ekraniruyuschaya-kamera-dlya-oslableniya-magnitnogo-polya-zemli-na-osnove-rulonnyh-magnitnyh-materialov (1)

Ýëåêòðîìàãíèòíûå èçìåðåíèÿ
621.318.13:537.612
Ýêðàíèðóþùàÿ êàìåðà äëÿ îñëàáëåíèÿ
ìàãíèòíîãî ïîëÿ Çåìëè íà îñíîâå ðóëîííûõ
ìàãíèòíûõ ìàòåðèàëîâ
Ñ. À. ÃÓÄÎØÍÈÊÎÂ*, Ñ. Í. ÂÅÍÅÄÈÊÒÎÂ**, Þ. Á. ÃÐÅÁÅÍÙÈÊÎÂ*,
Ï. À. ÊÓÇÍÅÖÎÂ***, Ñ. À. ÌÀÍÍÈÍÅÍ***, Î. Í. ÊÐÈÂÎËÀÏÎÂÀ****,
Ê. À. ÒÐÓÕÀÍÎÂ*****, Î. Ñ. ÊÐÓÃËÎÂ*****, À. Â. ÑÏÀÑÑÊÈÉ******
* Èíñòèòóò çåìíîãî ìàãíåòèçìà, èîíîñôåðû è ðàñïðîñòðàíåíèÿ ðàäèîâîëí
èì. Í. Â. Ïóøêîâà ÐÀÍ, Òðîèöê, Ðîññèÿ
** ÎÎÎ «Ìàãíèòíûå è êðèîýëåêòðîííûå ñèñòåìû», Òðîèöê, Ðîññèÿ,
e-mail: gudosh@izmiran.ru
*** ÔÃÓÏ ÖÍÈÈ ÊÌ «Ïðîìåòåé», Ñ.-Ïåòåðáóðã, Ðîññèÿ
**** ÍÈÒÓ ÌÈÑèÑ, Ìîñêâà, Ðîññèÿ
***** ÃÍÖ ÐÔ-ÈÌÁÏ ÐÀÍ, Ìîñêâà, Ðîññèÿ
****** ÍÈÈ ÿäåðíîé ôèçèêè èì. Ä. Â. Ñêîáåëüöûíà, ÌÃÓ èì. Ì. Â. Ëîìîíîñîâà,
Ìîñêâà, Ðîññèÿ
Ðàññìîòðåíû êîíñòðóêòèâíûå îñîáåííîñòè è ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé ìàêåòíîãî îáðàçöà ýêðàíèðóþùåé
êàìåðû, èçãîòîâëåííîé íà îñíîâå ðóëîííîãî ìàãíèòíîãî ìàòåðèàëà ÌÀÐ-1Ê èç ëåíò àìîðôíûõ ìàãíèòîìÿãêèõ
ñïëàâîâ è ïðåäíàçíà÷åííîé äëÿ èçìåðåíèé ïðè ïîâåðêå ìàãíèòî÷óâñòâèòåëüíîãî îáîðóäîâàíèÿ è èçó÷åíèÿ âëèÿíèÿ ãèïîìàãíèòíûõ óñëîâèé íà áèîëîãè÷åñêèå îáúåêòû. Ïîêàçàíî, ÷òî âíóòðè ðàáî÷åãî îáúåìà êàìåðû äèàìåòðîì 300 è äëèíîé 500 ìì ìàãíèòíîå ïîëå Çåìëè ìîæíî îñëàáèòü áîëåå ÷åì â 1000 ðàç.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ìàãíèòíîå ýêðàíèðîâàíèå, àìîðôíûå ìàãíèòîìÿãêèå ìàòåðèàëû.
The design features and test results of the prototype of magnetically shielding chamber manufactured on the basis of
roll magnetic material MAR-1K from bands of amorphous magnetic-soft alloys and meant for measurements at magnetosensitive equipment verification and study of hypomagnetic conditions influence upon biological objects. It is shown
that within the working volume of 300 mm diameter and of 500 mm length the Earth’s magnetic field may be weakened by
more than 1000 times.
Key words: magnetic shielding, amorphous magnetic-soft materials.
Èçâåñòíî, ÷òî ìàãíèòíûå ïîëÿ âîçäåéñòâóþò íà õèìè÷åñêèå è ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû â æèâûõ îðãàíèçìàõ. Áîëüøîé
èíòåðåñ âûçûâàåò èçó÷åíèå ïîâåäåíèÿ áèîëîãè÷åñêèõ îáúåêòîâ è ðàçëè÷íûõ ñèñòåì æèçíåîáåñïå÷åíèÿ â î÷åíü ñëàáûõ
ìàãíèòíûõ ïîëÿõ, õàðàêòåðíûõ äëÿ äàëüíåãî êîñìîñà. Ñîçäàíèå ïîäîáíûõ óñëîâèé, ò. å. îñëàáëåíèå åñòåñòâåííîãî
ìàãíèòíîãî ïîëÿ Çåìëè â ñîòíè è òûñÿ÷è ðàç (äî 50 — 5 íÒë),
ÿâëÿåòñÿ ñëîæíîé è òðóäîåìêîé íàó÷íî-òåõíè÷åñêîé çàäà÷åé.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ ñïåöèàëèçèðîâàííûå ìàãíèòíûå ýêðàíèðóþùèå êîìíàòû ñîçäàíû â Ãåðìàíèè, ßïîíèè, ÑØÀ.
