מיגון שדה מגנטי קבוע, מיגון שדה מגנטי לסירוגין

כדי להפחית את עוצמת השדה המגנטי של מגנט קבוע או שדה מגנטי מתחלף בתדר נמוך עם זרמים מתחלפים באזור מסוים בחלל, השתמש מיגון מגנטי... בהשוואה לשדה חשמלי, אשר די בקלות מוגן על ידי היישום תאי פאראדיי, לא ניתן לסנן לחלוטין את השדה המגנטי, ניתן רק להחליש אותו במידה מסוימת במיקום מסוים.

בפועל, למטרות מחקר מדעי, ברפואה, בגיאולוגיה, בכמה תחומים טכניים הקשורים לחלל ואנרגיה גרעינית, שדות מגנטיים חלשים מאוד מוגנים לרוב, הַשׁרָאָה שלעיתים רחוקות עולה על 1 nT.

אנחנו מדברים גם על שדות מגנטיים קבועים וגם על שדות מגנטיים משתנים בטווח תדרים רחב. אינדוקציית השדה המגנטי של כדור הארץ, למשל, אינה עולה על 50 μT בממוצע; שדה כזה, יחד עם רעש בתדר גבוה, קל יותר להחליש על ידי מיגון מגנטי.

כאשר מדובר במיגון שדות מגנטיים תועים באלקטרוניקה והנדסת חשמל (מגנטים קבועים, שנאים, מעגלי זרם גבוה), לרוב מספיק פשוט למקם חלק משמעותי מהשדה המגנטי במקום לנסות לחסל אותו לחלוטין. מגן פרומגנטי - לסיכוך שדות מגנטיים קבועים ובתדר נמוך

הדרך הראשונה והקלה ביותר להגן על השדה המגנטי היא השימוש במגן פרומגנטי (גוף) בצורת גליל, גיליון או כדור. החומר של פגז כזה חייב להיות חדירות מגנטית גבוהה ו כוח כפייה נמוך.

כאשר מגן כזה מונח בשדה מגנטי חיצוני, האינדוקציה המגנטית בפרומגנט של המגן עצמו מתגלה כחזקה יותר מאשר בתוך האזור הממוגן, שם האינדוקציה תהיה נמוכה יותר בהתאם.

הבה נבחן דוגמה למסך בצורת גליל חלול.

האיור מראה שקווי האינדוקציה של השדה המגנטי החיצוני החודרים לדופן המסך הפרומגנטי מעובים בתוכו ובאופן ישיר בחלל הגליל, ולכן קווי האינדוקציה יהיו נדירים יותר. כלומר, השדה המגנטי בתוך הגליל יישאר מינימלי. לביצועים באיכות גבוהה של האפקט הנדרש, נעשה שימוש בחומרים פרומגנטיים בעלי חדירות מגנטית גבוהה, כגון פרמלואיד או מו-מטאל.

אגב, פשוט עיבוי דופן המסך היא לא הדרך הטובה ביותר לשפר את איכותו.הרבה יותר יעילים הם מגנים פרומגנטיים רב-שכבתיים עם מרווחים בין השכבות המרכיבות את המגן, כאשר מקדם המיגון יהיה שווה למכפלת מקדמי המיגון עבור השכבות הבודדות - איכות המיגון של מגן רב-שכבתי תהיה טובה יותר מההשפעה של שכבה רציפה בעובי השווה לסכום השכבות העליונות.

הודות למסכים הפרומגנטיים הרב-שכבתיים, ניתן ליצור חדרים ממוגנים מגנטית ללימודים שונים. השכבות החיצוניות של מסכים כאלה עשויות במקרה זה של פרומגנטים, אשר רוויים בערכים גבוהים של אינדוקציה, בעוד השכבות הפנימיות שלהם הן מתכת mu, פרמלואיד, מטגלאס וכו'. - מפרומגנטים הרוויים בערכים נמוכים יותר של אינדוקציה מגנטית.

