CN104244687B - 电磁屏蔽室 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电磁屏蔽室。该电磁屏蔽室包括：屏蔽壳体；该屏蔽壳体的内部围成一密闭的电磁屏蔽空间，其壁面自内而外包括：坡莫合金屏蔽夹层、支撑层、铝板屏蔽夹层，坡莫合金屏蔽夹层和铝板屏蔽夹层分别固定在支撑层的内侧和外侧。本发明不单单采用坡莫合金屏蔽低频磁场，还采用铝板进行高频电磁场屏蔽，从而改善了高频屏蔽效果。

Description

电磁屏蔽室

技术领域

本发明涉及电磁场技术领域，尤其涉及一种高性能的电磁屏蔽室。

背景技术

电磁屏蔽室是指利用某些技术手段将地球磁场、自然界、人文产生的电磁干扰进行屏蔽，营造一个没有电磁干扰的环境，在环境下，可以从事各种科学研究活动。电磁屏蔽室在现代科学研究中是重要的基础设施，如在生物磁学研究领域，由于被研究的生物体的磁场极其微弱，往往淹没在杂乱无章的环境电磁干扰中，因此需要将生物体放置在一个没有电磁干扰的屏蔽室内，测量生物体的微弱磁场信号；再如，地球磁场研究、地球物理勘探仪器中的高灵敏度磁场传感器，往往需要测试磁场传感器的噪声水平，也需要在无电磁干扰的屏蔽环境下进行测试；因此，高性能的电磁屏蔽室是磁学研究领域研究的重要基础设施之一。

衡量电磁屏蔽室性能参数为屏蔽因子，即对电磁干扰的屏蔽程度。其定义为在某频率点上，屏蔽室外部磁场值大小和内部剩余磁场值大小的比值，一般采用dB值表示，屏蔽因子是随频率变化的函数。

现有电磁屏蔽室仅仅采用坡莫合金屏蔽低频磁场，对于高频电磁场无法屏蔽，因此屏蔽室的工作带宽有限，如中国地震局白家疃零磁实验室的磁屏蔽室，该屏蔽室采用多层坡莫合金设计成8面体，在0.1Hz-1kHz的屏蔽效果较好，屏蔽因子约为1000(60dB)，但是当工作频率大于1kHz，屏蔽因子迅速下降，因此该屏蔽室高频屏蔽效果差。此外，现有的电磁屏蔽室中，当工作频率小于1Hz时，一般随着频率逐步降低，屏蔽因子越小，这是由坡莫合金材料特性和屏蔽室的形状所决定的。本发明为了改善低频屏蔽效果，用于屏蔽室建设的材料和屏蔽室形状的影响，随着频率的降低，屏蔽因子随之降低，因此低频的屏蔽效果差。

可见，现有的电磁屏蔽室领域存在如下问题：屏蔽因子低，尤其是低频屏蔽效果较差。屏蔽室内部的剩余磁场较大，就无法实现一些对屏蔽要求较高的研究活动，极大的限制了科研工作的开展。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种具有较好电磁屏蔽功能的电磁屏蔽室。

(二)技术方案

本发明高性能电磁屏蔽室包括：屏蔽壳体；该屏蔽壳体的内部围成一密闭的电磁屏蔽空间，其壁面自内而外包括：坡莫合金屏蔽夹层、支撑层、铝板屏蔽夹层，坡莫合金屏蔽夹层和铝板屏蔽夹层分别固定在支撑层的内侧和外侧。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明高性能电磁屏蔽室具有以下有益效果：

(1)不单单采用坡莫合金屏蔽低频磁场，还采用铝板进行高频电磁场屏蔽，改善了高频屏蔽效果，在大于1kHz的范围内，屏蔽效果明显改善，屏蔽因子＞70dB，且随着频率增加，屏蔽因子增大。

(2)采用主动补偿的方式抵消一部分地磁场，小于1Hz时，由于主动补偿技术产生的补偿因子为12dB，很好地改善了屏蔽室低频性能。

附图说明

图1为根据本发明实施例高性能电磁屏蔽室的外部结构示意图；

图2为图1所示高性能电磁屏蔽室纵切面的剖视图；

图3为图1所述高性能电磁屏蔽室壁面中坡莫合金屏蔽夹层的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。

