-
磁屏蔽解决方法
GMR
传感器作为一种灵敏度非常高的磁性传感器，可以预见未
来的广泛应用。但用户极其关心的一个问题是
抗磁干扰问题。
为
解决此问题有多种方案，
但最主要的是磁屏蔽，
以下是关于磁屏
蔽的相关论述。
（资料主要来源：
The MuShield
Company,Inc.
仅供参考，不负相关责任。
）
如果你要设计自己的磁屏蔽系统，你会发现以下的信息是很有用的。
磁屏蔽目的：通常是保护电子线路免于受到诸如永磁体、变压器、电机、线圈、电缆等产生磁场的干扰，当然
屏蔽强的磁干扰源使它免于干扰附近的元器件功能也是一个重要的应用目的。
磁屏蔽材料参数及材料划分：
磁屏蔽体由磁性材料制成，
< br>衡量材料导磁能力的参数是磁导率，
通常以数字来表
示相
对大小。真空磁导率为
1
，屏蔽材料的磁导率从
200
到
350000
；
磁屏蔽材料的另一个重要参数是饱和磁化强
度。磁屏蔽材料一般分为
三类，即高导磁材料、中导磁材料和高饱和材料。
高饱和磁导率材料的磁导率在
80000-350000
之间，经热处理后其饱和场可达
75
00Gs
；中磁导率材料通常和
高导材料一起使用，其磁导率值
从
12500-150000
，饱和场
15500Gs
；高饱和场的磁导率值为
200-50000<
/p>
，饱和
场可达
18000-21000G
s
。
以下是一些常用量的定义：
Gs
：磁通密度的单位，相当于每平方厘米面积上有一条磁力线通过
。
磁通量：由磁场产生的所有磁力线的总和。
饱和磁场：即材料磁感应强度渐趋于一恒定值时对应的磁场。
B
：屏蔽体中的磁通密度，单位
Gs<
/p>
。
d
：屏蔽体
直径（注：当屏蔽体为矩形时指最长边的尺寸）
。
Ho
：外场强度，单位
Oe
。
μ
：材料磁导率。
< br>A
：衰减量（相对值）
。
t
：屏蔽体厚度。
磁场强度：屏蔽体中磁场强度估算用下面公式：
B=2.5dHo/2t
（
Gs
）
如用厚度为
0.060
″的材料制成直径为
1.5
″的屏蔽体，在
80Gs
的磁场中其内部磁场为
2500Gs
。
屏蔽体厚度：用以下公式估算：
<
/p>
t=Ad/
μ
（英寸）
< br>
如用磁导率为
80000
的材料制成直径为
1.5
″的屏蔽体，
当要求实现
1000/1
的衰减量时，屏蔽体的厚度为
t=1000
×
1.5/80000=0.019
″
厚度设计还应综合考虑性价比的因素，
一般屏蔽材料的磁导率应不低于
80000
，
否则就要增加厚度以达到同
样的屏蔽效果，则会导致费用的增加。
当场强很强时，
厚度的选取应使材料工作于磁导率
最大的场强下。
如当材料的磁导率在场强为
2300-2500
Gs
时磁导率最大，则所需厚度为
t=1.25dHo/B
（英寸）
如直径
1.5
″，长度
6
″的屏蔽体置于
80Gs
的磁场中，所需的厚度是
0.060
″
。
磁场衰减率：用下式估算：
A=
μ
t/d
用此式对上面的数据计算可得到，当材料磁导率为
350000
时，其衰减率为
14000
。
磁通密度：被屏蔽空间内磁通密度为
B=Ho/A
（
Gs
）
同样利用以上数据，则被屏蔽空间的磁场为
0.0057Gs
。
更多的设计要点：
*
开始设计前要正确估算干扰场的大小和频率，其次，正确评价能承受的干扰场的大小。
< br>
*
用以屏蔽很强的磁场时，可采用多层屏蔽的结构。
如果可能，两层屏蔽体间保留
1/2
″的间隙。
*
在屏蔽如真空泵产生的
强磁场时，要采用多层屏蔽结构。其中内层用低磁导率材料，中间层用中磁导率材
料，外
层用高磁导率材料。
*
用单层结构屏蔽如
CRTs
等及其敏感的设备时
，应在离设备
5
″处形成一个完整的屏蔽体；当型号很大时，<
/p>
只需对关键部分如磁轭等部位进行屏蔽即可。
*
对于极低场的要求，通常采用
3
层屏蔽的方式，其中外层屏蔽用高磁导率材料，在内外屏蔽层间是
Cu
层。
在
C
u
层上通以强的交流电流可对内屏蔽层消磁，同时
Cu
层还可以屏蔽静磁场的干扰。
*
对于磁屏蔽结构，在材料厚度允许的时候可采用搭接点焊，交接尺寸至少
3/8
″。在直径发生变化或结构
拐角
的地方，应采用氦弧焊。
使用片
状材料的要点：在屏蔽小元件时，刚性结构加工应用都不方便，这时片状材料是一个很好的选择，但要注
意以下事项：
*
为减少磁散射发生，结构中应避免出现
尖锐的拐角；如果结构上需要开孔或缝，则应力求其边角采用圆
弧形式。
*
当屏蔽圆柱形物体
时，
每一层的搭接尺寸不少于
3/4
″
，
而且第一层的接口位于
180
°的位
置，
则下一层的
接口位于
90
°的位置，再下一层又位于
180
°的位置，如
此等等。
*
为了提高屏蔽效果，每两层屏蔽间保留
3-4
倍于薄片厚度
的空间。
*
因为薄片材料具有极高的
磁导率，因此使用中应避免连续螺旋状卷绕它，否则将有可能在屏蔽体中产生相
当于磁极
的结构。
*
当在薄片材料上钻孔时，应确保是在正确的加工片状金属的条件下进行，而不是在普通的金属加工条件下
操作，因为普通的操作方式会产生螺丝起子效应导致薄片发生弯曲，从而减小材料的磁导率，
导致屏蔽效果的降
低。
磁场的基本物理量
1.
磁通
Φ
定义：垂直穿过某一截面积
S
的磁力线
总数。单位：
Wb(
韦伯
)
2.
磁感应强度
B
定义：表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量，是个矢量。
规定：其值等于垂直于
B
矢量的
单位面积的磁力线数。
计算公式：
B=
Φ
/S
对于电流产生的磁场，磁感应强度的方向和电流方向满足右手螺旋定则，其大小为
:
B=F/LI
单位：
< br>特斯拉（
T
）即韦伯
/
米
2
1T=1Wb/m
2
3.
磁导率
μ
定义：衡量物质导磁能力大小的物理量。
大小：真空中的磁导率用
μ
0
表示
，实验测得
μ
0
为一常数。非铁磁性物
质的
μ
近似等于
μ
0
。而铁
磁性物质的磁导率很高，
μ
>>
μ
0
。
单位：亨
/
米（
H/m
）
几种常用磁性材料的磁导率
镍锌铁
氧体
10
～
1000
锰锌铁
氧体
300
～
5000
材料名称
铸铁
硅钢片
坡莫合金
200
～
相对磁导率
μ
r
=
μ
/
μ
0
400
7000
～
10000
2*10
4
～
2*10
5
4.
磁场强度
定义：在任何磁介质中，磁场中某点的磁感应强度
B
与同一点
的磁导率
μ
的比值称为该点的磁场
强度
H
，即：
H=B/
< br>μ
。单位：安
/
米（
A/m
）
注意事项：磁
场强度
H
与磁感应强度
B
的名称很相似，切忌混淆。
H
是为计算的方便引入的物
理量。
磁性材料及其性能