CN107635388A - 一种高透光率自适应电磁屏蔽装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高透光率自适应电磁屏蔽装置，该装置包括控制模块、电磁屏蔽模块、磁场检测模块。电磁屏蔽模块包括两个屏蔽层，两个屏蔽层由导电屏蔽膜和附着在导电屏蔽膜上的相互平行且并联连接在正、负两极导线上的多复合材料屏蔽条组成，两层复合材料屏蔽条构成电磁屏蔽网格，所述复合材料屏蔽条的宽度与温度成正比，通过正、负两极导线之间的磁场控制电流大小调节电磁屏蔽网格大小，从而改变电磁屏蔽性能。磁场检测模块用于检测穿过电磁屏蔽模块的电磁辐射强度，并转换成电压发送至控制模块，控制模块将其与预设的阈值进行比较，根据比较结果调节磁场控制电流。该装置在保证其电磁屏蔽性能的前提下，最大限度的提高屏蔽材料的透光率。

Description

一种高透光率自适应电磁屏蔽装置

技术领域

本发明涉及一种自适应电磁屏蔽装置，该装置能自动对电磁屏蔽效果进行调整，具备高效的电磁屏蔽效能及较高的透光率，属于EMC电磁兼容技术领域。

背景技术

透明电磁屏蔽材料不仅可以用于航天航空领域，也可以应用在需要屏蔽电磁辐射的工程上，防止涉密场所、计算机、房间和车辆观察窗口的信息泄漏，以及用来解决各类电子产品的功能串换、杂音、图像杂乱，机器误动、电磁障碍、通讯干扰、商业信息丢失、对人体辐射伤害等问题。

国内现有电磁屏蔽视窗大多采用玻璃夹金属丝网、玻璃相掺杂金属粉末或在玻璃表面镀制透明导电薄膜，但这些结构的视窗都有明显的缺陷。金属丝网屏蔽虽有足够的屏蔽效能(30MHz～1GHz频段的电磁屏蔽效能达到50～80dB)，但存在着透明度较差、绕射光栅等问题；金属粉末一般选用黄金以保证化学稳定性，但成本太高；透明导电膜通常采用单层透明金属氧化物(TC0)半导体薄膜 (如氧化铟锡IT0)等电磁屏蔽材料，其透光度虽好，但对30MHz以上高频波段的电磁波屏蔽效能较低，无法同时兼顾高透光率和在高频段有较好的电磁屏蔽性能，且此类电磁屏蔽效果由屏蔽膜的厚度以及所填充材料而决定，一般结构确定后，屏蔽效果即确定了，无法根据需要而进行更改。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种高透光率自适应电磁屏蔽装置，该装置具有较好的电磁屏蔽效果，透光率高，且电磁屏蔽效果可自适应调整。

本发明的技术解决方案是：一种高透光率自适应电磁屏蔽装置，该电磁屏蔽装置包括控制模块、电磁屏蔽模块、磁场检测模块，其中：

电磁屏蔽模块，包括层叠摆放的第一屏蔽层、第二屏蔽层，第一屏蔽层和第二屏蔽层由导电屏蔽膜和附着在导电屏蔽膜上的相互平行且并联连接在正、负两极导线上的N根复合材料屏蔽条组成，两屏蔽层复合材料屏蔽条相互垂直，构成电磁屏蔽网格，所述复合材料屏蔽条的宽度与温度成正比，通过正、负两极导线之间的磁场控制电流大小变化引起的温度变化来调节电磁屏蔽网格大小，从而改变所述电磁屏蔽装置的电磁屏蔽性能；

磁场检测模块，检测穿过电磁屏蔽模块的电磁辐射强度，并将其转换成电压值发送至控制模块；

控制模块，接收磁场检测模块发送的电压值，将其与预设的阈值进行比较，根据比较结果调节磁场控制电流，并将其输出至电磁屏蔽模块，使屏蔽装置的高频屏蔽性能稳定在预设的范围内。

所述磁场检测模块包括电磁感应接收端和磁场检测电路，其中，电磁感应接收端用来感应磁场强度，形成感应电动势输出至磁场检测电路，磁场检测电路将感应电动势滤波、隔离和放大，将其转换成电压值输出至控制模块。