本发明采用低频主动补偿、多层坡莫合金、铝材屏蔽等三种技术手段实现地球磁场、自然及人文干扰电磁的屏蔽，在电磁屏蔽室内部可实现无磁环境。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种高性能电磁屏蔽室。图1为根据本发明实施例高性能电磁屏蔽室的外部结构示意图。如图1所示，本实施例高性能电磁屏蔽室包括一屏蔽壳体以及地磁场主动补偿线圈系统。以下分别对该两部分进行详细说明。

如图1所示，屏蔽壳体为立方箱体形状，外尺寸为2.7m*2.7m*2.7m。该立方箱体形状的屏蔽壳体内部围成一密闭的电磁屏蔽空间：2m*2m*2m。

该立方箱体形状的屏蔽壳体由前壁、后壁、左壁、右壁、上壁和下壁，共六个面所组成。一般情况下，在前壁的位置开门，便于人员、工具和设备的进出。

图2为图1所示高性能电磁屏蔽室纵切面的剖视图。如图2所示，屏蔽壳体的壁面自内而外包括：坡莫合金屏蔽夹层、支撑层、铝板屏蔽夹层和保护层。其中，支撑层和保护层由木材、塑料等绝缘材料制成，与现有技术的电磁屏蔽室相同，此处不再详细描述。

图3为图1所述高性能电磁屏蔽室壁面中坡莫合金屏蔽夹层的示意图。如图3所示，坡莫合金屏蔽夹层由3层厚度h₁为1mm的坡莫合金板拼接制成，两层坡莫合金板之间的间距h₂为3cm，两者之间采用木质材料进行填充，以保证坡莫合金屏蔽夹层的强度。通过仿真计算，满足h₁∶h₂＝1∶3的坡莫合金屏蔽夹层的屏蔽因子最大。其中，坡莫合金板的长度规格为2m-2.5m不等，宽度规格为1m-1.25m不等。

铝板屏蔽夹层由多层铝板拼接而成，两层铝板之间同样采用木质材料进行填充。整个铝板屏蔽夹层采用规格为1.25m*2.5m*6mm的铝板拼接，最终拼接的尺寸约为2.5m*2.5m*2.5m。该铝屏蔽夹层的作为屏蔽趋势深度小于6mm的高频电磁波，即频率大于约5kHz的高频电磁场干扰，还能屏蔽静电场或准静电场的干扰，此时，需要将铝板进行良好接地，拼接方式采用常规方式，在此不再赘述。

请参照图1，地磁场主动补偿线圈系统包括：磁场传感器、电流控制单元和分别附着在屏蔽壳体前壁、上壁和侧壁上的三组补偿线圈，该三组补偿线圈分别用于补偿z轴方向、x轴方向和y轴方向的地磁场，组成三轴补偿线圈。其中，磁场传感器测量地磁场大小，并将该值输入给电流控制单元，电流控制单元根据该测量值计算出输出电流大小，并将电流馈入三轴补偿线圈，该线圈产生一个与地磁场相反的磁场，可将低频的地磁场抵消一部分。

输入三轴补偿线圈中每一组补偿线圈的电流值计算公式如下：

$I_{x,y,z}=-\frac{B_{x,y,z}}{{\mathrm{\Γ}}_{x,y,z}}---\left(1\right)$

其中I_x，y，z表示分别需要馈入X，Y，Z的三轴补偿线圈的电流值大小，B_x，y，z表示磁场传感器测量地磁场中X，Y，Z三个方向分量大小，Γ_x，y，z表示三轴补偿线圈的X，Y，Z三个方向线圈常数，即单位电流在其中心处产生的磁场大小，由如下公式决定：

${\mathrm{\Γ}}_{x,y,z}={\left(\frac{4}{5}\right)}^{3/2}{\mathrm{\μ}}_0{N}_{x,y,z}\frac{2}{L_{x,y,z}}---\left(2\right)$

