磁屏蔽解決方法

1、磁屏蔽解決方法 GMR傳感器作為一種靈敏度非常高的磁性傳感器，可以預(yù)見未來的廣泛應(yīng)用。但用戶極其關(guān)心的一個問題是抗磁干擾問題。為解決此問題有多種方案，但最主要的是磁屏蔽，以下是關(guān)于磁屏蔽的相關(guān)論述。（資料主要來源：The MuShield Company,Inc. 僅供參考，不負相關(guān)責(zé)任。）如果你要設(shè)計自己的磁屏蔽系統(tǒng)，你會發(fā)現(xiàn)以下的信息是很有用的。 磁屏蔽目的：通常是保護電子線路免于受到諸如永磁體、變壓器、電機、線圈、電纜等產(chǎn)生磁場的干擾，當(dāng)然屏蔽強的磁干擾源使它免于干擾附近的元器件功能也是一個重要的應(yīng)用目的。 磁屏蔽材料參數(shù)及材料劃分：磁屏蔽體由磁性材料制成，衡量材料導(dǎo)磁能力的參數(shù)是磁導(dǎo)率

2、，通常以數(shù)字來表示相對大小。真空磁導(dǎo)率為1，屏蔽材料的磁導(dǎo)率從200到350000；磁屏蔽材料的另一個重要參數(shù)是飽和磁化強度。磁屏蔽材料一般分為三類，即高導(dǎo)磁材料、中導(dǎo)磁材料和高飽和材料。 高飽和磁導(dǎo)率材料的磁導(dǎo)率在80000-350000之間，經(jīng)熱處理后其飽和場可達7500Gs；中磁導(dǎo)率材料通常和高導(dǎo)材料一起使用，其磁導(dǎo)率值從12500-150000，飽和場15500Gs；高飽和場的磁導(dǎo)率值為200-50000，飽和場可達18000-21000Gs。 以下是一些常用量的定義： Gs：磁通密度的單位，相當(dāng)于每平方厘米面積上有一條磁力線通過。磁通量：由磁場產(chǎn)生的所有磁力線的總和。飽和磁場：即材料

3、磁感應(yīng)強度漸趨于一恒定值時對應(yīng)的磁場。B：屏蔽體中的磁通密度，單位Gs。d：屏蔽體直徑（注：當(dāng)屏蔽體為矩形時指最長邊的尺寸）。Ho：外場強度，單位Oe。：材料磁導(dǎo)率。A：衰減量（相對值）。t：屏蔽體厚度。磁場強度：屏蔽體中磁場強度估算用下面公式： B=2.5dHo/2t（Gs） 如用厚度為0.060的材料制成直徑為1.5的屏蔽體，在80Gs的磁場中其內(nèi)部磁場為2500Gs。屏蔽體厚度：用以下公式估算： t=Ad/（英寸） 如用磁導(dǎo)率為80000的材料制成直徑為1.5的屏蔽體，當(dāng)要求實現(xiàn)1000/1的衰減量時，屏蔽體的厚度為 t=10001.5/80000=0.019 厚度設(shè)計還應(yīng)綜合考慮性價比

4、的因素，一般屏蔽材料的磁導(dǎo)率應(yīng)不低于80000，否則就要增加厚度以達到同樣的屏蔽效果，則會導(dǎo)致費用的增加。當(dāng)場強很強時，厚度的選取應(yīng)使材料工作于磁導(dǎo)率最大的場強下。如當(dāng)材料的磁導(dǎo)率在場強為2300-2500Gs時磁導(dǎo)率最大，則所需厚度為 t=1.25dHo/B（英寸） 如直徑1.5，長度6的屏蔽體置于80Gs的磁場中，所需的厚度是0.060。磁場衰減率：用下式估算： A=t/d 用此式對上面的數(shù)據(jù)計算可得到，當(dāng)材料磁導(dǎo)率為350000時，其衰減率為14000。磁通密度：被屏蔽空間內(nèi)磁通密度為 B=Ho/A（Gs）同樣利用以上數(shù)據(jù)，則被屏蔽空間的磁場為0.0057Gs。 更多的設(shè)計要點：*開始設(shè)

5、計前要正確估算干擾場的大小和頻率，其次，正確評價能承受的干擾場的大小。*用以屏蔽很強的磁場時，可采用多層屏蔽的結(jié)構(gòu)。如果可能，兩層屏蔽體間保留1/2的間隙。 *在屏蔽如真空泵產(chǎn)生的強磁場時，要采用多層屏蔽結(jié)構(gòu)。其中內(nèi)層用低磁導(dǎo)率材料，中間層用中磁導(dǎo)率材料，外層用高磁導(dǎo)率材料。 *用單層結(jié)構(gòu)屏蔽如CRTs等及其敏感的設(shè)備時，應(yīng)在離設(shè)備5處形成一個完整的屏蔽體；當(dāng)型號很大時，只需對關(guān)鍵部分如磁軛等部位進行屏蔽即可。 *對于極低場的要求，通常采用3層屏蔽的方式，其中外層屏蔽用高磁導(dǎo)率材料，在內(nèi)外屏蔽層間是Cu層。在Cu層上通以強的交流電流可對內(nèi)屏蔽層消磁，同時Cu層還可以屏蔽靜磁場的干擾。 *對于磁