Íàïðèìåð, â PTB (Ãåðìàíèÿ) ýêðàíèðóþùàÿ êîìíàòà îñëàáëÿåò âíåøíåå ìàãíèòíîå ïîëå â 104 ðàç [1]. Ïðè ýòîì âíåøíèå ðàçìåðû êîìíàòû 15×15 ì, à âíóòðåííåå ðàáî÷åå ïðîñòðàíñòâî 2×3 ì. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî âñå ìàãíèòîýêðàíèðóþùèå êîìíàòû ñîçäàíû íà îñíîâå øèðîêî ðàñïðîñòðàíåííûõ ìàãíèòîìÿãêèõ ñïëàâîâ ïåðìàëëîåâîãî êëàññà — μ-metal
(ðîññèéñêèé àíàëî㠗 ñïëàâ 79ÍÌ),ïðè÷åì òîëùèíà ìàòåðèàëà ñîñòàâëÿåò íåñêîëüêî ìèëëèìåòðîâ ïðè äëèíå è øèðèíå ëèñòà äî 100 ñì.
Îòíîñèòåëüíî íåäàâíî ïîÿâèëèñü íîâûå àìîðôíûå è
íàíîêðèñòàëëè÷åñêèå ìàãíèòîìÿãêèå ñïëàâû, ìàãíèòíûå
ñâîéñòâà êîòîðûõ (íà÷àëüíàÿ è ìàêñèìàëüíàÿ ìàãíèòíàÿ
ïðîíèöàåìîñòü) ñóùåñòâåííî âûøå, ÷åì ó ïåðìàëëîåâûõ.
Ïîäîáíûå àìîðôíûå ñïëàâû èçãîòàâëèâàþò ìåòîäîì
ñïèííèíãîâàíèÿ ðàñïëàâà, ïðè ýòîì ïîëó÷àþòñÿ ëåíòû òîëùèíîé 15 — 30 ìêì è øèðèíîé 2 — 30 ìì. Íàïðèìåð,
ïðîìûøëåííî âûïóñêàåìûå â Ðîññèè â ÎÀÎ «ÍÈÈÌÅÒ»
58
ëåíòû àìîðôíîãî ñïëàâà ÀÌÀÃ-172 (õèìè÷åñêèé ñîñòàâ
Co72Fe5Ni10Cr1,5Mn1,5Si7B3) òîëùèíîé 20 ìêì è øèðèíîé
20 ìì õàðàêòåðèçóþòñÿ íà÷àëüíîé è ìàêñèìàëüíîé ìàãíèòíûìè ïðîíèöàåìîñòÿìè 13000 è 700000, ñîîòâåòñòâåííî [2].
Äëÿ óäîáñòâà ïðèìåíåíèÿ äàííûõ àìîðôíûõ ëåíò íà èõ îñíîâå ðàçðàáîòàí ðóëîííûé ìàãíèòíûé ìàòåðèàë ìàðêè
ÌÀÐ-1Ê [3], â êîòîðîì ëåíòû óêëàäûâàþòñÿ âíàõëåñò ñ ïåðåêðûòèåì íå ìåíåå òîëùèíû ñàìîé ëåíòû è íàäåæíî ñêðåïëÿþòñÿ ñ ïîìîùüþ ïîëèìåðíîãî ñâÿçóþùåãî. Òîëùèíà è
øèðèíà ïîäîáíîãî ðóëîííîãî ìàòåðèàëà ñîñòàâëÿåò 80 ìêì
(30/20/30 ìêì, ãäå 30 ìêì — òîëùèíà èçîëÿöèè; 20 ìêì —
òîëùèíà ìàãíèòíîãî ìàòåðèàëà) è 500 ìì, ñîîòâåòñòâåííî.
Ïåðâûå ïðèìåíåíèÿ äàííîãî ìàòåðèàëà ïîêàçàëè ïåðñïåêòèâíîñòü èçãîòîâëåíèÿ íà åãî îñíîâå ðàçëè÷íûõ ìàãíèòíûõ
ýêðàíîâ è ýêðàíèðóþùèõ êàìåð. Â äàííîé ðàáîòå ðàññìîòðåíû îñíîâíûå êîíñòðóêòèâíûå îñîáåííîñòè ýêðàíèðóþùåé
êàìåðû èç ìàòåðèàëà ÌÀÐ-1Ê, îáåñïå÷èâàþùåé îñëàáëåíèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ Çåìëè áîëåå ÷åì â 1000 ðàç â öèëèíäðè÷åñêîì îáúåìå äèàìåòðîì 300 è äëèíîé 500 ìì.
Êîíñòðóêöèÿ ýêðàíèðóþùåé êàìåðû. Ïðè ðàçðàáîòêå êàìåðû ñ óêàçàííûìè ïàðàìåòðàìè ïðåäóñìàòðèâàëàñü âîçìîæíîñòü åå ðàçìàãíè÷èâàíèÿ çàòóõàþùèì ïîëåì ïðè ñëó÷àéíîì íàìàãíè÷èâàíèè.