上式中，μ₀表示真空的磁导率，N_x，y，z表示三轴补偿线圈X，Y，Z的匝数，L_x，y，z表示三轴补偿线圈X，Y，Z的边长。

整个屏蔽室需建立在天然磁场干扰较为平静的地方，如农村地区，这样外界的干扰磁场较小，经过屏蔽之后，内部的剩余磁场更小。

实验证明，本实施例在高频(＞1kHz)和低频(1Hz)频率两端的性能指标大大优于现有技术。在大于1kHz的范围内，屏蔽效果明显改善，屏蔽因子＞70dB，且随着频率增加，屏蔽因子增大。在小于1Hz时，由于主动补偿技术产生的补偿因子为12dB。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明高性能电磁屏蔽室有了清楚的认识。

此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

(1)坡莫合金屏蔽夹层中坡莫合金板的层数还可以增多，一般介于2层至5层之间；

(2)除了立方箱体结构之外，屏蔽壳体和可以是其他形状，例如长方箱体，能够形成内部屏蔽空间的中空的棱柱体、棱台体、圆柱体等，均可以实现本发明，只是三组补偿线圈的设置位置相应产生变化即可；

(3)上述实施例中，三组补偿线圈分别位于屏蔽壳体前壁、上壁和侧壁，然而本发明并不以此为限，该该三组补偿线圈只要分别位于相互垂直的xoy平面、yoz平面和zox平面即可，可以根据屏蔽壳体的形状进行相应的调整。

综上所述，本发明高性能电磁屏蔽室采用坡莫合金进行低频磁场屏蔽，采用铝板进行高频磁场屏蔽，同时采用主动补偿的方式抵消一部分地磁场，从而大大拓宽了屏蔽室的工作带宽和屏蔽因子，可用于各类磁场传感器的本底噪声测试、心磁、脑磁和生物磁研究等领域，大大延拓了该屏蔽室的应用领域。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电磁屏蔽室，其特征在于，包括：

屏蔽壳体；该屏蔽壳体的内部围成一密闭的电磁屏蔽空间，其壁面自内而外包括：坡莫合金屏蔽夹层、支撑层、铝板屏蔽夹层，所述坡莫合金屏蔽夹层和铝板屏蔽夹层分别固定在所述支撑层的内侧和外侧；

地磁场主动补偿线圈系统，用于抵消地磁场对电磁屏蔽空间的影响，包括：

磁场传感器，用于测量地磁场；

三轴补偿线圈，包括沿三个互相垂直的平面设置的三组补偿线圈；

电流控制单元，与所述磁场传感器和三组补偿线圈分别连接，用于为每一组补偿线圈提供电流，以补偿由所述磁场传感器测得的该补偿线圈所在方向的地磁场分量，该电流的电流值I_i满足：

$I_i=-\frac{B_i}{{\mathrm{\Γ}}_i},{\mathrm{\Γ}}_i={\left(\frac{4}{5}\right)}^{3/2}{\mathrm{\μ}}_0{N}_i\frac{2}{L_i}$

其中，B_i为由磁场传感器测量地磁场在该补偿线圈对应方向的分量；Γ_i表示该补偿线圈的线圈常数，即单位电流在该补偿线圈中心处产生的磁场大小；μ₀表示真空的磁导率；N_i表示该补偿线圈的匝数；L_i表示该补偿线圈的边长；i为x、y、z其中之一。

2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽室，其特征在于，所述坡莫合金屏蔽夹层由若干层的坡莫合金板拼接制成，相邻两层坡莫合金板之间填充木质材料。

3.根据权利要求2所述的电磁屏蔽室，其特征在于，所述坡莫合金屏蔽夹层满足：

h₁：h₂＝1：3

其中，h₁为坡莫合金板的厚度，h₂为两层坡莫合金板之间填充的木质材料的厚度。

4.根据权利要求1所述的电磁屏蔽室，其特征在于，所述铝板屏蔽夹层由若干层的铝板拼接而成，相邻两层铝板之间填充木质材料。

5.根据权利要求1所述的电磁屏蔽室，其特征在于，所述屏蔽壳体为立方箱体形状，由前壁、后壁、左壁、右壁、上壁和下壁所围成，所述三组补偿线圈分别设置于屏蔽壳体的前壁、上壁和侧壁的外围。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电磁屏蔽室，其特征在于，所述支撑层的材料为塑料或木材。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的电磁屏蔽室，其特征在于，所述屏蔽壳体的壁面还包括：

保护层，位于所述铝板屏蔽夹层的外侧，其材料为塑料或木材。