所述电磁感应接收端为由导电屏蔽膜和附着在导电屏蔽膜上的一侧开口的环形导电线圈组成的第三屏蔽层，环形导电线圈感应处于线圈内部的电磁强度，在导电线圈两端形成感应电动势并输出。

所述导电屏蔽膜为透明屏蔽材料制成。

所述导电屏蔽膜的厚度为微米级。

所述复合材料屏蔽条由银纤维及铁基纳米晶体复合而成。

所述导电屏蔽膜采用蒸镀工艺将由铟和银金属按照1：4.5组成的混合物镀在优质基片上制作而成。

所述第一屏蔽层、第二屏蔽层和第三屏蔽层通过激光焊接工艺相连。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明利用了自带磁场辐射检测装置，结合屏蔽材料体积受温度变化的特性，构建大小可以自适应调整的电磁屏蔽网格，自适应调整电磁屏蔽性能，相对应传统相对较为固定的屏蔽效果，其应用更广，更为灵活；

(2)、本发明采用蒸镀工艺将由铟和银金属按照1：4.5组成的混合物镀在优质基片上形成的导电屏蔽膜，相对于普通透明导电膜而言，其透光率更高，其高频电磁屏蔽的效能更佳；

(3)、本发明采用银纤维及铁基纳米晶体复合而成的复合材料屏蔽条，其电磁屏蔽自适应调整灵敏度高、可控性强且屏蔽效果好。

(4)、本发明第一屏蔽层、第二屏蔽层和第三屏蔽层导电屏蔽膜采用微米级厚度的透明膜，其内部采用可自适应调整的网状导电复合材料结构，屏蔽效果好且透光率更高；

(5)、本发明第一屏蔽层、第二屏蔽层和第三屏蔽层贴附在一起占用的体积小，使用方便。

(6)、本发明磁场检测模块，在信号输入端口通过对滤波元器件的恰当选择及合理布局，用少量的元器件就同时消除了测量信号中的共模干扰和差模干扰问题，大大提高了磁场检测精度。

附图说明

图1为本发明实施例屏蔽装置结构图；

图2(a)为本发明实施例第一屏蔽层结构示意图；

图2(b)为本发明实施例第二屏蔽层结构示意图；

图2(c)为本发明实施例第三屏蔽层结构示意图；

图3为本发明实施例电磁屏蔽模块俯视图；

图4(a)为本发明实施例电磁屏蔽网格示意图；

图4(b)为本发明实施例电磁屏蔽网格单元自适应调整前后变化图；

图5为本发明实施例磁场检测模块结构框图；

图6为本发明实施例滤波隔离电路图；

图7为本发明实施例运算放大电路图；

图8为本发明实施例与现有屏蔽材料的屏蔽效能对比图；

图9为本发明实施例与现有屏蔽材料的透光率能对比图。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的高透光率自适应电磁屏蔽装置的主要功能是自动检测磁场辐射泄露的大小，并根据磁场泄露的强度，自动对屏蔽装置的屏蔽效果进行调整，确保在有效屏蔽效果的同时，最大程度的增加屏蔽装置的透光率。该透光率自适应电磁屏蔽装置由控制模块1、电磁屏蔽模块2、磁场检测模块3组成。

电磁屏蔽模块2，包括层叠摆放的第一屏蔽层、第二屏蔽层，所述第一屏蔽层、第二屏蔽层和第三屏蔽层通过激光焊接工艺相连。如图2所示，第一屏蔽层和第二屏蔽层由导电屏蔽膜和附着在导电屏蔽膜上的相互平行且并联连接在正、负两极导线上的N根复合材料屏蔽条组成，两屏蔽层复合材料屏蔽条相互垂直，构成电磁屏蔽网格，如图3所示，所述复合材料屏蔽条的宽度与温度成正比，通过正、负两极导线之间的磁场控制电流大小变化引起的温度变化来调节电磁屏蔽网格大小，从而改变所述电磁屏蔽装置的电磁屏蔽性能；

磁场检测模块3，用来检测穿过电磁屏蔽模块2的电磁辐射强度，并将其转换成电压值发送至控制模块1；

控制模块1，接收磁场检测模块3发送的电压值，将其与预设的阈值进行比较，根据比较结果调节磁场控制电流，并将其输出至电磁屏蔽模块2，使屏蔽装置的高频屏蔽性能稳定在预设的范围内。

