相比電場,磁場屏蔽要難得多,了解下如何屏蔽磁場

2020-12-25 電子工程專輯


相對於電場來說,磁場的屏蔽就比較困難。只有當導磁介質厚到一定程度,才能夠有效阻斷磁場。


使用鋼製刀切斷部分磁力線


下圖顯示導磁金屬壁的厚度對於磁力線透過的影響。隨著金屬壁厚度增加,透過的磁力線會逐步減少。


這一點與電場屏蔽就有很大的不同。屏蔽電場只需要薄薄的一層金屬,便可以徹底切斷電力線,與金屬膜的厚度無關。


磁力線透過金屬壁的情況


對於交變磁場,當頻率低的時候,小於100kHz,磁場的屏蔽情況與靜態磁場相似。當交變磁場頻率繼續增加,此時屏蔽金屬殼內的渦流現象增強,會進一步增加屏蔽的效果。


對於電磁導航的智能車來說,所使用的交變磁場為20kHz,屬於低頻交變磁場。普通的金屬對於該磁場的屏蔽效果較弱。


使用工字型10mH電感可以感應導航磁場的強度。


測量電磁線周圍的磁場強度


由於磁場是矢量場,使用三個方向垂直的電感可以測量磁場在三個方面各個分量的大小。


在電磁導線上方經過,可以繪製出三個方向上的磁場分量隨著位置變化的場強變化曲線。


測量電磁場的三個方向的電感


與電磁線保持平行方向的磁場強度分量基本為0;與電磁場水平垂直和豎直垂直的方向,磁場強度隨著位置變化產生很大的變化。


在智能車競賽中通常情況下使用水平垂直的電感來檢測車模的平移量,進而引導車模沿著賽道前進。



三個電感測量所得到的磁場隨著位置變化的曲線


選擇了三種不同的金屬板來對比對磁場的影響效果。包括不鏽鋼板、鋁板、敷銅PCB板以及一個金屬圓環。


用於測試屏蔽磁場的金屬


分別測試在電磁線一側放置上述屏蔽金屬板的情況下,磁場強度隨著位置變化的曲線。


放置金屬圓環時磁場強度曲線


放置不鏽鋼板圓環時磁場強度曲線


放置敷銅PCB板時磁場強度曲線


放置鋁板時磁場強度曲線


對比在三個方向上,屏蔽金屬板對於磁場強度的影響。會發現與電磁線平行的方向上,磁場變化最大。


與電磁線豎直方向上垂直磁場變化


電磁線水平方向垂直磁場變化


與電磁線平行方向上的磁場變化


通過上述實驗對比,可以看出,水平方向上與電磁線垂直的磁場強度受到電磁線周圍金屬屏蔽幹擾程度最小,這也提高了導航的精度。


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