CN207964955U - 大型屏蔽体低频脉冲强磁场屏蔽效能测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种大型屏蔽体低频脉冲强磁场屏蔽效能测试系统，测试系统包括依次连接的直流高压发生器、充电开关、限流电阻、可调电容、放电开关、可调电阻、可调电感、大型螺旋线圈，以及测量脉冲电流的罗氏线圈、脉冲电压光纤传输系统、脉冲磁场光纤测量系统、光纤、光电转换系统、屏蔽柜和示波器，直流高压发生器给可调电容充电到给定电压后，由放电开关将脉冲电容储存的能量对大型螺旋线圈放电，产生低频脉冲强磁场，被测屏蔽体置于大型螺旋线圈内，同时测量大型螺旋线圈内流过的脉冲电流和被测屏蔽体内的脉冲磁场，由测量数据计算其脉冲磁场屏蔽效能。
Description
技术领域
本实用新型涉及电磁场屏蔽效能测试领域，具体涉及一种大型屏蔽体的低频脉冲强磁场屏蔽效能测试系统。
背景技术
核武器爆炸产生的强电磁脉冲可以通过介质穿透、管线耦合、孔缝耦合以及天线耦合等多种途径进入地下工程内部而造成破坏。尤其是核武器地面爆炸条件下，由于爆炸环境的极度不对称性，其产生的电磁脉冲也最为强烈，能在地表产生磁感应强度峰值达数百高斯、脉冲持续时间达到毫秒级、主能谱范围在10Hz～100kHz之间的低频低阻抗脉冲强磁场，这种低频成分丰富的强电磁能量能够穿透数百米的岩体而进入地下工程内部，可直接对电磁敏感设备造成损伤，对地下防护工程构成了严重威胁。
为了抑制脉冲磁场对电子设备的影响，通常采用屏蔽措施，设置一个屏蔽装置对电子设备进行屏蔽以保护电子设备。常用的屏蔽装置包括屏蔽室、屏蔽柜和屏蔽箱等。而屏蔽装置对脉冲磁场的屏蔽效能要经过测试才能知道其屏蔽效能是否达到设计和使用要求。
由于难以产生大范围的均匀磁场，以往对大型屏蔽体脉冲磁场屏蔽效能的测量常利用便携式小型测试系统进行局部测量，与实际环境有所不同，所测得的屏蔽效能只能近似参考，并不真正代表被测屏蔽体的屏蔽效能。再者，由于地面核爆炸产生的脉冲磁场频率低，能量主要集中在低频，而目前采用的频域测试方法(GB/T 12190-2006)无法完全表征屏蔽体低频脉冲磁场的屏蔽效能。另外，由于地面核爆炸产生的脉冲磁场强度大，已经可以使一定条件和状态下的钢板等高导磁材料出现饱和效应，从而影响屏蔽体的屏蔽效能。文献CN104865468B给出了同时测量脉冲电场和脉冲磁场的屏蔽效能测量装置和方法，但该装置的脉冲磁场是由有界波模拟器产生的，限于其磁场产生机理，有界波模拟器中产生的脉冲磁场一般达不到使屏蔽体进入磁饱和的强度，因而得不到屏蔽体的磁饱和特性。目前，大型屏蔽体的磁饱和特性也因为没有大型强磁场源而无法开展试验研究，只能进行非常粗略的估计或定性分析。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种大型低频脉冲强磁场屏蔽效能测试系统，该测试系统可有效模拟地面核爆炸产生的低频脉冲强磁场环境，对大型(≤3.5m3)屏蔽体进行整体低频脉冲强磁场屏蔽效能测量，测量结果可靠，并且便于研究屏蔽体的磁饱和特性，为低频脉冲强磁场防护提供设计依据。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：
一种大型屏蔽体低频脉冲强磁场屏蔽效能测试系统，其特征在于包括低频脉冲强磁场模拟器和脉冲磁场测量系统，所述低频脉冲强磁场模拟器是由充电回路和放电回路组成，其中充电回路包括直流高压发生器、充电开关、限流电阻和可调电容，放电回路包括可调电容、放电开关、可调电阻、可调电感和大型螺旋线圈，其中可调电容为充电电路和放电电路共同部分，所述直流高压发生器通过充电开关和限流电阻给可调电容充电到给定电压后，由放电开关将脉冲电容储存的能量通过可调电阻和可调电感对大型螺旋线圈放电，产生低频脉冲强磁场。
