張承青電鏡實驗室環境約稿[5]:幾種改善電磁環境方法比較

2020-11-28 儀器信息網

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本期將分享張承青老師為大家整理的關於電鏡實驗室環境對電鏡的影響的系列約稿經驗分享，以下為系列之五，以饗讀者。（本文經授權發布,分享內容為作者個人觀點, 僅供讀者學習參考,不代表本網觀點）

系列之五 幾種改善電磁環境方法比較

被動式低頻電磁屏蔽根據屏蔽材料不同主要分為兩種：一種是使用高導磁材料（如鋼、矽鋼、玻莫合金等），另一種是使用高導電材料（如銅、鋁等材料），雖然兩種方法的工作機理截然不同，但是均可達到較好的減弱環境磁場幹擾效果。

A．使用高導磁材料（以下簡稱磁路分流法）的理論依據是：使用高導磁材料將一個有限空間A全維度包裹起來，在環境磁場強度為Ho時，由於高導磁材料的磁阻遠遠小於空氣（普通Q195鋼板磁導為4000，矽鋼為8000～12000，玻莫合金為24000，空氣為近似1），借用歐姆定律可以知道，當Rs遠小於Ro時，Hi將遠小於Ho。磁力線被低磁阻材料分流，有限空間A內的磁場強度下降到Hi，達到消磁效果（參見圖一和圖二。其中Ri為A空間的空氣磁阻，Rs為屏蔽體的磁阻）。屏材內部的磁疇在磁場作用下產生振動，將部分磁能以熱量的形式耗散。

由於矽鋼和玻莫合金都存在導磁率各向異性、施工時不能敲擊和折彎及焊接等特點（雖然說起來可以通過熱處理改善，但實際上面對這樣大型的固定式產品，實際上無法操作，辦不到啊），所以它們實際效能要大大打一個折扣！不過在某些特殊部位，不需要敲擊折彎和焊接的情況下，做補充或加強還是可以的。），且價格昂貴，所以在電鏡磁屏蔽中一般不會用於屏蔽體大量應用，僅少量用於特殊部位（如門縫、波導口等）補充加強。

磁路分流法的屏效與屏材厚度大致成線性相關，理論上可以做到無限小。

B．使用高導電材料（以下簡稱感生磁場法）的理論依據是：使用高導電材料將一個有限空間全維度包裹起來，環境磁場以其電場分量作用於屏蔽體，產生感生電動勢，進而產生感生電流以及感生磁場。從電磁學基本原理可知，這個感生磁場與原有磁場大小相同（由於存在電阻，所以會略小一點）、方向相反（由於存在相位差，所以相位略有滯後），這樣有限空間內的磁場被抵消，強度下降，達到消磁效果。

感生磁場法的屏效與屏材厚度在一定範圍區間內無關。

C．兩種方法的共同之處：拼接焊縫需要全滿焊、焊縫高度不得低於屏蔽體母材厚度；必須注意各種尺度的開口及波導口設計。設計/製作是否成功，將嚴重影響屏效（適用木桶短板理論）。另外還需注意，屏蔽室內電鏡位置的震動不得大於周邊環境（曾經多次檢測到磁場合格了，震動卻反而比原來更大造成超標）。

從它們的基本工作原理可以看出（磁疇在DC磁場下不會振動以產生熱能的形式消耗磁場能量；DC磁場也不能產生感生反向電動勢），磁路分流法和感生磁場法對DC完全無效。對near DC也基本無效（必要時還是要配備一套主動式消磁器改善near DC電磁幹擾）。

D．簡單列個表格比較一下吧（相同部分就不說了）：


優  點

缺  點

磁路分流法

成本低，屏效可調（理論上無限）

重量較大

施工製作方便

施工製作難度略大

感生磁場法

重量較輕（鋁）

使用有色金屬材料


基本機理決定屏效有限

總體來說，還是磁路分流法略微佔優。據本人非準確統計，國內現有磁屏蔽約400～600個，其中大多數是磁路分流法，感生磁場法估計約十分之一二。

主動式低頻消磁器在本系列之四《主動式低頻消磁系統》中介紹過了，這裡就不重複了，直接比較一下吧。

與製作重量大、工期長、額外佔用空間和成本高的低頻電磁屏蔽相比。主動式低頻消磁器體積小重量輕價格低、對環境無影響、可以後期購買安裝等優點是很突出的。

不過還有一點必須說一下：磁屏蔽往往是個「交鑰匙」項目，就是說做磁屏蔽時往往連帶把電、水、空調、照明、網絡還有監控什麼的統統包括進去了，如果反正要裝修改造的話，性價比倒也挺高的呢。

總體說來，被動式磁屏蔽的效果優於主動式消磁器，但是由於前述原因，某些環境下也只能選配消磁器。

掃描電鏡一般幾種方法都區別不大，透射電鏡建議還是儘量選用磁屏蔽（差點忘了說，場發射透射電鏡對磁場要求一般比掃描電鏡要高一大截呢，呵呵）。

2020.10

張承青

作者簡介

作者張承青，退休前在某電鏡公司工作多年，曾經做過約兩千個（次）電鏡環境調查、測試，參與多個電鏡實驗室設計及改造設計規劃，在低頻電磁環境改善和低頻振動改善等方面有些體會，迄今仍在這些方面繼續探索。

附1：張承青系列約稿互動貼連結（點擊留言，與張老師留言互動）：

 https://bbs.instrument.com.cn/topic/7655934_1

附2：張承青系列約稿發布回顧

擬定主題

發布時間

文章連結

序言   電鏡實驗室環境對電鏡的影響

2020年10月13日

連結

系列之一   電子顯微鏡實驗室環境調查的必要性

2020年10月15日

連結

系列之二   電鏡實驗室的電磁環境改善

2020年10月20日

連結

系列之三   低 頻   電 磁   屏 蔽   實 踐

2020年10月22日

連結

系列之四   主動式低頻消磁系統

2020年10月27日

連結

系列之五   幾種改善電磁環境方法比較

2020年10月29日

連結

系列之六   低頻振動環境改善

2020年11月3日

連結

系列之七   談談電子顯微鏡的接地

2020年11月5日

連結

系列之八   溫度溼度和風速噪聲

2020年11月11日

連結

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附3：相關專家系列約稿

安徽大學林中清掃描電鏡系列約稿


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