6、屏蔽結(jié)構(gòu)，在材料厚度允許的時候可采用搭接點焊，交接尺寸至少3/8。在直徑發(fā)生變化或結(jié)構(gòu)拐角的地方，應(yīng)采用氦弧焊。 使用片狀材料的要點：在屏蔽小元件時，剛性結(jié)構(gòu)加工應(yīng)用都不方便，這時片狀材料是一個很好的選擇，但要注意以下事項： *為減少磁散射發(fā)生，結(jié)構(gòu)中應(yīng)避免出現(xiàn) 尖銳的拐角；如果結(jié)構(gòu)上需要開孔或縫，則應(yīng)力求其邊角采用圓弧形式。 *當(dāng)屏蔽圓柱形物體時，每一層的搭接尺寸不少于3/4，而且第一層的接口位于180的位置，則下一層的接口位于90的位置，再下一層又位于180的位置，如此等等。 *為了提高屏蔽效果，每兩層屏蔽間保留3-4倍于薄片厚度的空間。*因為薄片材料具有極高的磁導(dǎo)率，因此使用中應(yīng)避免連續(xù)

7、螺旋狀卷繞它，否則將有可能在屏蔽體中產(chǎn)生相當(dāng)于磁極的結(jié)構(gòu)。 *當(dāng)在薄片材料上鉆孔時，應(yīng)確保是在正確的加工片狀金屬的條件下進行，而不是在普通的金屬加工條件下操作，因為普通的操作方式會產(chǎn)生螺絲起子效應(yīng)導(dǎo)致薄片發(fā)生彎曲，從而減小材料的磁導(dǎo)率，導(dǎo)致屏蔽效果的降低。 磁場的基本物理量1.磁通定義：垂直穿過某一截面積S的磁力線總數(shù)。單位：Wb(韋伯)2.磁感應(yīng)強度B定義：表示磁場內(nèi)某點的磁場強弱和方向的物理量，是個矢量。 規(guī)定：其值等于垂直于B矢量的單位面積的磁力線數(shù)。計算公式：B=/S對于電流產(chǎn)生的磁場，磁感應(yīng)強度的方向和電流方向滿足右手螺旋定則，其大小為: B=F/LI 單位：特斯拉（T）即韋伯/米2

8、 1T=1Wb/m23.磁導(dǎo)率定義：衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力大小的物理量。大?。赫婵罩械拇艑?dǎo)率用0表示，實驗測得0為一常數(shù)。非鐵磁性物質(zhì)的近似等于0。而鐵磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率很高，0。單位：亨/米（H/m）幾種常用磁性材料的磁導(dǎo)率材料名稱鑄鐵硅鋼片鎳鋅鐵氧體錳鋅鐵氧體坡莫合金相對磁導(dǎo)率r=/020040070001000010100030050002*1042*1054.磁場強度定義：在任何磁介質(zhì)中，磁場中某點的磁感應(yīng)強度B與同一點的磁導(dǎo)率的比值稱為該點的磁場強度H ，即：H=B/。單位：安/米（A/m）注意事項：磁場強度H與磁感應(yīng)強度B 的名稱很相似，切忌混淆。H 是為計算的方便引入的物理量。磁性材料及

9、其性能 自然界中有電的良導(dǎo)體，如各類金屬材料；也有導(dǎo)磁性能好的材料， 如表列舉的硅鋼、坡莫合金等。按導(dǎo)磁性能的好壞，大體上可將物 質(zhì)分為兩類：磁性材料（也稱為鐵磁材料）和非磁性材料。下面列表說明各自的性能。磁性材料非磁性材料材料名稱鐵、鈷、鎳、釓及其合金水銀、銅、硫、氯、氫、 銀、金、鋅、鉛、氧、 氮、鋁、鉑等。導(dǎo)磁性r1高導(dǎo)磁性，在磁場中可被強烈磁化r1不能被強烈磁化磁飽和性 1.B（）正比于H（I）,無磁飽和現(xiàn)象。2.=B/H=tg為一常數(shù)，不隨H（I）的變化而變化。磁滯性B的變化滯后于H的變化，故名磁滯特性（ ）無磁滯性B-H曲線詳細說明 與H不成比例關(guān)系，隨著H的增加，B增加得有限，趨

