การป้องกันสนามแม่เหล็กแม่เหล็กถาวร การป้องกันสนามแม่เหล็กสลับ

ในการลดความแรงของสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรหรือสนามแม่เหล็กสลับความถี่ต่ำที่มีกระแสสลับในพื้นที่หนึ่งๆ ให้ใช้ การป้องกันแม่เหล็ก… เมื่อเทียบกับสนามไฟฟ้าซึ่งถูกป้องกันได้ง่ายโดยแอปพลิเคชัน เซลล์ฟาราเดย์, สนามแม่เหล็กไม่สามารถคัดกรองได้อย่างสมบูรณ์, มันสามารถลดลงได้ในระดับหนึ่ง ณ ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งเท่านั้น

ในทางปฏิบัติ สำหรับวัตถุประสงค์ของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ในการแพทย์ ในธรณีวิทยา ในด้านเทคนิคบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับอวกาศและพลังงานนิวเคลียร์ สนามแม่เหล็กที่อ่อนแอมากมักจะได้รับการปกป้อง การเหนี่ยวนำ ซึ่งไม่ค่อยเกิน 1 nT

เรากำลังพูดถึงทั้งสนามแม่เหล็กถาวรและสนามแม่เหล็กแปรผันในช่วงความถี่กว้าง ตัวอย่างเช่น การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กโลกไม่เกิน 50 μT โดยเฉลี่ย; สนามดังกล่าวพร้อมกับสัญญาณรบกวนความถี่สูงจะลดทอนได้ง่ายกว่าด้วยการป้องกันแม่เหล็ก

เมื่อพูดถึงการป้องกันสนามแม่เหล็กจรจัดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังและวิศวกรรมไฟฟ้า (แม่เหล็กถาวร หม้อแปลง วงจรไฟฟ้ากระแสสูง) บ่อยครั้งก็เพียงพอแล้วที่จะจำกัดขอบเขตส่วนสำคัญของสนามแม่เหล็ก แทนที่จะพยายามกำจัดมันทั้งหมด โล่แม่เหล็กไฟฟ้า — สำหรับป้องกันสนามแม่เหล็กถาวรและความถี่ต่ำ

วิธีแรกและง่ายที่สุดในการป้องกันสนามแม่เหล็กคือ การใช้โล่แม่เหล็กไฟฟ้า (ตัว) ในรูปแบบของทรงกระบอก แผ่น หรือทรงกลม วัสดุของเปลือกหอยต้องมี การซึมผ่านของแม่เหล็กสูง และ แรงบีบบังคับต่ำ.

เมื่อวางโล่ดังกล่าวไว้ในสนามแม่เหล็กภายนอก การเหนี่ยวนำแม่เหล็กในแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนตของโล่จะแรงกว่าภายในพื้นที่ป้องกัน ซึ่งการเหนี่ยวนำจะลดลงตามลำดับ

ลองพิจารณาตัวอย่างหน้าจอในรูปแบบของทรงกระบอกกลวง

รูปแสดงให้เห็นว่าสายการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กภายนอกที่ทะลุผ่านผนังของหน้าจอเฟอร์โรแมกเนติกนั้นหนาขึ้นภายในและในช่องทรงกระบอกโดยตรง ดังนั้นสายการเหนี่ยวนำจะหายากมากขึ้น นั่นคือสนามแม่เหล็กภายในกระบอกสูบจะเหลือน้อยที่สุด สำหรับประสิทธิภาพคุณภาพสูงของเอฟเฟ็กต์ที่ต้องการ จะใช้วัสดุเฟอร์โรแมกเนติกที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กสูง เช่น เพอร์มาลอยด์หรือมิวเมทัล.

อย่างไรก็ตาม การทำให้ผนังหน้าจอหนาขึ้นไม่ใช่วิธีที่ดีที่สุดในการปรับปรุงคุณภาพมีประสิทธิภาพมากกว่ามากคือโล่เฟอร์โรแมกเนติกหลายชั้นที่มีช่องว่างระหว่างชั้นที่ประกอบกันเป็นโล่ โดยที่ค่าสัมประสิทธิ์การป้องกันจะเท่ากับผลคูณของค่าสัมประสิทธิ์การป้องกันสำหรับแต่ละชั้น — คุณภาพการป้องกันของโล่หลายชั้นจะดีกว่าผลของ ชั้นต่อเนื่องที่มีความหนาเท่ากับผลรวมของชั้นบน

ด้วยหน้าจอเฟอร์โรแมกเนติกหลายชั้น ทำให้สามารถสร้างห้องที่มีการป้องกันสนามแม่เหล็กสำหรับการศึกษาต่างๆ ได้ ชั้นนอกของหน้าจอดังกล่าวทำขึ้นในกรณีของเฟอร์โรแมกเน็ตซึ่งอิ่มตัวที่ค่าการเหนี่ยวนำสูงในขณะที่ชั้นในเป็นโลหะ mu, permaloid, metglass เป็นต้น — จาก ferromagnets ที่อิ่มตัวที่ค่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่ต่ำกว่า

โล่ทองแดง - เพื่อป้องกันสนามแม่เหล็กสลับ

หากจำเป็นต้องป้องกันสนามแม่เหล็กสลับ ก็จะใช้วัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูง เช่น น้ำผึ้ง.