Äëÿ îïðåäåëåíèÿ òðåáîâàíèé ê êîíñòðóêöèè ìàãíèòíîãî
ýêðàíà íà îñíîâå ðóëîííîãî ìàãíèòíîãî ìàòåðèàëà ÌÀÐ-1Ê
áûëè ïðîâåäåíû ðàñ÷åòû ýôôåêòèâíîñòè ýêðàíèðîâàíèÿ â
ïðèáëèæåíèè áåñêîíå÷íîãî öèëèíäðè÷åñêîãî ýêðàíà. Ðàñ÷åòû âûïîëíÿëè ìåòîäîì êîíå÷íûõ ýëåìåíòîâ ñ ïîìîùüþ
Èçìåðèòåëüíàÿ òåõíèêà ¹ 3, 2012
Ýëåêòðîìàãíèòíûå èçìåðåíèÿ
ïðîãðàììíîãî ïàêåòà ELCUT (âåðñèÿ 5.4.0.557), ïîçâîëÿþùåãî ìîäåëèðîâàòü äâóõìåðíûå ìàãíèòíûå ïîëÿ.  êà÷åñòâå
ìàãíèòíûõ õàðàêòåðèñòèê ìàòåðèàëà â ðàñ÷åòàõ èñïîëüçîâàëè êðèâûå íàìàãíè÷èâàíèÿ ëåíòû àìîðôíîãî ñïëàâà
ÀÌÀÃ-172, ïîëó÷åííûå íà ìàãíèòîèçìåðèòåëüíîé óñòàíîâêå ÌÊ-3Ý ïî ìåòîäèêå ñòàíäàðòà [4].
Ïåðâîíà÷àëüíî áûë ðàññ÷èòàí ïðîñòîé âàðèàíò ýêðàíèðóþùåé êàìåðû — áåñêîíå÷íûé öèëèíäðè÷åñêèé ìíîãîñëîéíûé îäèíàðíûé ýêðàí äèàìåòðîì 300 ìì â îäíîðîäíîì
ïîëå, ïåðïåíäèêóëÿðíîì îñè ýêðàíà ñ èíäóêöèåé 50 ìêÒë.
Ïîä ìíîãîñëîéíûì îäèíàðíûì ýêðàíîì ïîíèìàåòñÿ ýêðàí,
ñîñòîÿùèé èç íåñêîëüêèõ ñëîåâ ðóëîííîãî ìàãíèòíîãî ìàòåðèàëà ÌÀÐ-1Ê, íàâèòûõ âïëîòíóþ äðóã íà äðóãà. Ðåçóëüòàòû
ðàñ÷åòà êîýôôèöèåíòà ýêðàíèðîâàíèÿ (ÊÝ), êîòîðûé îïðåäåëÿåòñÿ êàê îòíîøåíèå èíäóêöèé âíåøíåãî ïîëÿ 50 ìêÒë è
ïîëÿ âíóòðè ýêðàíà, â çàâèñèìîñòè îò ÷èñëà ñëîåâ ÌÀÐ-1Ê
ïðèâåäåíû â äâóõ ïåðâûõ ñòîëáöàõ òàáëèöû. Èç ïðåäñòàâëåííûõ äàííûõ ñëåäóåò, ÷òî èñïîëüçîâàíèå ìíîãîñëîéíîãî
îäèíàðíîãî ýêðàíà íå ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü Ê > 200 ïðè ïðèåìëåìîì ÷èñëå ñëîåâ ýêðàíèðóþùåãî ìàòåðèàëà.
Çàâèñèìîñòü ÊÝ îò ÷èñëà ñëîåâ ðóëîííîãî ìàòåðèàëà
×èñëî ñëîåâ
ýêðàíà
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Ýêðàí äèàìåòðîì 300 ìì
ðàñ÷åò ÊÝ
5
75
84
91
96
101
104
107
109
Ýêðàí äèàìåòðîì 500 ìì
èçìåðåíèå ÊÝ
ðàñ÷åò ÊÝ
4,7
30
101
164
305
435
—
770
1050
2
15
74
79
84
89
92
96
99
èçìåðåíèå ÊÝ
2,5
—
—
22
75
165
—
—
—
 ñîîòâåòñòâèè ñ òåîðèåé ìàãíèòíîãî ýêðàíèðîâàíèÿ [5]
ýôôåêòèâíîå óâåëè÷åíèå ÊÝ âîçìîæíî ïðè èñïîëüçîâàíèè
äâîéíîãî ýêðàíà, ñîñòîÿùåãî èç äâóõ ìíîãîñëîéíûõ îäèíàðíûõ ýêðàíîâ ðàçíîãî äèàìåòðà, âëîæåííûõ îäèí â äðóãîé.
Áûëà ïðîâåäåíà ñåðèÿ ðàñ÷åòîâ äâîéíûõ ýêðàíîâ è èññëåäîâàíà çàâèñèìîñòü ÊÝ òàêîé ñèñòåìû îò êîëè÷åñòâà ñëîåâ
îäèíàðíûõ ýêðàíîâ è øèðèíû çàçîðà ìåæäó íèìè.
Íà ðèñ. 1, à ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè ðàñ÷åòíûõ çíà÷åíèé
ÊÝ äâîéíîãî ýêðàíà îò îáùåãî ÷èñëà n ñëîåâ ýêðàíèðóþùåãî
ìàòåðèàëà, íàâèòûõ íà îáà öèëèíäðà.  äàííûõ ðàñ÷åòàõ
äèàìåòð âíóòðåííåãî ýêðàíà áûë âûáðàí ðàâíûì 300 ìì, à
äèàìåòð âíåøíåãî ýêðàíà — 500 ìì, ò. å. çàçîð Δ ìåæäó
ýêðàíàìè ñîñòàâëÿë 100 ìì. Íà ðèñ. 1, à ëèíèåé 1 ïîêàçàíû
ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ äâîéíîãî ýêðàíà ñ îäèíàêîâûì ÷èñëîì ñëîåâ íà âíóòðåííåì è âíåøíåì öèëèíäðàõ, íà÷èíàÿ
ñ äâóõ ñëîåâ íà êàæäîì (n = 4); ëèíèÿìè 2, 3 — ðåçóëüòàòû
ðàñ÷åòîâ, êîãäà íà âíåøíåì ýêðàíå ÷èñëî ñëîåâ ôèêñèðîâàíî è ðàâíî ñîîòâåòñòâåííî ïÿòè (n = 10) è äåñÿòè (n = 20), à
ìåíÿåòñÿ ÷èñëî ñëîåâ íà âíóòðåííåì ýêðàíå.