对上述方案进一步补充，脉冲磁场测量系统包括被测屏蔽体、罗氏线圈、脉冲电压光纤传输系统、脉冲磁场光纤测量系统、两芯光纤、屏蔽柜、光电转换系统和数字示波器，所述脉冲磁场光纤测量系统位于被测屏蔽体内部，被测屏蔽体置于大型螺旋线圈中心，罗氏线圈套于放电回路中测量放电回路的脉冲电流，罗氏线圈与脉冲电压光纤传输系统连接，脉冲电压光纤传输系统输出的光信号与脉冲磁场光纤测量系统输出的光信号汇集至两芯光纤，并传递至光电转换系统，光电转换系统输出的电信号传输至数字示波器。
对上述方案进一步补充，所述被测屏蔽体由支撑木地板支撑，支撑木地板位于大型螺旋线圈中。
对上述方案进一步补充，所述大型螺旋线圈由多匝线圈组成，多匝线圈为并联或者串联。
对上述方案进一步补充，所述大型螺旋线圈产生的脉冲磁场波形由可调电容、可调电阻和可调电感来调整形。
对上述方案进一步补充，所述大型螺旋线圈为可调参数铜管螺线圈，其直径大于5m，长度大于8m，其内部测试区域不小于3.5m3。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本实用新型中的大型屏蔽体低频脉冲强磁场屏蔽效能测试系统，通过调整大型螺旋线圈尺寸可实现大型(≤3.5m3)屏蔽体屏蔽效能测试；
2、本实用新型中的大型屏蔽体低频脉冲强磁场屏蔽效能测试系统，能比较真实地测量屏蔽体的低频脉冲强磁场屏蔽效能；
3、本实用新型中的大型屏蔽体低频脉冲强磁场屏蔽效能测试系统，在大型低频脉冲强磁场模拟器中通过可调电容4、可调电阻6和可调电感7调整，实现脉冲磁场波形参数可调，能产生满足不同需求的脉冲磁场波形；
4、本实用新型中的大型屏蔽体低频脉冲强磁场屏蔽效能测试系统，利用大型螺旋线圈和被测屏蔽体，可以在被测屏蔽体内产生磁饱和效应，便于得到屏蔽体的磁饱和特性。
附图说明
图1是本实用新型中大型低频脉冲强磁场模拟器等效电路图；
图2是本实用新型中屏蔽体低频脉冲强磁场屏蔽效能测量示意图；
图3是本实用新型中屏蔽体中心屏蔽效能随着磁场增加的变化规律；
在图中：1、直流高压发生器；2、充电开关；3、限流电阻；4、可调电容；5、放电开关；6、可调电阻；7、可调电感；8、大型螺旋线圈，9、支撑木地板；10、被测屏蔽体；11、罗氏线圈；12、脉冲电压光纤传输系统；13、脉冲磁场光纤测量系统；14、两芯光纤；15、屏蔽柜；16、光电转换系统；17、数字示波器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。通过下面的实施例可以更详细的解释本实用新型，本实用新型并不局限于下面的实施例；
结合附图1和附图2，本实用新型中的大型屏蔽体低频脉冲强磁场屏蔽效能测试系统，包括大型低频脉冲强磁场模拟器和脉冲磁场测量系统，其中大型低频脉冲强磁场模拟器用于产生低频脉冲强磁场，脉冲磁场测量系统用于检测低频脉冲强磁场的脉冲电流和被测屏蔽体内的脉冲磁场强度，通过调节大型低频脉冲强磁场模拟器中波形参数来检测强磁场屏蔽效能，同时利用该系统可以增大磁场强度，使屏蔽体内产生磁饱和效应，同时可检测屏蔽体的磁饱和特性，为低频脉冲强磁场防护提供设计依据。
附图1为大型低频脉冲强磁场模拟器等效电路图，该电路是由充电回路和放电回路组成，其中充电回路包括直流高压发生器1、充电开关2、限流电阻3和可调电容4，放电回路包括可调电容4、放电开关5、可调电阻6、可调电感7和大型螺旋线圈8，其中可调电容4为充电电路和放电电路共同部分，直流高压发生器1通过充电开关2和限流电阻3给可调电容4充电到给定电压后，由放电开关5将脉冲电容储存的能量通过可调电阻6和可调电感7对大型螺旋线圈8放电，产生低频脉冲强磁场；