所述磁场检测模块3包括电磁感应接收端和磁场检测电路，其中，电磁感应接收端用来感应磁场强度，形成感应电动势输出至磁场检测电路2，磁场检测电路2将感应电动势滤波、隔离和放大，将其转换成电压值输出至控制模块 1。

所述电磁感应接收端为由导电屏蔽膜和附着在导电屏蔽膜上的一侧开口的环形导电线圈组成的第三屏蔽层。环形导电线圈感应处于线圈内部的电磁强度，在导电线圈两端形成感应电动势并输出。

如图5所示，所述磁场检测电路，主要由电源变换模块、滤波模块、隔离电路以及运算放大电路组成，其中电源变换模块用于将24v电源电压变换成磁场检测模块内部芯片所需要的工作电源，滤波电路用于对所检测的电压信号进行共模和差模抑制，消除其干扰，提高测量精度。运算放大电路用于对滤波后的信号进行放大处理。各个模块通过导线相连。

滤波和隔离电路的目的是消除测量信号的信号噪声，消除其共模和差膜干扰，提高测量精度，如图6所示，滤波和隔离电路包括5伏隔离电源+5VISO、 5伏供电电源VCC_5V、电感L1、电阻R163和R162、电容C4、滤波隔离芯片ACPL-C8987A、电容C135和电容C136组成。所测量的复合材料AB两端的电压信号A和B分别与ACT45B-510-2P共模扼流电感L1的两个输入管脚相连，共模扼流电感L1的输出管脚与电阻R163的一端相连，共模扼流电感 L1的输出管脚与电阻R162的一端相连，电阻R163的另一端以及电阻R162 的另一端与电容C14的一端相连，电容C14的另一端接至地信号GNDISO。滤波隔离芯片ACPL-C8987A的正输入端Vin+和负输入端Vin-分别连至电容 C138的两端以及共模扼流电感L1的输出管脚，5伏隔离电源+5VISO与 ACPL-C8987A的Vdd1电源管脚相连，ACPL-C8987A的Vdd1电源管脚与电容C135的一端相连，电容C135的另一端连接至5伏隔离电源的地端GNDISO, ACPL-C8987A的电源负端Vin-和GND1端与5伏隔离电源的地端GNDISO相连，ACPL-C8987A的vdd2电源端与电容C136的一端相连，电容C136的另一端连接至5伏供电电源的地端GND，ACPL-C8987A的接地端GND2与5 伏供电电源的地端GND相连。ACPL-C8987A的正输出端Vout+连接至 VOUT1+输出信号，ACPL-C8987A的负输出端Vout-连接至VOUT1-输出信号。图6中R163和R162为差模匹配电阻，阻值均为1k，用于减少差模干扰。电阻R163和R162通过电容C4与大地相连，用于提供共模阻抗匹配，这样使得该电路兼顾共模和差模滤波的效果，同时在滤波隔离芯片ACPL-C8987A的电压输入端的正负两端并联一个1uf的电容，用于进一步对信号进行滤波处理，使信号满足测量要求。

如图7所示，放大电路由一个运算放大器AD1620，六个电阻R127、R130、 R133、R134、R135、R131，4个电容C134、C137、C140、C139，一个钳位二极管D21,一个5伏供电电源VCC_5V,一个负5伏电源-5v，以及一个3.3 伏电源VCC_3v3组成，VCC_5V与电阻R127的一端相连，R127的另外一端与电容C134及AD1620的+VS端相连，电容C134的另外一端接地信号。AD1620的两个RG端口分别连接电阻R131的两端，-5V电源与电阻R135的一端相连，R135的另外一端与电容C140的及AD1620的-vs端相连，电容 C134的另外一端接地信号。AD1620的第REF端口接地信号。VIN2-信号与电阻R130的一端相连，R130的另外一端与AD1620的正相输入端+IN以及电容 C137的一端相连，VIN2+信号与电阻R133的一端相连，R133的另外一端与AD1620的负相输入端-IN端以及电容C137的另一端相连。AD1620的输出端 OUTPUT端与电阻R134的一端两连，电阻R134的另一端与电容C139的一端以及电阻R151的一端相连，电容C139另外一端接地信号，电阻R151的另外一端连接至OUT输出节点和钳位二极管D21的IN端，钳位二极管D21 的CATHODE端与电源信号VCC_3v3相连，钳位二极管D21的ANODE端口与地信号相连。在实际使用中经过隔离滤波后的信号VOUT1+和VOUT1-两个信号分别连至VIN2+和VIN2-，此信号经过由R130、R133以及电容C137组成的差分低通滤波消除高频干扰后连接至信号运算放大器AD1620，经过运算放大器AD1620放大的信号再次经过由电阻R134以及电容C139组成的低通滤波器进行输出，再一次剔除高频干扰，提高测量精度，为保证后级控制模块的电路安全，out输出信号经过由两个二极管组成的钳位电路D21，电路将out 输出信号钳位至0-3v然后输出至控制模块。