10、于飽和。返回 I曲線詳細說明 由于=B/S，Hl=NI(安培環(huán)路定律），所以，可將B-H曲線變換為-I曲線，即隨著電流I的增加，磁通將趨于飽和。返回 曲線 =B/H，不是一個常數(shù)返回 詳細說明當(dāng)鐵心由鐵磁構(gòu)成，線圈通有交變電流時，鐵心受到交變磁化，一個周期內(nèi)的BH（I）曲線如圖所示。其特點有：1.當(dāng)電流I0（H0）時，即鐵心中當(dāng)外磁場為零時，仍保留部分磁性，此時的B2稱為剩磁2.若使B0，則應(yīng)繼續(xù)加反向電流（反向磁場）到達3點，此時將B0的H值，即H3值稱為矯頑力H33.表示B與H的變化關(guān)系的閉合曲線稱為磁滯回線，即B的變化滯后于H的變化4.磁滯的作用：1）鐵心反復(fù)磁化所具有的磁滯現(xiàn)象將產(chǎn)生熱

11、量，并耗散掉，稱為磁滯算好，其大小與磁滯回線的面積成正比2）根據(jù)磁滯回線面積的大小，又可繼續(xù)將磁性材料分為三類：軟磁材料，永磁材料，矩磁材料。返回 磁屏蔽理論和實踐引言在低頻（到）磁屏蔽中，設(shè)計低成本屏蔽體的最關(guān)鍵因素是對磁屏蔽的透徹理解。其目的是要達到減少所規(guī)定的磁場，這樣使其對所屏蔽的器件或系統(tǒng)不形成威脅。一旦這一目標被確定，就應(yīng)考慮會影響到屏蔽體的低成本設(shè)計的一些基本設(shè)計因素。這些包括：材料的選擇、主要設(shè)計參數(shù)和加工工藝。材料的選擇對于屏蔽體來說，所選擇的材料的類型對其性能和成本影響極大。在設(shè)計屏蔽體時有一點是重要的，就是要深入了解普通使用的不同屏蔽合金的特性。對這些不同性能的理解就可使

12、你選擇合適的材料，去滿足目標要求。磁屏蔽材料要根據(jù)各自的特性進行選擇，特別是磁導(dǎo)率和磁飽和性能。由于在變更低頻磁場方向的效能，所以高磁導(dǎo)率材料（比如含的鎳合金umetal,這是一種高磁導(dǎo)率鐵鎳合金）是經(jīng)常使用的屏蔽材料。這些合金可滿足部分和樣式的要求。其可得到的相對較薄的厚度為.002到0.125英寸，并極易被有經(jīng)驗的屏蔽加工者加工出來。在需要于極小空間內(nèi)降低磁場時，典型上使用這些合金。在需要提供比要求更高屏蔽時，或是磁場強度（在較高場強時更為典型）需要具有更高飽和值材料時，這些材料常被選中。在屏蔽目標僅需要稍微減少場強時（減少），或是當(dāng)場強足以使高磁導(dǎo)率屏蔽體飽和時，超低碳鋼（）可能是最佳的

13、選擇。這些較低成本材料的碳含量典型小于0.01；與其它鋼相比，其有較高的磁導(dǎo)率和極優(yōu)的飽和性能。這些材料具有較小的柔韌性，并比硅鋼較容易制造，這就允許在大面積屏蔽項目中容易安裝和以同樣的方式加工出小型組件。可與高磁導(dǎo)率材料一起使用，以為需要高飽和保護和高衰減等級建立最佳的屏蔽體。對于低溫用的屏蔽體，ryoperm（為德國Vaccumschmelze GmbHg公司的注冊商標）為一種最佳選擇。與umetal一樣，ryoperm也是一種高磁導(dǎo)率鎳鐵合金，它是經(jīng)特殊加工而成的，以提供在降低溫度時磁導(dǎo)率增加。標準的屏蔽合金（比如umetal）在低溫時就失去了其大部分磁導(dǎo)率。但是Cryoperm可在77

14、.3到.2時的磁導(dǎo)率卻增加倍。表示出了最常用的屏蔽材料的磁導(dǎo)率飽和值的比較。飽和磁導(dǎo)率材料（高斯）（最大）（40）Amumetal（80%鎳）8，000400，0060，000Amunickel（48%鎳）15，000150，00012，000Cryoperm109，000250，00065，000超低碳鋼22，0004，0001，000表1由于材料的成本占屏蔽體價格的一半，所以使用較薄的尺寸能滿足所要求的屏蔽特性和結(jié)構(gòu)性能是最好了。厚度為0.002到0.010英寸的箔材是最低成本的選擇。這些箔材能以同等的化學(xué)組分和性能特性獲得，并可作為標準的以鎳為基礎(chǔ)的和材料。設(shè)計低成本屏蔽體的最重要的一步

