КУЗНЕЦОВ П. А, ФАРМАКОВСКИЙ Б.В., РОССИЯ ФГУП РФ ЦНИИ КМ «Прометей», e-mail: vvv@prometey2.spb.su

Аннотация. Представлены измерения коэффициентов экранирования аморфными магнитомягкими лентами в системе плоских катушек. Использовались ленты как в исходном, так и в термообработанном состоянии. Измерения проводились на частоте 10 кГц. Показано, что для достижения степени экранирования более 200 необходимо проводить термообработку материала лент.

Abstract. The results on measuring shielding effectiveness of amorphous magnetic ribbons in the system of pancake coils are presented. The measurements were carried out on as-cast and heat treated ribbons at the frequency of 10 kHz. It was shown that the shielding effectiveness values of the order of 200 and more can be achieved in the case of special heat treatment.

Введение

В настоящее время имеется достаточное количество работ, посвященных влиянию магнитных полей промышленной частоты на технические средства и биологические объекты [1-3]. Магнитные поля промышленной частоты рассматриваются как один из неблагоприятных экологических факторов для окружающей среды. Один из наиболее ярких примеров влияния полей промышленной частоты — это «дрожание» изображения на экранах электроннолучевых мониторов.

Для уменьшения уровня магнитных полей используются два основных мероприятия: защита расстоянием и экранирование источника поля или объекта материалами с высокими магнитными свойствами. Не всегда имеется возможность перенести техническое оборудование или биологические объекты на расстояние, при котором уровень поля ниже предельно допустимого. В этом случае необходимо применять экранирующие материалы.

Наиболее широко для целей экранирования используются кристаллические магнитомягкие материалы тапа пермаллой (79НМ), супермаллой (см. таблицу 1). Однако эти сплавы наряду с высокими магнитными свойствами имеют и существенные недостатки. В частности, их магнитные свойства уменьшаются в десятки раз при незначительных деформациях, неизбежно возникающих при монтаже экранов.

Проблема экранирования может быть решена при использовании аморфных магнитомягких сплавов. Деформирование, как правило, не приводит к уменьшению их магнитных свойств [5].

В настоящей работе приводятся данные по экранированию магнитных полей промышленной частоты аморфными магнитомягкими сплавами различных отечественных производителей.

Методика эксперимента

Для проведения измерений была создана измерительная система на основе плоских катушек, представленная на рисунке 1. Переменное магнитное поле в задающей катушке (1) создается с помощью генератора Г3-56/1; напряжение контролируется вольтметром В7-38. Напряжение на приемной катушке (2) измеряется селективным вольтметром В6- 9; форма сигнала контролируется осциллографом С1-76.

Задающая катушка имеет следующие характеристики:

наружный диаметр — 7 мм;

внутренний диаметр — 1,3 мм;

толщина — 1 мм;

число витков — 704;

диаметр провода — 0,1 мм;

сопротивление — 16 Ом.

Размеры приемной катушки выбираются такими, чтобы она находилась в однородном поле задающей катушки. Исходя из этого, приемная катушка имеет диаметр 3 мм и высоту 1 мм. Расстояние между катушками — 0,2 мм.

Для определения степени экранирования необходимо провести измерения сигнала на приемной катушке без образца и с помещенным в зазор плоским образцом (3). Коэффициент экранирования (КЭ) вычисляется как отношение этих двух сигналов.

Эксперимент

Для исследования были выбраны ленты аморфных высококобальтовых сплавов — 71КНСР производства Ашинского металлургического завода и ЦНИИЧермет, АМАГ-172 производства новгородского завода «ГАРО», а также для сравнения кристаллический сплав на основе железа — 79НМ (пермаллой). По данным технических условий производителей эти сплавы в термообработанном состоянии имеют магнитные свойства, представленные в таблице 1.

Таблица 1. Магнитные свойства магнитомягких сплавов.

Сплав	Цнач	Цмакс	Bs, Тл	Нс, А/м
71 КНСР	20000	800000	0,50	0,8
АМАГ-172	80000	1500000	0,48	0,4
79 НМ	25000	100000	0,7	2
Супермаллой	100000	1500000	0,7	0,5

Для системы плоских катушек образцы изготавливались следующим образом. Из аморфных лент толщиной 25 — 30 мкм вырезались отрезки длиной 4 см и шириной 20 мм. Из ленты пермаллоя толщиной 200 мкм вырезался образец длиной 4 см и шириной 20 мм. Все образцы исследовались как в исходном, так и термообработанном состоянии.

Измерения коэффициентов экранирования проводились следующим образом. Вначале были построены градуировочные зависимости сигнала на приемной катушке от сигнала на задающей катушке в отсутствии образца на различных частотах. Во всех случаях зависимости входного и выходного сигнала являлись линейными функциями и имели вид:

Пвых = А Uex, (1)

где Uex — сигнал на задающей катушке в вольтах, ивых — сигнал на приемной катушке в милливольтах, А — коэффициент связи приемной и задающей катушек. Коэффициент связи для частот 200, 1000, 5000, 10000 и 100000 Гц имеет следующие значения: 1,5; 7,5; 33,3; 58,6 и 97,2, соответственно. Форма сигнала во всех случаях синусоидальна.