Íà ðèñ. 1, á ïðèâåäåí ðàñ÷åò çàâèñèìîñòè ÊÝ äâîéíîãî
ýêðàíà îò øèðèíû çàçîðà δ ìåæäó âíóòðåííèì è âíåøíèì
ýêðàíàìè.  äàííûõ ðàñ÷åòàõ äèàìåòð âíóòðåííåãî ýêðàíà
áûë ôèêñèðîâàí è ñîñòàâëÿë 300 ìì, à äèàìåòð âíåøíåãî
èçìåíÿëñÿ. Ðàñ÷åòû âûïîëíåíû äëÿ ñëó÷àåâ, êîãäà íà âíåøíåì è âíóòðåííåì öèëèíäðàõ ñîäåðæèòñÿ ïî 10 ñëîåâ ðóëîí-
Èçìåðèòåëüíàÿ òåõíèêà ¹ 3, 2012
Ðèñ. 1. Çàâèñèìîñòè ðàñ÷åòíûõ çíà÷åíèé ÊÝ äâîéíîãî áåñêîíå÷íîãî
öèëèíäðè÷åñêîãî ýêðàíà:
à — îò îáùåãî ÷èñëà n ñëîåâ ýêðàíèðóþùåãî ìàòåðèàëà, 1 — îäèíàêîâîå ÷èñëî ñëîåâ íà âíóòðåííåì è âíåøíåì ýêðàíàõ; 2 — ÷èñëî ñëîåâ
âíåøíåãî ýêðàíà ðàâíî 5; 3 — ÷èñëî ñëîåâ âíåøíåãî ýêðàíà ðàâíî 10;
á — îò øèðèíû çàçîðà ìåæäó âíóòðåííèì è âíåøíèì ýêðàíàìè, 1 — ïî
10 ñëîåâ, 2 — ñîîòâåòñòâåííî ïî 10 è 20 ñëîåâ ðóëîííîãî ìàòåðèàëà
íîãî ìàòåðèàëà (ëèíèÿ 1) è ñîîòâåòñòâåííî 10 è 20 ñëîåâ
(ëèíèÿ 2). Èç ðèñ. 1, á ñëåäóåò, ÷òî ïðè ôèêñèðîâàííîì çàçîðå óâåëè÷åíèå êîëè÷åñòâà ñëîåâ âíóòðåííåãî ýêðàíà ïðè
íåèçìåííîì âíåøíåì äàåò ëó÷øèé ðåçóëüòàò, ÷åì îäíîâðåìåííîå íàðàùèâàíèå ñëîåâ íà îáîèõ ýêðàíàõ.
Ñ ó÷åòîì âûïîëíåííûõ ðàñ÷åòîâ äëÿ äîñòèæåíèÿ ÊÝ áîëåå 1000 çà îñíîâó áûëà ïðèíÿòà êîíñòðóêöèÿ â âèäå äâîéíîãî ýêðàíà, â êîòîðîì âíóòðåííèé ýêðàí äèàìåòðîì 300 è
äëèíîé 500 ìì ñîäåðæèò 20 ñëîåâ ðóëîííîãî ìàòåðèàëà, à
âíåøíèé ýêðàí èìååò äèàìåòð 500 ìì, äëèíó 700 ìì è ñîäåðæèò 10 ñëîåâ ðóëîííîãî ìàòåðèàëà.  âûáðàííîé êîíñòðóêöèè êàòóøêó ðàçìàãíè÷èâàíèÿ ðàçìåùàëè â çàçîðå ìåæäó ýêðàíàìè. Îáùàÿ ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà ýêðàíèðóþùåé
êàìåðû ñ áëîêîì ðàçìàãíè÷èâàíèÿ è êîíòðîëüíûì ìàãíèòîìåòðîì ïðèâåäåíà íà ðèñ. 2.
Èçãîòîâëåíèå è èñïûòàíèå êàìåðû. Íà îñíîâàíèè ïðîâåäåííûõ ðàñ÷åòîâ áûëè èçãîòîâëåíû äâà öèëèíäðè÷åñêèõ
ýêðàíà: âíåøíèé äëèíîé 700 è äèàìåòðîì 500 ìì è âíóòðåííèé äëèíîé 500 è äèàìåòðîì 300 ìì. Îäèí òîðåö êàæäîãî
ýêðàíà áûë íàãëóõî çàäåëàí, à äðóãîé çàêðûò ñúåìíîé êðûøêîé.  ãëóõîì òîðöå êàæäîãî ýêðàíà èìååòñÿ ïî òðè íåáîëüøèõ îòâåðñòèÿ äëÿ ââîäà ïðîâîäîâ èçìåðèòåëüíûõ äàò÷èêîâ
è ðàçìàãíè÷èâàþùåé êàòóøêè.