15、，就是對這些典型屏蔽材料特性及其對屏蔽性能影響的了解。一旦合適的材料被選中，其重點要集中于基本的設(shè)計考慮，以使其不但性能最佳，而且對成本的影響最小。設(shè)計考慮大部分屏蔽體用的公式和模型的開發(fā)是基于圓形或無限長的圓柱體幾何形狀的。在實際應(yīng)用中，所給定屏蔽體的實踐形狀由器件結(jié)構(gòu)和屏蔽體自身的可利用空間所決定。在設(shè)計一屏蔽體時，要了解的重要的結(jié)構(gòu)是，要使磁力線旋轉(zhuǎn)是困難的。但是，圓形屏蔽體，比如要改變圓柱體或是具有圓形角的盒體的磁力線的方向要比具有方形角的屏蔽體容易一些。類似地，對于包容已進入屏蔽材料的磁力線并改變其方向，圓角要比尖角好一些。保持可提供低磁阻路徑的屏蔽體形狀簡單或磁場運動的“最低磁阻路

16、徑”是很重要的。屏蔽體的尺寸在屏蔽效率和成本方面的重要性極大。屏蔽體的有效半徑越小，其整體性能就越好。但是，設(shè)計屏蔽體的目的是使其包絡(luò)試圖屏蔽的組件和空間，并應(yīng)該靠得很近。由于材料占屏蔽體設(shè)計的大部分成本，因此較小屏蔽體就可以在較低成本下獲得較優(yōu)的性能。每當(dāng)有可能，屏蔽體應(yīng)與所有壁靠近，以避免場泄漏。這種結(jié)構(gòu)（即使是矩形）也是最接近于圓形的，它可以建立一個半閉合的磁路。另外，全部箱體可在所有軸上獲得屏蔽特性，這樣就可以保證最好的屏蔽性能。當(dāng)特殊的性能和進出口需要時，可移動的蓋板、罩和門均可組合到屏蔽體設(shè)計中去。在利用蓋板、罩和門時或使用兩塊或多塊板構(gòu)建屏蔽體時，在多塊板間保持磁連續(xù)性和電接觸是

17、很重要的?？赏ㄟ^機械式（利用磨擦組件）或焊接保持磁連續(xù)性。在拐角或過渡連接，使用焊接可獲得最佳性能。維持表面間的連續(xù)性就可以保證磁力線連續(xù)沿其低磁阻路徑前進，這樣可以提高屏蔽效能。在交流場，保持磁連續(xù)性就允許較高的感應(yīng)電流屏蔽，在直流場，對于適當(dāng)?shù)拇帕€分路，連續(xù)性也是重要的。如果你不能靠近屏蔽體的一端或兩端，要特別注意開端的長一直徑比。屏蔽體的這種長直徑比至少應(yīng)為：，以避免“端接效應(yīng)”和磁力線穿透屏蔽體范圍。經(jīng)驗法則是，屏蔽體需要延伸到器件的外部，這樣可以用與開孔半徑相等部分進行保護。由于增加了屏蔽體的長度同時保持直徑不變，就可以用無限長圓柱體模型進行近似。當(dāng)圓柱型或矩形屏蔽體需要大的開孔時

18、，垂直于屏蔽體壁的的管可用于由于開孔而引起屏蔽體的磁場強度的減少。管的長度應(yīng)正比于所屏蔽的開孔的直徑。在設(shè)計過程早期就應(yīng)考慮這些問題，可使這些主要設(shè)計參數(shù)對屏蔽體的成本影響較小。但是，這些因素要比材料本身對屏蔽體性能的影響要大。這樣，在設(shè)計屏蔽體時，最先保證這些基本參數(shù)通常是需要的。生產(chǎn)技術(shù)一種好的屏蔽體設(shè)計要涉及到加工過程，其可提供所需要的結(jié)構(gòu)和特性。在過去，大部分磁屏蔽體是用標準的精密片狀金屬加工技術(shù)通過剪切、穿孔、成型和焊接加工出來的?，F(xiàn)在，利用先進的激光切割系統(tǒng)，個別部件的剪切和計算機化的數(shù)字控制沖孔都由一步激光切割技術(shù)所代替。主要的屏蔽元件的一步加工技術(shù)可使加工時間更快和降低加工成本，而無須高成本的加工方法。特別是對于型材和特殊設(shè)備（比如專用切割和系列化），這種過程可為屏蔽設(shè)計者提供更大的靈活性。利用母材并使用縫隙和連接點的氬弧焊或疊層縫隙的點焊，就可以組裝多個屏蔽元件。氬弧焊可使組裝的屏蔽體得到最佳化的磁連續(xù)性，它可用于