附图2为屏蔽体低频脉冲强磁场屏蔽效能测量示意图，其中脉冲磁场测量系统包括被测屏蔽体10、罗氏线圈11、脉冲电压光纤传输系统12、脉冲磁场光纤测量系统13、两芯光纤14、屏蔽柜15、光电转换系统16和数字示波器17，脉冲磁场光纤测量系统13位于被测屏蔽体10内部，被测屏蔽体10置于大型螺旋线圈8中心，支撑木地板9位于大型螺旋线圈8中，并支撑被测屏蔽体10，罗氏线圈11套于放电回路中测量放电回路的脉冲电流，罗氏线圈11与脉冲电压光纤传输系统12连接，脉冲电压光纤传输系统12输出的光信号与脉冲磁场光纤测量系统13输出的光信号汇集至两芯光纤14，并传递至光电转换系统16，光电转换系统16输出的电信号传输至数字示波器17，其中光电转换系统16和数字示波器17置于屏蔽柜15内。罗氏线圈11输出的信号由脉冲电压光纤传输系统12转换成光信号，与位于被测屏蔽体10中脉冲磁场光纤测量系统13输出的光信号一起由两芯光纤14传到屏蔽柜15中的光电转换系统16，转换成电信号后由数字示波器17采集。
其中大型螺旋线圈8为可调参数铜管螺线圈，可由多匝线圈组成，多匝线圈既可以是并联也可以是串联，螺线圈尺寸(直径和长度)可以改变。要求大型螺旋线圈8直径大于5m，长度大于8m，其内部测试区域不小于3.5m3。
上述的大型螺旋线圈8产生的脉冲磁场波形为低频脉冲强磁场，产生的脉冲磁场波形由可调电容4、可调电阻6和可调电感7来调整形，其中可调电容4不大于100μF，可调电阻6不大于30Ω，可调电感7不大于4mH，且参数连续可调。实际使用中根据参数调整范围产生的典型磁场波形为双指数脉冲，最高磁感应强度不小于30mT，试验空间不小于3.5m3，脉冲上升时间不大于500μs，脉冲宽度不大于2ms，且参数连续可调。
脉冲电压光纤传输系统12、脉冲磁场光纤测量系统13、光电转换系统16为常用的组件，下面对其几个功能和组成进行说明。
脉冲电压光纤传输系统12主要用于对大型螺旋线圈8上的脉冲电流进行测量，转换为电压信号，再将电压信号输入到电光转换器转换为光信号，通过两芯光纤14中的一根传输到屏蔽柜15内的电光转换系统16。因此，脉冲电压光纤传输系统12由积分器和电光转换器组成，积分器用于将罗氏线圈11中测得的脉冲电流信号转化为电压信号，电压信号输入到电光转换器后由电光转化器将电压信号转换为光信号，再由两芯光纤14进行传输。
脉冲磁场光纤测量系统13主要用于大型螺旋线圈8内脉冲磁场的测量，将脉冲磁场测量电信号转换为光信号，再由光纤14进行传输。因此，脉冲磁场光纤测量系统13主要包括强脉冲磁场传感器和电光转换器。强脉冲磁场传感器由一涂有绝缘材料的硬质铜线折弯成圆形线圈，线圈两端各接BNC转换头，将测试探头置于脉冲磁场中，根据磁电感应原理，从线圈两端输出电压信号。电压信号经过电光转换器后转换为光信号，再由光纤14中的一根光纤进行传输。
光电转换系统16包括针对脉冲电压光纤传输系统12输出信号和脉冲磁场光纤测量系统13输出信号的各一套光电转换器，其作用是将光纤14传输来的光信号对应转换为电信号，供给后续的测量设备进行显示。两套光电转换器机理相同完全相同。
利用大型屏蔽体低频脉冲强磁场屏蔽效能测试系统进行测试，包括下列步骤：
(1)将被测屏蔽体放于大型螺旋线圈有效工作空间中心，使被测屏蔽体的中心与大型螺旋线圈的中心对齐；
(2)控制直流高压发生器给可调电容充电，通过放电开关放电，测量大型螺旋线圈中流过的脉冲电流波形，如果波形参数不满足要求，先调整可调电阻使波形的脉冲宽度满足要求，再调整可调电感，使波形的上升时间满足要求，最后调整可调电容，是波形的幅值满足要求；
(3)在被测屏蔽体内中心位置放脉冲磁场光纤测量系统；
(4)控制直流高压发生器给可调电容充电到给定值后，通过放电开关放电，产生脉冲磁场，同时测量大型螺旋线圈内流过的脉冲电流和被测屏蔽体内的脉冲磁场；
(5)对测到的脉冲电流和脉冲磁场波形数据进行数字滤波去除干扰噪声，求取流过大型螺旋线圈的脉冲电流峰值I和被测屏蔽体内脉冲磁场峰值B，被测屏蔽体脉冲磁场屏蔽效能SEM由式(1)计算：