 ïðîöåññå èçãîòîâëåíèÿ öèëèíäðè÷åñêèõ ýêðàíîâ ïðîâîäèëè ïîñëîéíûå êîíòðîëüíûå èçìåðåíèÿ ìàãíèòíîãî
59
Ýëåêòðîìàãíèòíûå èçìåðåíèÿ
Ðèñ. 2. Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà ýêðàíèðóþùåé êàìåðû:
1 — áëîê ðåãèñòðàöèè; 2 — êàòóøêà ðàçìàãíè÷èâàíèÿ; 3 — äàò÷èê
òðåõêîìïîíåíòíîãî ìàãíèòîìåòðà; 4 — äâîéíîé ìàãíèòíûé ýêðàí
ïîëÿ âíóòðè ýêðàíîâ è îöåíèâàëè ñîîòâåòñòâóþùèå ÊÝ (ñì.
òàáëèöó). Ïðè âûïîëíåíèè èçìåðåíèé êàæäûé öèëèíäðè÷åñêèé ýêðàí áåç êðûøêè ðàñïîëàãàëè ãîðèçîíòàëüíî è îðèåíòèðîâàëè ïåðïåíäèêóëÿðíî íàïðàâëåíèþ ìàãíèòíîãî ïîëÿ
Çåìëè. Ïîïåðå÷íóþ ñîñòàâëÿþùóþ ìàãíèòíîãî ïîëÿ èçìåðÿëè âáëèçè ãëóõîãî òîðöà ýêðàíà ôåððîçîíäîâûì ìàãíèòîìåòðîì ÍÂ0204.4À ïðîèçâîäñòâà ÍÏÎ «ÝÍÒ».
Êàê ñëåäóåò èç òàáëèöû, ýêñïåðèìåíòàëüíî èçìåðåííûå
ÊÝ îäèíàðíûõ ýêðàíîâ çíà÷èòåëüíî áîëüøå ðàñ÷åòíûõ. Ïîýòîìó ÷èñëî ñëîåâ ðóëîííîãî ìàòåðèàëà êàæäîãî ýêðàíà,
íåîáõîäèìîå äëÿ äîñòèæåíèÿ çàäàííîãî óðîâíÿ ýêðàíèðîâàíèÿ (Ê ≈ 1000), ìîæíî óìåíüøèòü. Óñòàíîâëåíî, ÷òî äâîéíîé ýêðàí, â êîòîðîì âíóòðåííèé öèëèíäð ñîäåðæèò 9 ñëîåâ
ýêðàíèðóþùåãî ðóëîííîãî ìàòåðèàëà, à âíåøíèé 6 ñëîåâ,
îáåñïå÷èâàåò Ê = 1800, ïðè÷åì îñòàòî÷íàÿ èíäóêöèÿ ïîïåðå÷íîãî ïîëÿ íà îñè ýêðàíà ñîñòàâëÿåò îêîëî 27 íÒë.
Ýêðàíèðóþùàÿ êàìåðà â ñáîðå çàêðåïëÿåòñÿ ãîðèçîíòàëüíî íà íåìàãíèòíîé ïîäñòàâêå ãèáêèìè ïëàñòèêîâûìè
ëåíòàìè. Ãîðèçîíòàëüíîå ïîëîæåíèå êàìåðû ðåãóëèðóåòñÿ
÷åòûðüìÿ íåìàãíèòíûìè îïîðàìè. Äëÿ ïåðåíîñà ìàãíèòíîãî ýêðàíà ñ äâóõ åãî ñòîðîí èìåþòñÿ ðó÷êè â âèäå òðóáîê èç
æåñòêîãî äþðàëþìèíèåâîãî ïðîôèëÿ. Ïðè ýêñïëóàòàöèè êàìåðû åå îñü äîëæíà áûòü îðèåíòèðîâàíà ïåðïåíäèêóëÿðíî
ìàãíèòíîìó ïîëþ Çåìëè. Â ïðîäîëüíîì ïîëå ÊÝ ñíèæàåòñÿ
ïî÷òè íà ïîðÿäîê, ÷òî ïîäòâåðæäàåòñÿ ðàñ÷åòàìè è èçìåðåíèÿìè.
