sít, pretože pri ich výrobe a inštalácii je možné široko použiť zváranie alebo spájkovanie. Plechy musia byť po celom obvode navzájom elektricky spojené. Šev elektrického zvárania alebo spájkovania musí byť súvislý, aby sa získala celozvarená konštrukcia štítu. Hrúbka ocele sa volí na základe účelu konštrukcie sita a podmienok jeho montáže, ako aj na základe možnosti zabezpečenia súvislých zvarov pri výrobe. Oceľové clony poskytujú útlm elektromagnetického žiarenia o viac ako 100 dB. Sieťové sitá sa ľahšie vyrábajú, ľahko sa montujú a ovládajú. Na ochranu pred koróziou je vhodné sieťku prekryť antikoróznym lakom. Medzi nevýhody sieťových sitiek patrí nízka mechanická pevnosť a nižšia účinnosť tienenia v porovnaní s plechovými. Pre sieťové sitá je vhodný akýkoľvek dizajn švu, ktorý poskytuje dobrý elektrický kontakt medzi susednými sieťovými panelmi aspoň každých 10-15 mm. Na tento účel je možné použiť spájkovanie alebo bodové zváranie. Sito z pocínovanej nízkouhlíkovej oceľovej siete s bunkou 2,5-3 mm poskytuje útlm asi 55-60 dB a z rovnakého dvojitého (so vzdialenosťou medzi vonkajšími a vnútornými okami 100 mm) asi 90 dB. . Clona vyrobená z jedného medeného pletiva s bunkou 2,5 mm má útlm rádovo 65-70 dB

Tienenie magnetických polí je možné vykonať dvoma spôsobmi:

Tienenie feromagnetickými materiálmi.

Tienenie vírivými prúdmi.

Prvá metóda sa zvyčajne používa na skríning konštantných MF a nízkofrekvenčných polí. Druhá metóda poskytuje významnú účinnosť pri tienení vysokofrekvenčného MF. V dôsledku povrchového efektu hustota vírivých prúdov a intenzita striedavého magnetického poľa, keď idú hlbšie do kovu, klesajú podľa exponenciálneho zákona:

Zníženie poľa a prúdu, ktoré sa nazýva ekvivalentná hĺbka prieniku.

Čím menšia je hĺbka prieniku, tým väčší prúd prúdi v povrchových vrstvách sita, tým väčší je ním vytvorený reverzný MF, ktorý vytláča vonkajšie pole zdroja snímania z priestoru, ktorý sito zaberá. Ak je tienenie vyrobené z nemagnetického materiálu, potom bude tieniaci účinok závisieť len od špecifickej vodivosti materiálu a frekvencie tieniaceho poľa. Ak je clona vyrobená z feromagnetického materiálu, potom, ak sú ostatné veci rovnaké, bude v nej vonkajším poľom indukované veľké e. d.s. v dôsledku väčšej koncentrácie siločiar magnetického poľa. Pri rovnakej vodivosti materiálu sa budú zvyšovať vírivé prúdy, čo má za následok menšiu hĺbku prieniku a lepší tieniaci účinok.

Pri výbere hrúbky a materiálu sita by sa nemalo vychádzať z elektrických vlastností materiálu, ale riadiť sa úvahami o mechanickej pevnosti, hmotnosti, tuhosti, odolnosti voči korózii, jednoduchosti spájania jednotlivých častí a vytváraní prechodových kontaktov medzi nimi. s nízkym odporom, jednoduchosťou spájkovania, zvárania atď.

Z údajov v tabuľke je vidieť, že pre frekvencie nad 10 MHz poskytujú medené a ešte viac strieborné filmy s hrúbkou cca 0,1 mm výrazný tieniaci efekt. Preto je pri frekvenciách nad 10 MHz celkom prijateľné používať obrazovky vyrobené z fóliou potiahnutého getinaxu alebo sklolaminátu. Pri vysokých frekvenciách poskytuje oceľ väčší tieniaci účinok ako nemagnetické kovy. Malo by sa však vziať do úvahy, že takéto tienenia môžu spôsobiť značné straty do tienených obvodov v dôsledku vysokého odporu a hysterézie. Preto sú takéto obrazovky použiteľné iba v prípadoch, keď je možné ignorovať stratu vloženia. Taktiež pre väčšiu účinnosť tienenia musí mať clona menší magnetický odpor ako vzduch, potom majú siločiary magnetického poľa tendenciu prechádzať pozdĺž stien clony a prenikať do priestoru mimo clony v menšom počte. Takáto clona je rovnako vhodná na ochranu pred účinkami magnetického poľa a na ochranu vonkajšieho priestoru pred vplyvom magnetického poľa vytváraného zdrojom vo vnútri clony.