由屏蔽复合材料形成的网状结构的目的是为了增加电磁屏蔽效果，同时保证较高的透光率。为了达到屏蔽效果可自适应调整的目的，该发明所选用的复合材料屏蔽条由银纤维及铁基纳米晶体复合而成，其体积受温度影响较大。温度高时，体积会增大，温度低时，体积会缩小。第三屏蔽层的方型导电线圈是为了检测屏蔽面电磁辐射泄露的强度，第三屏蔽层中导电线圈AB两端的电压会会随着屏蔽面电磁辐射泄露的强度变化而变换，电磁辐射强度越大，其电压越高。因此通过检测其AB两端的电压即可检测出穿过电测屏蔽模块的电磁辐射强度。磁场检测模块通过电压检测电路检测第三屏蔽层中方型导线线圈AB 两端的电压，并将其传递给控制模块，控制模块根据磁场检测模块所检测的值对流入电测屏蔽模块中第一屏蔽层和第二屏蔽层导电复合材料的电流值进行控制。流入导电复合材料的电流大小，将直接影响屏蔽装置的屏蔽效果。当流入导电复合材料的电流越大，其温度会越高，温度越高，其导电复合材料的体积会越大，从辐射面看去，如图4(a)和图4(b)所示，D2为通电前导电复合材料的孔间距，D1为通电后复合材料的孔间距。其孔间距的大小和流经内部的电流的大小成反比。流经导电复合材料的电流越大，其孔间距越小，电流越小，其孔间距约大。根据电磁屏蔽相关理论，当孔径小于电磁波波长的20倍时，将会对该电磁波进行有效屏蔽。因此当第一屏蔽层和第二屏蔽层导电复合材料的孔间距变小时，屏蔽装置对高频电磁波的电磁屏蔽效果就越好。因此可以通过调节流入电测屏蔽模块中导电复合材料中电流的大小来改变屏蔽装置的高频屏蔽性能。从而提高其屏蔽效果。

在具体工作过程中，用户只需根据所需视窗的大小选择相对应的屏蔽装置尺寸，在安装时，需保证屏蔽装置的四周的金属导电层与视窗的壳体实现360°搭接。由于在屏蔽装置内部已经通过导线将电磁屏蔽模块中的第一屏蔽层和第二屏蔽层两个屏蔽层的+端和-端连接在一起，第三屏蔽层的A端和B端通过导线分别和磁场检测模块的A端和B端连接在一起。故在将外部24v电源的正端和负端分别接入屏蔽装置的24v+端和24v-端即可，在工作过程中，屏蔽装置会通过内部的磁场检测模块检测穿过电磁屏蔽模块的磁场大小，并将此检测值传递给控制模块，控制模块将此值与系统设定的阈值进行比较，当所检测的值大于系统所设定的阈值时，控制模块会增大流入电磁屏蔽模块中导电屏蔽第一屏蔽层和第二屏蔽层中导电复合材料的电流，使得电磁屏蔽模块中的导电复合材料的孔间距变小，从而增加屏蔽效果。当检测到磁场泄露值小于系统设定的阈值时，控制模块会降低流入电磁屏蔽模块中导电屏蔽第一屏蔽层和第二屏蔽层中中导电复合材料的电流，从而使得电磁屏蔽模块中的导电复合材料的孔间距变大，从而提高屏蔽层的透光率。