式(1)中的B0是脉冲电流在整个大型螺旋线圈中心产生的磁感应强度，由式(2)来计算。式(1)和式(2)中，μ0是空气磁导率，r是大型螺旋线圈半径，n是大型螺旋线圈的匝数，zk是n匝大型螺旋线圈中第k匝线圈中心距离整个大型螺旋线圈中心的距离；
(6)逐步增加脉冲电容的充电电压，使放电电流和脉冲磁场逐步增强，重复步骤(4)和步骤(5)，将测到的多个屏蔽效能测量值和对应的放电电流脉冲峰值绘成曲线，并进行曲线拟合，曲线的拐弯处屏蔽效能开始下降，被测屏蔽体进入磁饱和；
(7)调整被测屏蔽体的方向，对其每个正交方向的屏蔽效能都进行测量，得到三个正交方向上的三条屏蔽效能曲线。
本实施例中，大型屏蔽体是利用3m3大小的屏蔽体进行试验。具体内容如下：利用3m(长)×3m(宽)×3m(高)×0.5mm(厚)的冷轧钢板屏蔽体开展测试试验，屏蔽体中心位置屏蔽效能虽外界磁化场强度的变化规律如表1和图3所示。由图3可知，利用该系统可以在屏蔽体内的磁场达到饱和，实现磁场饱和点的检测，便于屏蔽体的磁饱和特性的研究。
表1屏蔽体模型中心位置屏蔽效能
虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本实用新型的权利要求所描述的保护范围，都应当在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种大型屏蔽体低频脉冲强磁场屏蔽效能测试系统，其特征在于包括低频脉冲强磁场模拟器和脉冲磁场测量系统，所述低频脉冲强磁场模拟器是由充电回路和放电回路组成，其中充电回路包括直流高压发生器（1）、充电开关（2）、限流电阻（3）和可调电容（4），放电回路包括可调电容（4）、放电开关（5）、可调电阻（6）、可调电感（7）和大型螺旋线圈（8），其中可调电容（4）为充电电路和放电电路共同部分，所述直流高压发生器（1）通过充电开关（2）和限流电阻（3）给可调电容（4）充电到给定电压后，由放电开关（5）将脉冲电容储存的能量通过可调电阻（6）和可调电感（7）对大型螺旋线圈（8）放电，产生低频脉冲强磁场。
2.根据权利要求1所述的大型屏蔽体低频脉冲强磁场屏蔽效能测试系统，其特征在于脉冲磁场测量系统包括被测屏蔽体（10）、罗氏线圈（11）、脉冲电压光纤传输系统（12）、脉冲磁场光纤测量系统（13）、两芯光纤（14）、屏蔽柜（15）、光电转换系统（16）和数字示波器（17），所述脉冲磁场光纤测量系统（13）位于被测屏蔽体（10）内部，被测屏蔽体（10）置于大型螺旋线圈（8）中心，罗氏线圈（11）套于放电回路中测量放电回路的脉冲电流，罗氏线圈（11）与脉冲电压光纤传输系统（12）连接，脉冲电压光纤传输系统（12）输出的光信号与脉冲磁场光纤测量系统（13）输出的光信号汇集至两芯光纤（14），并传递至光电转换系统（16），光电转换系统（16）输出的电信号传输至数字示波器（17）。
3.根据权利要求1所述的大型屏蔽体低频脉冲强磁场屏蔽效能测试系统，其特征在于所述被测屏蔽体（10）由支撑木地板（9）支撑，支撑木地板（9）位于大型螺旋线圈（8）中。
4.根据权利要求1所述的大型屏蔽体低频脉冲强磁场屏蔽效能测试系统，其特征在于所述大型螺旋线圈（8）由多匝线圈组成，多匝线圈为并联或者串联。
5.根据权利要求1所述的大型屏蔽体低频脉冲强磁场屏蔽效能测试系统，其特征在于所述大型螺旋线圈（8）产生的脉冲磁场波形由可调电容（4）、可调电阻（6）和可调电感（7）来调整形。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的大型屏蔽体低频脉冲强磁场屏蔽效能测试系统，其特征在于所述大型螺旋线圈（8）为可调参数铜管螺线圈，其直径大于5m，长度大于8m，其内部测试区域不小于3.5m3。
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