ในกรณีนี้ สนามแม่เหล็กภายนอกที่เปลี่ยนแปลงจะทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำในหน้าจอนำไฟฟ้า ซึ่งจะครอบคลุมพื้นที่ของปริมาตรที่ป้องกันไว้ และทิศทางของสนามแม่เหล็กของกระแสเหนี่ยวนำในหน้าจอจะตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กภายนอก การป้องกันซึ่งจัดไว้ดังนั้น ดังนั้นสนามแม่เหล็กภายนอกจะถูกชดเชยบางส่วน

นอกจากนี้ยิ่งความถี่ของกระแสสูง ค่าสัมประสิทธิ์การป้องกันก็จะยิ่งสูงขึ้น ดังนั้นสำหรับความถี่ต่ำและมากกว่านั้นสำหรับสนามแม่เหล็กคงที่ หน้าจอแบบแม่เหล็กไฟฟ้าจึงเหมาะสมที่สุด

ค่าสัมประสิทธิ์การกรอง K ขึ้นอยู่กับความถี่ของสนามแม่เหล็กสลับ f ขนาดของตะแกรง L ค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุตะแกรงและความหนาของวัสดุ d สามารถหาได้โดยประมาณจากสูตร:

การประยุกต์ใช้หน้าจอตัวนำยิ่งยวด

อย่างที่คุณทราบ ตัวนำยิ่งยวดสามารถเปลี่ยนสนามแม่เหล็กออกจากตัวมันเองได้อย่างสมบูรณ์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ไมส์เนอร์ เอฟเฟ็กต์… ตาม กฎของ Lenz, การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในสนามแม่เหล็ก ในตัวนำยิ่งยวด สร้างกระแสเหนี่ยวนำซึ่งใช้สนามแม่เหล็กชดเชยการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กในตัวนำยิ่งยวด

หากเราเปรียบเทียบกับตัวนำธรรมดา ในตัวนำยิ่งยวด กระแสเหนี่ยวนำจะไม่อ่อนลง ดังนั้นจึงสามารถออกแรงชดเชยผลกระทบทางแม่เหล็กได้เป็นเวลานาน (ในทางทฤษฎี) อย่างไม่สิ้นสุด

ข้อเสียของวิธีการนี้ถือได้ว่ามีค่าใช้จ่ายสูง การมีสนามแม่เหล็กตกค้างอยู่ภายในหน้าจอซึ่งอยู่ที่นั่นก่อนที่จะเปลี่ยนวัสดุไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวด ตลอดจนความไวของตัวนำยิ่งยวดต่ออุณหภูมิ ในกรณีนี้ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่สำคัญสำหรับตัวนำยิ่งยวดอาจสูงถึงหลายสิบเทสลา

วิธีการป้องกันด้วยการชดเชยที่ใช้งานอยู่

เพื่อลดสนามแม่เหล็กภายนอก สามารถสร้างสนามแม่เหล็กเพิ่มเติมที่มีขนาดเท่ากันแต่มีทิศทางตรงกันข้ามกับสนามแม่เหล็กภายนอกซึ่งเป็นพื้นที่ที่ต้องการป้องกันโดยเฉพาะ

สิ่งนี้ทำได้โดยการนำไปใช้ ขดลวดชดเชยพิเศษ (ขดลวดเฮล์มโฮลทซ์) — คู่ของขดลวดนำกระแสที่จัดเรียงโคแอกเชียลที่เหมือนกันซึ่งแยกจากกันโดยระยะห่างของรัศมีขดลวด ได้รับสนามแม่เหล็กที่ค่อนข้างสม่ำเสมอระหว่างขดลวดดังกล่าว

เพื่อให้ได้รับการชดเชยสำหรับปริมาตรทั้งหมดของพื้นที่ที่กำหนด คุณต้องมีขดลวดดังกล่าวอย่างน้อยหกตัว (สามคู่) ซึ่งถูกวางไว้ตามงานเฉพาะ

การใช้งานทั่วไปสำหรับระบบชดเชยดังกล่าวคือการป้องกันการรบกวนความถี่ต่ำที่เกิดจากเครือข่ายไฟฟ้า (50 Hz) เช่นเดียวกับการป้องกันสนามแม่เหล็กโลก

โดยทั่วไปแล้ว ระบบประเภทนี้จะทำงานร่วมกับเซ็นเซอร์สนามแม่เหล็ก ซึ่งแตกต่างจากเกราะป้องกันแม่เหล็กซึ่งลดสนามแม่เหล็กพร้อมกับเสียงรบกวนในปริมาตรทั้งหมดที่ล้อมรอบด้วยโล่ การป้องกันแบบแอ็คทีฟโดยใช้ขดลวดชดเชยช่วยให้สามารถขจัดการรบกวนของแม่เหล็กได้เฉพาะในพื้นที่ที่มีการปรับแต่งเท่านั้น

โดยไม่คำนึงถึงการออกแบบของระบบป้องกันแม่เหล็กรบกวน แต่ละระบบต้องการการป้องกันการสั่นสะเทือน เนื่องจากการสั่นสะเทือนของหน้าจอและเซ็นเซอร์มีส่วนทำให้เกิดสัญญาณรบกวนจากแม่เหล็กเพิ่มเติมจากหน้าจอที่สั่นสะเทือนเอง