Äëÿ ïðîâåðêè îäíîðîäíîñòè ïîëÿ âíóòðè ýêðàíèðóþùåé
êàìåðû è îïðåäåëåíèÿ îáëàñòè ýôôåêòèâíîãî ýêðàíèðîâàíèÿ èçìåðÿëè ñîñòàâëÿþùèå îñòàòî÷íîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ
ïðè ïîìîùè òðåõêîìïîíåíòíîãî ïîâåðåííîãî ôåððîçîíäîâîãî ìàãíèòîìåòðà ÔÌ-2 è ìàãíèòîìåòðà ÃÌÐ-3Ì íà îñíîâå ýôôåêòà ãèãàíòñêîãî ìàãíèòîñîïðîòèâëåíèÿ, âõîäÿùåãî
â êîìïëåêò ýêðàíèðóþùåé êàìåðû. Íà îáîèõ ìàãíèòîìåòðàõ ïîëó÷åíû àíàëîãè÷íûå ðåçóëüòàòû. Èçìåðåíèÿ âûïîëíÿëè ïîñëå ïðîöåäóðû ðàçìàãíè÷èâàíèÿ êàìåðû çàòóõàþùèì ìàãíèòíûì ïîëåì.  ðåçóëüòàòå îñòàòî÷íàÿ èíäóêöèÿ
âíóòðåííåé êàìåðû âáëèçè çàäíåé ñòåíêè ïî êàæäîé èç
ñîñòàâëÿþùèõ íå ïðåâûøàëà 25 íÒë, ÷òî ñîîòâåòñòâîâàëî
Ê = 1800...2000. Ìàêñèìàëüíàÿ èíäóêöèÿ îêîëî 25 íÒë íàáëþäàëàñü ïî Õ-êîîðäèíàòå, íàïðàâëåííîé âäîëü îñè êàìåðû. Íà ðèñ. 3 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ñîñòàâëÿþùèõ îñòàòî÷íîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ âäîëü öåíòðàëüíîé îñè
êàìåðû Õ.  íèæíåé ÷àñòè ðèñ. 3 ãîðèçîíòàëüíîé ñêîáêîé
îáîçíà÷åíû ðàçìåðû âíóòðåííåé ÷àñòè ýêðàíèðóþùåé êàìåðû. Îñü Y ëåæèò â ãîðèçîíòàëüíîé ïëîñêîñòè, îñü Z íàïðàâëåíà âåðòèêàëüíî. Êðèâûå X, Y, Z èçìåðåíû ïðè çàêðûòûõ âíåøíèõ êðûøêàõ êàìåðû.  ýòîì ñëó÷àå îñòàòî÷íàÿ
ìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ íå ïðåâûøàëà 25 íÒë âíóòðè âñåãî îáúåìà êàìåðû. Èçìåðåíèÿ äëÿ ñëó÷àÿ, êîãäà îáå âíåøíèå êðûøêè ñíÿòû, ïðåäñòàâëåíû êðèâûìè X0, Y0, Z0, óêàçûâàþùèìè
íà íàèáîëüøåå ïðîíèêíîâåíèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ âäîëü îñè Õ.
Ïðè ýòîì âíóòðè ýêðàíà ïðèáëèçèòåëüíî äî åãî ñåðåäèíû
âíåøíåå ìàãíèòíîå ïîëå ïî-ïðåæíåìó îñëàáëÿåòñÿ áîëåå
÷åì â 1000 ðàç.
Îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ. Èñïûòàíèÿ äåéñòâóþùåãî îáðàçöà ýêðàíèðóþùåé êàìåðû èç ðóëîííîãî ìàãíèòíîãî ìàòåðèàëà ÌÀÐ-1Ê ïîêàçàëè, ÷òî ðåàëüíûé ÊÝ ìàãíèòíîãî ïîëÿ
ìíîãî áîëüøå ðàñ÷åòíîãî çíà÷åíèÿ, ïîëó÷åííîãî ñ èñïîëüçîâàíèåì èçìåðåííîé êðèâîé íàìàãíè÷èâàíèÿ àìîðôíîé
ëåíòû. Äëÿ àíàëèçà ðåçóëüòàòîâ áûëè ïðîâåäåíû äîïîëíèòåëüíûå àíàëèòè÷åñêèå ðàñ÷åòû ÊÝ â ïðèáëèæåíèè áåñêîíå÷íîãî öèëèíäðè÷åñêîãî ýêðàíà.  ðàñ÷åòàõ ïðåäïîëàãàëè,
÷òî îáùàÿ òîëùèíà ýêðàíà ïðåíåáðåæèìî ìàëà ïî ñðàâíåíèþ ñ åãî ðàäèóñîì.
Êîýôôèöèåíò ýêðàíèðîâàíèÿ òîíêîãî n-ñëîéíîãî ýêðàíà
öèëèíäðè÷åñêîé ôîðìû âûðàæàåòñÿ êàê [5]:
K = 1+ a
n
∑ μi
i =1
n
ti
t δ
+ b ∏ μi i i ,
r0
r0 r0
i =1
(1)
ãäå μi, ti, δi — ìàãíèòíàÿ ïðîíèöàåìîñòü i-ãî ìàãíèòíîãî ñëîÿ,
åãî òîëùèíà è øèðèíà íåìàãíèòíîãî ïðîìåæóòêà ìåæäó i-ì
è (i + 1)-ì ìàãíèòíûìè ñëîÿìè, ñîîòâåòñòâåííî; r0 — âíåøíèé ðàäèóñ ýêðàíà, ïðè÷åì óñëîâèå ìàëîñòè òîëùèíû ýêðàíà ïî ñðàâíåíèþ ñ åãî ðàäèóñîì çàïèñûâàåòñÿ â âèäå
n(tmax + δmax) << r0; êîíñòàíòû a = b = 0,5 â ñëó÷àå áåñêîíå÷íî
äëèííîãî öèëèíäðà.
 ñëó÷àå òîíêîñòåííîãî ýêðàíà âòîðîå ñëàãàåìîå â (1)
ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì, à ïîñëåäíåå ñëàãàåìîå ïðåíåáðåæèìî ìàëî, òàê êàê ìàë êàæäûé ìíîæèòåëü: μmax tδ/ r 02 = 0,043
Ðèñ. 3. Èçìåíåíèÿ ñîñòàâëÿþùèõ ìàãíèòíîãî ïîëÿ âíóòðè ýêðàíèðóþùåé êàìåðû äëÿ âàðèàíòà ñ çàêðûòûìè (êðèâûå X, Y, Z) è îòêðûòûìè (êðèâûå X0, Y0, Z0) êðûøêàìè
60
ïðè ti = t = 20 ìêì, δ = 60 ìêì, μ = μmax = 8 ⋅ 105, r0 = 0,15 ì,
ò. å. ïðîìåæóòêè ìåæäó ñëîÿìè ïðàêòè÷åñêè íå âëèÿþò íà
îñëàáëåíèå âíåøíåãî ïîëÿ.