Так как частота 10 кГц является граничной для уровней ЭМС по наведенным кондуктивным и электромагнитным помехам [4], то все измерения проводились на этой частоте.

После этого проводились измерения сигнала на приемной катушке с помещенным в зазор плоским образцом.

Результаты

Результаты измерения коэффициентов экранирования в плоских катушках представлены на рисунке 2. Из рисунка видно, что в исходном состоянии коэффициенты экранирования лентами аморфных сплавов не превышают 50 в области полей до 3 А/м, а в полях от 3 до 9 А/м плавно возрастают до 100. Для термообработанных сплавов в области полей до 0,2 А/м наблюдается максимальное значение коэффициента экранирования — от 500 до 1500 с постепенным уменьшением до 150 — 200 в полях более 1 А/м. Для сплава 79НМ максимальное значение коэффициента экранирования — 2000 достигается в поле 0,1 А/м и далее в полях более 1 А/м это значение находится в пределах 300.

Такие особенности кривых могут быть объяснены тем, что в исходном состоянии начальная и максимальная магнитная проницаемость в лентах аморфных сплавов не высока. Тогда как в термооб- работанном состоянии магнитные проницаемости возрастают на несколько порядков.

Кроме этого видно, что разница между коэффициентами экранирования для сплавов 79НМ и АМАГ-172 составляет 20%, тогда как толщина отличается в 10 раз. Этот факт находится в согласии с опубликованными ранее работами [5]. В аморфных магнитомягких сплавах достижение тех же экранирующих свойств, что и в кристаллических сплавах, возможно при меньшей толщине материала.

Поле, А/м

—•— 71 КНСР (Аша) — т/о	о 71 КНСР (Аша) — исх
4 71 КНСР (Чермет) — т/о	д 71 КНСР (Чермет) — исх
■ АМАГ-172 (Новгород) — т/о	□ АМАГ-172 (Новгород) — исх.
7 9 НМ, т / 0

Рисунок 2. Коэффициенты экранирования в системе плоских катушек исходными и термообра- ботанными сплавами.

Следует особо отметить некоторые характерные особенности полученных результатов. Во-первых, сплавы 71КНС у разных производителей обладают существенно различными экранирующими свойствами в термообработанном состоянии, тогда как в исходном они практически не различимы. Такая разница может быть объяснена различными технологическими режимами получения сплава. Во-вторых, коэффициент экранирования для всех аморфных сплавов в полях более 6 А/м уменьшается. Такое поведение возможно связано с изменением формы сигнала в связи с переходом материала образца в насыщение (рисунок 3). Причина такого поведения не совсем понятна и требует проведения дополнительных измерений на различных частотах и толщинах с привлечением других методик, например системы колец Гельмгольца.

Заключение

В результате проведенной работы показана перспективность использования аморфных магнитомяг- ких сплавов для экранирования полей промышленной частоты.

Установлено, что сплавы различных производителей обладают существенно различными экранирующими свойствами. Такая разница связывается с различными технологическими режимами получения сплавов.

Рисунок 3. Форма сигнала с помещенным между катушками образцом из аморфной ленты (слева) и образца из сплава 79НМ (справа).

П,,,-. 1 wr, „ , ..

Отмечено изменение формы синусоидального сигнала при помещении в зазор между катушками аморфной ленты. Для объяснения причины такого поведения необходимо провести дополнительные измерения на различных частотах и толщинах с привлечением других методик, например системы колец Гельмгольца.

Для практического использования аморфных сплавов для решения конкретной задачи по защите технических средств и биологических объектов необходима организация входного контроля и отбор сплавов по магнитной проницаемости.

Работа выполнена при поддержке Минпромнауки РФ, контракт № 41.002.1.1.2403.

Литература

Материалы третьей международной конференции «Электромагнитные поля и здоровье человека. Фундаментальные и прикладные исследования», 17 — 24 сентября 2002 г., Москва — Санкт- Петербург.

Григорьев Ю.Г. Электромагнитное загрязнение окружающей среды как фактор воздействия на человека и биоэкосистемы// Материалы научно- практической конференции «Электромагнитная безопасность. Проблемы и пути решения», г. Саратов, 28-30 августа 2000 г.

Григорьев О.А., Петухов В.С. и др. Проблема «дрожания» изображения видеомониторов на рабочих местах пользователей персональных компьютеров // Материалы научно-практической конференции «Электромагнитная безопасность. Проблемы и пути решения», г. Саратов, 28-30 августа 2000 г.

В. С. Кармашев Электромагнитная совместимость технических средств. Справочник. М., 2001.

Ефимов Ю.В. Метастабильные и неравновесные сплавы М.: Металлургия, 1988, 383 с.