所述导电屏蔽膜采用蒸镀工艺将由铟和银金属按照1：4.5组成的混合物镀在优质基片上制作而成。相对于普通透明导电膜而言，其屏蔽范围更广，其高频电磁屏蔽的效能更佳，见图8所示，是本发明装置和市场现有的三种透明屏蔽材料的在同样辐射条件及同样厚度下测得的屏蔽效果对比图，图8中 sample1为本发明装置的屏蔽效果图，sample2-sample4为其它屏蔽材料的屏蔽效果。从图8可以看出，本发明装置对于100MHz～800MHz频段的电磁屏蔽效能最高为71.2dB，最低仅为41.2dB，而其它普通的导电膜在100～ 800MHz频段的电磁屏蔽效能最高仅为60dB，最低为10.3dB，其屏蔽效能远低于本发明装置。

由于本发明装置在透明导电膜上额外增加有网状屏蔽复合材料，该材料内部采用由银纤维及铁基纳米晶体复合而成，其透光率更高。在屏蔽层厚度一定的情况下，测得与目前市场其它屏蔽材料的透光率的对比图。如图9所示，图 9中sample1为本发明装置所测得的透光率，sample2-sample4为其它屏蔽材料的透光率。从图9可以看出，在厚度10um-100um的范围内，本发明装置能够保持一个较高的透光率，其透光率最低仅为83％，远高于其它三种屏蔽装置的透光率。

本发明未进行详细描述部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (8)

1.一种高透光率自适应电磁屏蔽装置，其特征在于包括控制模块(1)、电磁屏蔽模块(2)、磁场检测模块(3)，其中：

电磁屏蔽模块(2)，包括层叠摆放的第一屏蔽层、第二屏蔽层，第一屏蔽层和第二屏蔽层由导电屏蔽膜和附着在导电屏蔽膜上的相互平行且并联连接在正、负两极导线上的N根复合材料屏蔽条组成，两屏蔽层复合材料屏蔽条相互垂直，构成电磁屏蔽网格，所述复合材料屏蔽条的宽度与温度成正比，通过正、负两极导线之间的磁场控制电流大小变化引起的温度变化来调节电磁屏蔽网格大小，从而改变所述电磁屏蔽装置的电磁屏蔽性能；

磁场检测模块(3)，检测穿过电磁屏蔽模块(2)的电磁辐射强度，并将其转换成电压值发送至控制模块(1)；

控制模块(1)，接收磁场检测模块(3)发送的电压值，将其与预设的阈值进行比较，根据比较结果调节磁场控制电流，并将其输出至电磁屏蔽模块(2)，使屏蔽装置的高频屏蔽性能稳定在预设的范围内。

2.根据权利要求1所述的一种高透光率自适应电磁屏蔽装置，其特征在于所述磁场检测模块(3)包括电磁感应接收端和磁场检测电路，其中，电磁感应接收端用来感应磁场强度，形成感应电动势输出至磁场检测电路(2)，磁场检测电路(2)将感应电动势滤波、隔离和放大，将其转换成电压值输出至控制模块(1)。

3.根据权利要求2所述的一种高透光率自适应电磁屏蔽装置，其特征在于所述电磁感应接收端为由导电屏蔽膜和附着在导电屏蔽膜上的一侧开口的环形导电线圈组成的第三屏蔽层，环形导电线圈感应处于线圈内部的电磁强度，在导电线圈两端形成感应电动势并输出。

4.根据权利要求1或3任一项所述的一种高透光率自适应电磁屏蔽装置，其特征在于所述导电屏蔽膜为透明屏蔽材料制成。

5.根据权利要求1或3任一项所述的一种高透光率自适应电磁屏蔽装置，其特征在于所述导电屏蔽膜的厚度为微米级。

6.根据权利要求1所述的一种高透光率自适应电磁屏蔽装置，其特征在于所述复合材料屏蔽条由银纤维及铁基纳米晶体复合而成。

7.根据权利要求1或3任一项所述的一种高透光率自适应电磁屏蔽装置，其特征在于所述导电屏蔽膜采用蒸镀工艺将由铟和银金属按照1：4.5组成的混合物镀在优质基片上制作而成。

8.根据权利要求3所述的一种高透光率自适应电磁屏蔽装置，其特征在于所述第一屏蔽层、第二屏蔽层和第三屏蔽层通过激光焊接工艺相连。