Íàïðÿæåííîñòü ìàãíèòíîãî ïîëÿ â ìàòåðèàëå ýêðàíà ïî
ïîðÿäêó âåëè÷èíû ñîâïàäàåò ñ îñëàáëåííûì ïîëåì âíóòðè
Èçìåðèòåëüíàÿ òåõíèêà ¹ 3, 2012
Ýëåêòðîìàãíèòíûå èçìåðåíèÿ
ýêðàíà H = H(x) = H0/K, ãäå õ = nt — òîëùèíà ýêðàíà íà äàííîì ýòàïå íàìîòêè ðóëîííîãî ìàòåðèàëà. Ïðè îäíîðîäíîé
ìàãíèòíîé ïðîíèöàåìîñòè ìàòåðèàëà μ = μ[H(x)] = μ[H0/K]
èç (1) ìîæíî ïîëó÷èòü çàâèñèìîñòü ìåæäó òîëùèíîé ýêðàíà
è ÊÝ:
x = 2r0 (K – 1) / [μ(H0/K)],
â ãëóáèíå êàìåðû ïðèáëèçèòåëüíî â 50 % åå
îáúåìà.
Ýêñïåðèìåíòàëüíî
èçìåðåííûé êîýôôèöèåíò ýêðàíèðîâàíèÿ êàìåðû íà îñíîâå ðóëîííîãî ìàòåðèàëà ìíîãî
áîëüøå ðàñ÷åòíîãî çíà÷åíèÿ, ïîëó÷åííîãî ïðè
èñïîëüçîâàíèè èçìåÐèñ. 4. Àíàëèòè÷åñêàÿ çàâèñèìîñòü
ðåííîé êðèâîé íàìàã- ïåðâîíà÷àëüíîé ìàãíèòíîé ïðîíèöàåíè÷èâàíèÿ àìîðôíîé ìîñòè μà(Í), ñîîòâåòñòâóþùàÿ ýêñïåëåíòû. Óêàçàííîå ðàñ- ðèìåíòàëüíîé çàâèñèìîñòè μ(H) (ïóíêòèðíàÿ ëèíèÿ), è ìîäåëüíàÿ ìàãíèòõîæäåíèå ìîæíî îáúíàÿ ïðîíèöàåìîñòü μ áã (H), ñîîòâåòÿñíèòü áîëüøèìè çíà- ñòâóþùàÿ ðàñ÷åòíîé áåçãèñòåðåçèñ÷åíèÿìè μ(H) ìàòåðèà- íîé êðèâîé íàìàãíè÷èâàíèÿ (ñïëîøíàÿ ëèíèÿ)
ëà ýêðàíà ïðè åãî íàìàãíè÷èâàíèè ïî áåçãèñòåðåçèñíîé êðèâîé.  ïðåäëîæåííîé êîíñòðóêöèè ýêðàíèðóþùåé êàìåðû ðåæèì âûõîäà íà áåçãèñòåðåçèñíóþ êðèâóþ îáåñïå÷èâàåòñÿ èñïîëüçîâàíèåì ñèñòåìû ðàçìàãíè÷èâàíèÿ çàòóõàþùèì ïåðåìåííûì ïîëåì.
Ðàáîòà âûïîëíåíà ïðè ÷àñòè÷íîé ôèíàíñîâîé ïîääåðæêå ïðîãðàììû ðàçâèòèÿ ïðèîðèòåòíûõ íàïðàâëåíèé ÌÃÓ
èì. Ì. Â. Ëîìîíîñîâà.
(2)
ïîäîáðàâ ïðèáëèæåííîå àíàëèòè÷åñêîå âûðàæåíèå μà(Í)
äëÿ ïåðâîíà÷àëüíîé ôóíêöèè ìàãíèòíîé ïðîíèöàåìîñòè, ñîîòâåòñòâóþùåå ýêñïåðèìåíòàëüíîé çàâèñèìîñòè μ(H) (ñì.
ðèñ. 4, øòðèõîâàÿ ëèíèÿ). Ïî ïîðÿäêó âåëè÷èíû ïîëó÷åííûå
îöåíêè ñîâïàëè ñ ðåçóëüòàòàìè ÷èñëåííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ
(ñì. ðèñ.1, à è âòîðîé ñòîëáåö òàáëèöû).
 õîäå ýêñïåðèìåíòîâ áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî ïîñëå íàìàãíè÷èâàíèÿ ýêðàíèðóþùåé êàìåðû âî âíåøíèõ ïîëÿõ ðàçëè÷íîé íàïðÿæåííîñòè äàëüíåéøåå ðàçìàãíè÷èâàíèå â
ïîëå Çåìëè ïðèâîäèò êàìåðó â ïðåæíåå ðàáî÷åå ñîñòîÿíèå.