Existuje veľa druhov ocele a permalloy s rôznymi hodnotami magnetickej permeability, takže pre každý materiál je potrebné vypočítať hodnotu hĺbky prieniku. Výpočet sa robí podľa približnej rovnice:

1) Ochrana pred vonkajším magnetickým poľom

Magnetické siločiary vonkajšieho magnetického poľa (indukčné čiary magnetického interferenčného poľa) budú prechádzať hlavne cez hrúbku stien obrazovky, ktorá má nízky magnetický odpor v porovnaní s odporom priestoru vo vnútri obrazovky. . V dôsledku toho vonkajšie magnetické rušivé pole neovplyvní činnosť elektrického obvodu.

2) Tienenie vlastného magnetického poľa

Takéto nakladanie sa používa, ak je úlohou chrániť vonkajšie elektrické obvody pred účinkami magnetického poľa vytvoreného prúdom cievky. Indukčnosť L, t.j. keď je potrebné prakticky lokalizovať rušenie vytvárané indukčnosťou L, potom sa takýto problém rieši pomocou magnetickej clony, ako je schematicky znázornené na obrázku. Tu sa takmer všetky siločiary poľa induktora uzavrú cez hrúbku stien obrazovky bez toho, aby ich prekročili, pretože magnetický odpor obrazovky je oveľa menší ako odpor okolitého priestoru.

3) Dvojitá obrazovka

Na dvojitom magnetickom tienidle si možno predstaviť, že časť magnetických siločiar, ktoré presahujú hrúbku stien jednej obrazovky, sa uzavrie cez hrúbku stien druhej obrazovky. Rovnakým spôsobom si možno predstaviť pôsobenie dvojitej magnetickej clony pri lokalizácii magnetickej interferencie vytvorenej prvkom elektrického obvodu nachádzajúceho sa vo vnútri prvej (vnútornej) clony: prevažná časť magnetických siločiar (magnetických rozptylových čiar) sa uzavrie. steny vonkajšej clony. Samozrejme, pri dvojitých zástenách treba racionálne zvoliť hrúbky stien a vzdialenosť medzi nimi.

Celkový koeficient tienenia dosahuje najväčšiu hodnotu v prípadoch, keď sa hrúbka steny a medzera medzi clonami zväčšujú úmerne so vzdialenosťou od stredu clony a medzera je geometrickým priemerom hrúbok stien susediacich clon. . V tomto prípade tieniaci faktor:

L = 20 lg (H/Ne)

Výroba dvojitých obrazoviek podľa tohto odporúčania je z technologických dôvodov prakticky náročná. Oveľa vhodnejšie je zvoliť vzdialenosť medzi plášťami susediacimi so vzduchovou medzerou sita, väčšiu ako je hrúbka prvého sita, približne rovnajúcu sa vzdialenosti medzi steakom prvého sita a okrajom prvku tieneného obvodu. (napríklad cievky a induktory). Voľba jednej alebo druhej hrúbky steny magnetickej obrazovky nemôže byť jednoznačná. Stanoví sa racionálna hrúbka steny. materiál tienenia, frekvencia rušenia a špecifikovaný tieniaci faktor. Je užitočné vziať do úvahy nasledujúce.

1. So zvyšovaním frekvencie rušenia (frekvencie striedavého magnetického poľa rušenia) sa magnetická permeabilita materiálov znižuje a spôsobuje zníženie tieniacich vlastností týchto materiálov, keďže so znižovaním magnetickej permeability sa znižuje odolnosť voči magnetickej permeabilite. tok vyvíjaný obrazovkou sa zvyšuje. Pokles magnetickej permeability so zvyšujúcou sa frekvenciou je spravidla najintenzívnejší pre tie magnetické materiály, ktoré majú najvyššiu počiatočnú magnetickú permeabilitu. Napríklad elektrooceľový plech s nízkou počiatočnou magnetickou permeabilitou mení hodnotu jx málo so zvyšujúcou sa frekvenciou a permalloy, ktorá má vysoké počiatočné hodnoty magnetickej permeability, je veľmi citlivá na zvýšenie frekvencie magnetického poľa. ; jeho magnetická permeabilita s frekvenciou prudko klesá.

2. V magnetických materiáloch vystavených vysokofrekvenčnému magnetickému interferenčnému poľu sa zreteľne prejavuje povrchový efekt, t.j. posunutie magnetického toku na povrch stien tienidla, čo spôsobuje zvýšenie magnetického odporu tienidla. Za takýchto podmienok sa zdá byť takmer zbytočné zväčšovať hrúbku stien obrazovky za hranice, ktoré zaberá magnetický tok pri danej frekvencii. Takýto záver je nesprávny, pretože zvýšenie hrúbky steny vedie k zníženiu magnetického odporu obrazovky aj za prítomnosti povrchového efektu. Zároveň treba brať do úvahy aj zmenu magnetickej permeability. Keďže jav povrchového efektu v magnetických materiáloch sa zvyčajne stáva zreteľnejším ako pokles magnetickej permeability v nízkofrekvenčnej oblasti, vplyv oboch faktorov na výber hrúbky steny obrazovky bude odlišný v rôznych rozsahoch magnetických interferenčných frekvencií. Pokles tieniacich vlastností s rastúcou interferenčnou frekvenciou je spravidla výraznejší u tienenia vyrobených z materiálov s vysokou počiatočnou magnetickou permeabilitou. Vyššie uvedené vlastnosti magnetických materiálov poskytujú základ pre odporúčania týkajúce sa výberu materiálov a hrúbky stien magnetických obrazoviek. Tieto odporúčania možno zhrnúť takto:

A) tienenia vyrobené z bežnej elektrotechnickej (transformátorovej) ocele, ktoré majú nízku počiatočnú magnetickú permeabilitu, možno použiť v prípade potreby na zabezpečenie malých tieniacich faktorov (Ke 10); takéto obrazovky poskytujú takmer konštantný tieniaci faktor v dosť širokom frekvenčnom pásme, až niekoľko desiatok kilohertzov; hrúbka takýchto obrazoviek závisí od frekvencie rušenia a čím nižšia je frekvencia, tým väčšia je požadovaná hrúbka obrazovky; napríklad pri frekvencii magnetického interferenčného poľa 50-100 Hz by hrúbka stien obrazovky mala byť približne rovná 2 mm; ak je potrebné zvýšenie tieniaceho faktora alebo väčšia hrúbka tienenia, potom je vhodné použiť niekoľko tieniacich vrstiev (dvojité alebo trojité tienenie) menšej hrúbky;

B) je vhodné použiť tienenia z magnetických materiálov s vysokou počiatočnou permeabilitou (napríklad permalloy), ak je potrebné zabezpečiť veľký tieniaci faktor (Ke > 10) v relatívne úzkom frekvenčnom pásme a nie je vhodné zvoliť hrúbka každého plášťa magnetickej obrazovky väčšia ako 0,3-0,4 mm; tieniaci účinok takýchto obrazoviek začína zreteľne klesať pri frekvenciách nad niekoľko stoviek alebo tisíc hertzov, v závislosti od počiatočnej priepustnosti týchto materiálov.

Všetko, čo bolo uvedené vyššie o magnetických štítoch, platí pre slabé magnetické interferenčné polia. Ak je štít umiestnený v blízkosti silných zdrojov rušenia a vznikajú v ňom magnetické toky s vysokou magnetickou indukciou, potom, ako je známe, je potrebné vziať do úvahy zmenu magnetickej dynamickej permeability v závislosti od indukcie; je potrebné počítať aj so stratami v hrúbke sita. V praxi sa s takýmito silnými zdrojmi magnetických rušivých polí, pri ktorých by sa muselo počítať s ich vplyvom na obrazovky, s výnimkou niektorých špeciálnych prípadov, ktoré neumožňujú rádioamatérsku prax a bežné prevádzkové podmienky rádia, nestretávame. inžinierske zariadenia so širokým využitím.

Test

1. V prípade magnetického tienenia musí štít:
1) Majú menší magnetický odpor ako vzduch
2) majú magnetický odpor rovný vzduchu
3) majú väčší magnetický odpor ako vzduch

2. Pri tienení magnetického poľa Uzemnenie tienenia:
1) Neovplyvňuje účinnosť tienenia
2) Zvyšuje účinnosť magnetického tienenia
3) Znižuje účinnosť magnetického tienenia

3. Pri nízkych frekvenciách (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
a) Hrúbka tienenia, b) Magnetická permeabilita materiálu, c) Vzdialenosť medzi tienením a ostatnými magnetickými obvodmi.
1) Iba a a b sú pravdivé
2) Iba b a c sú pravdivé
3) Iba a a b sú pravdivé
4) Všetky možnosti sú správne

4. Magnetické tienenie pri nízkych frekvenciách využíva:
1) Meď
2) Hliník
3) Permalloy.

5. Magnetické tienenie pri vysokých frekvenciách používa:
1) Železo
2) Permalloy
3) Meď

6. Pri vysokých frekvenciách (>100 kHz) účinnosť magnetického tienenia nezávisí od:
1) Hrúbka obrazovky

2) Magnetická priepustnosť materiálu
3) Vzdialenosti medzi obrazovkou a inými magnetickými obvodmi.

Použitá literatúra:

2. Semenenko, V. A. Informačná bezpečnosť / V. A. Semenenko - Moskva, 2008.

3. Yarochkin, V. I. Informačná bezpečnosť / V. I. Yarochkin - Moskva, 2000.

4. Demirchan, K. S. Theoretical Foundations of Electrical Engineering Volume III / K. S. Demirchan S.-P, 2003.