מגן נחושת - להגנה על שדות מגנטיים מתחלפים

אם יש צורך להגן על שדה מגנטי מתחלף, אזי משתמשים בחומרים בעלי מוליכות חשמלית גבוהה, כגון דבש.

במקרה זה, השדה המגנטי החיצוני המשתנה יגרום לזרמי אינדוקציה במסך המוליך, אשר יכסו את חלל הנפח המוגן, וכיוון השדות המגנטיים של זרמי האינדוקציה הללו במסך יהיה הפוך לשדה המגנטי החיצוני. , ההגנה ממנה מסודרת כך. לכן, השדה המגנטי החיצוני יפוצה חלקית.

בנוסף, ככל שתדירות הזרמים גבוהה יותר, כך מקדם המיגון גבוה יותר. בהתאם לכך, עבור תדרים נמוכים יותר ואף יותר עבור שדות מגנטיים קבועים, מסכים פרומגנטיים מתאימים ביותר.

את מקדם הניפוי K, בהתאם לתדירות השדה המגנטי המתחלף f, גודל המסך L, מוליכות חומר המסננת ועוביו d, ניתן למצוא בערך לפי הנוסחה:

יישום של מסכים מוליכים

כידוע, מוליך-על מסוגל להסיט לחלוטין את השדה המגנטי הרחק מעצמו. תופעה זו ידועה בשם אפקט מייסנר… לפי שלטון לנץ, כל שינוי בשדה המגנטי במוליך העל מייצר זרמי אינדוקציה אשר, בעזרת השדות המגנטיים שלהם, מפצים על השינוי בשדה המגנטי במוליך העל.

אם נשווה את זה עם מוליך רגיל, אז במוליך-על זרמי האינדוקציה אינם נחלשים ולכן מסוגלים להפעיל אפקט מגנטי מפצה למשך זמן רב אינסופי (תיאורטית).

החסרונות של השיטה יכולים להיחשב בעלותה הגבוהה, הימצאות שדה מגנטי שיורי בתוך המסך שהיה שם לפני מעבר החומר למצב מוליך, כמו גם רגישות המוליך לטמפרטורה. במקרה זה, ההשראה המגנטית הקריטית עבור מוליכים יכולה להגיע לעשרות טסלה.

שיטת מיגון עם פיצוי אקטיבי

על מנת לצמצם את השדה המגנטי החיצוני, ניתן ליצור באופן ספציפי שדה מגנטי נוסף השווה בגודלו אך הפוך בכיוון לשדה המגנטי החיצוני ממנו יש להגן על אזור מסוים.

זה מושג באמצעות יישום סלילי פיצוי מיוחדים (סלילי הלמהולץ) - זוג סלילים זהים המסודרים קואקסיאליים נושאי זרם המופרדים על ידי מרחק של רדיוס הסליל. מתקבל שדה מגנטי די אחיד בין סלילים כאלה.

כדי להשיג פיצוי על כל הנפח של אזור נתון, אתה צריך לפחות שישה סלילים כאלה (שלושה זוגות), הממוקמים בהתאם למשימה ספציפית.

יישומים אופייניים למערכת פיצוי כזו הם הגנה מפני הפרעות בתדר נמוך הנוצרות על ידי רשתות חשמל (50 הרץ), וכן מיגון של השדה המגנטי של כדור הארץ.

בדרך כלל, מערכות מסוג זה פועלות בשילוב עם חיישני שדה מגנטי. בניגוד למגנים מגנטיים, המפחיתים את השדה המגנטי יחד עם הרעש בכל הנפח התחום על ידי המגן, הגנה אקטיבית באמצעות סלילי פיצוי מאפשרת לבטל הפרעות מגנטיות רק באזור המקומי אליו הוא מכוון.

ללא קשר לעיצוב מערכת ההפרעות האנטי-מגנטיות, כל אחד מהם זקוק להגנה נגד רעידות, שכן רעידות המסך והחיישן תורמות ליצירת הפרעות מגנטיות נוספות מהמסך הרוטט עצמו.