Èçâåñòíî [5], ÷òî ïðè ðàçìàãíè÷èâàíèè ýêðàíà â ñòàòè÷åñêîì
ìàãíèòíîì ïîëå ïåðåìåííûì ïîëåì ñ ìåäëåííî óìåíüøàþùåéñÿ äî íóëÿ àìïëèòóäîé ýêðàí íàìàãíè÷èâàåòñÿ ñòàòè÷åñêèì ïîëåì ïî áåçãèñòåðåçèñíîé êðèâîé μáã(Í) [6]. Ïî ñðàâíåíèþ ñ ïåðâîíà÷àëüíîé êðèâîé íàìàãíè÷èâàíèÿ, êîòîðîé
ñîîòâåòñòâóåò ôóíêöèÿ ìàãíèòíîé ïðîíèöàåìîñòè μà(Í), áåçãèñòåðåçèñíàÿ êðèâàÿ õàðàêòåðèçóåòñÿ ñóùåñòâåííî áîëüøèìè çíà÷åíèÿìè ïðîíèöàåìîñòè μáã(Í), è åå ïèê, åñëè îí
åñòü, ñìåùåí â îáëàñòü ìåíüøèõ ïîëåé. Ïðè âûáîðå â êà÷åñòâå ìîäåëüíîé îöåíêè ôóíêöèè μáã(H) = 4,5 ⋅ 105/(0,2 + H)
ðåçóëüòàòû âû÷èñëåíèÿ ïî (2) ïî ïîðÿäêó âåëè÷èíû ñîîòâåòñòâóþò ðåçóëüòàòàì ýêñïåðèìåíòà: 9 ñëîåâ íàìîòêè äàþò êîýôôèöèåíò îñëàáëåíèÿ ïîðÿäêà 1000 (ñì. òàáëèöó). Ãðàôèê
çàâèñèìîñòè μáã(Í) ïîêàçàí ñïëîøíîé ëèíèåé íà ðèñ. 4. Òàêèì îáðàçîì, çàìåíà μa(Í) íà μáã(Í) ìîæåò îáúÿñíèòü âûñîêóþ ýôôåêòèâíîñòü ýêðàíèðóþùåé êàìåðû, âûïîëíåííîé
íà îñíîâå ðóëîííîãî ìàãíèòíîãî ìàòåðèàëà ÌÀÐ-1Ê, äîñòèãíóòóþ â ýêñïåðèìåíòå.
Âûâîäû. Ðàçðàáîòàíà è ðàññ÷èòàíà êîíñòðóêöèÿ ýêðàíèðóþùåé êàìåðû íà îñíîâå ðóëîííîãî ìàãíèòíîãî ìàòåðèàëà ÌÀÐ-1Ê èç ëåíò àìîðôíûõ ìàãíèòîìÿãêèõ ñïëàâîâ, ïðåäíàçíà÷åííàÿ äëÿ îñëàáëåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ Çåìëè. Ïî
ðàçðàáîòàííîé êîíñòðóêöèè èçãîòîâëåí äåéñòâóþùèé îáðàçåö ýêðàíèðóþùåé êàìåðû ñ ðàáî÷èì îáúåìîì äèàìåòðîì
300 è äëèíîé 500 ìì. Èçìåðåíèÿ îñòàòî÷íîãî ìàãíèòíîãî
ïîëÿ âíóòðè êàìåðû ïîêàçàëè, ÷òî â ñëó÷àå çàêðûòûõ êðûøåê âíåøíåå ìàãíèòíîå ïîëå Çåìëè îñëàáëÿåòñÿ áîëåå ÷åì
â 1000 ðàç âíóòðè âñåé ðàáî÷åé îáëàñòè êàìåðû; ïðè îòêðûòûõ êðûøêàõ îñëàáëåíèå ïîëÿ Çåìëè â 1000 ðàç äîñòèãàåòñÿ
Ëèòåðàòóðà
1. Bork J. e. a. The 8-layered magnetically shielded room of
the PTB: Design and construction // Proc. 12th Intern. Conf.
Biomagnetism. Espoo (Finland): Helsinki Univ. Technology, 2001.
P. 970—973.
2. Êóçíåöîâ Ï. À. è äð. Èññëåäîâàíèÿ è ðàçðàáîòêè â
îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ àìîðôíûõ ìàãíèòîìÿãêèõ ñïëàâîâ äëÿ
ñîçäàíèÿ ìàãíèòíûõ ýêðàíîâ // Âîïðîñû ìàòåðèàëîâåäåíèÿ.
2009. ¹ 3(59). Ñ. 204—216.
3. Ïàò. 2274914 ÐÔ. Ìàãíèòíûé è ýëåêòðîìàãíèòíûé ýêðàí / Ï. À. Êóçíåöîâ è äð. // Èçîáðåòåíèÿ. Ïîëåçíûå ìîäåëè.
2006. ¹ 11.
4. ÃÎÑÒ 8.377—80. ÃÑÈ. Ìàòåðèàëû ìàãíèòîìÿãêèå. Ìåòîäèêà âûïîëíåíèÿ èçìåðåíèé ïðè îïðåäåëåíèè ñòàòè÷åñêèõ ìàãíèòíûõ õàðàêòåðèñòèê.
5. Ðåóòîâ Þ. ß. Êëàññè÷åñêèå ìàãíèòíûå ýêðàíû. Åêàòåðèíáóðã: ÈÔÌ ÓðÎ ÐÀÍ, 2006.
6. Ïîëèâàíîâ Ê. Ì. Ôåððîìàãíåòèêè. Ì., Ë.: ÃÝÈ, 1957.
Äàòà ïðèíÿòèÿ 05.12.2011 ã.
l
Èçìåðèòåëüíàÿ òåõíèêà ¹ 3, 2012
61