電磁屏蔽室的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電磁屏蔽室。該電磁屏蔽室包括：屏蔽殼體；該屏蔽殼體的內(nèi)部圍成一密閉的電磁屏蔽空間，其壁面自內(nèi)而外包括：坡莫合金屏蔽夾層、支撐層、鋁板屏蔽夾層，坡莫合金屏蔽夾層和鋁板屏蔽夾層分別固定在支撐層的內(nèi)側(cè)和外側(cè)。本發(fā)明不單單采用坡莫合金屏蔽低頻磁場，還采用鋁板進(jìn)行高頻電磁場屏蔽，從而改善了高頻屏蔽效果。
【專利說明】電磁屏蔽室

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁場【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高性能的電磁屏蔽室。

【背景技術(shù)】
[0002]電磁屏蔽室是指利用某些技術(shù)手段將地球磁場、自然界、人文產(chǎn)生的電磁干擾進(jìn)行屏蔽，營造一個(gè)沒有電磁干擾的環(huán)境，在環(huán)境下，可以從事各種科學(xué)研究活動(dòng)。電磁屏蔽室在現(xiàn)代科學(xué)研究中是重要的基礎(chǔ)設(shè)施，如在生物磁學(xué)研究領(lǐng)域，由于被研究的生物體的磁場極其微弱，往往淹沒在雜亂無章的環(huán)境電磁干擾中，因此需要將生物體放置在一個(gè)沒有電磁干擾的屏蔽室內(nèi)，測量生物體的微弱磁場信號(hào)；再如，地球磁場研究、地球物理勘探儀器中的高靈敏度磁場傳感器，往往需要測試磁場傳感器的噪聲水平，也需要在無電磁干擾的屏蔽環(huán)境下進(jìn)行測試；因此，高性能的電磁屏蔽室是磁學(xué)研究領(lǐng)域研究的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一 O
[0003]衡量電磁屏蔽室性能參數(shù)為屏蔽因子，即對電磁干擾的屏蔽程度。其定義為在某頻率點(diǎn)上，屏蔽室外部磁場值大小和內(nèi)部剩余磁場值大小的比值，一般采用dB值表示，屏蔽因子是隨頻率變化的函數(shù)。
[0004]現(xiàn)有電磁屏蔽室僅僅采用坡莫合金屏蔽低頻磁場,對于高頻電磁場無法屏蔽，因此屏蔽室的工作帶寬有限，如中國地震局白家疃零磁實(shí)驗(yàn)室的磁屏蔽室，該屏蔽室采用多層坡莫合金設(shè)計(jì)成8面體，在0.1Hz-1kHz的屏蔽效果較好，屏蔽因子約為1000(60dB)，但是當(dāng)工作頻率大于1kHz，屏蔽因子迅速下降，因此該屏蔽室高頻屏蔽效果差。此外，現(xiàn)有的電磁屏蔽室中，當(dāng)工作頻率小于IHz時(shí)，一般隨著頻率逐步降低，屏蔽因子越小，這是由坡莫合金材料特性和屏蔽室的形狀所決定的。本發(fā)明為了改善低頻屏蔽效果，用于屏蔽室建設(shè)的材料和屏蔽室形狀的影響，隨著頻率的降低，屏蔽因子隨之降低，因此低頻的屏蔽效果差。
[0005]可見，現(xiàn)有的電磁屏蔽室領(lǐng)域存在如下問題:屏蔽因子低，尤其是低頻屏蔽效果較差。屏蔽室內(nèi)部的剩余磁場較大，就無法實(shí)現(xiàn)一些對屏蔽要求較高的研究活動(dòng)，極大的限制了科研工作的開展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問題
[0007]鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種具有較好電磁屏蔽功能的電磁屏蔽室。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]本發(fā)明高性能電磁屏蔽室包括:屏蔽殼體；該屏蔽殼體的內(nèi)部圍成一密閉的電磁屏蔽空間，其壁面自內(nèi)而外包括:坡莫合金屏蔽夾層、支撐層、鋁板屏蔽夾層，坡莫合金屏蔽夾層和鋁板屏蔽夾層分別固定在支撐層的內(nèi)側(cè)和外側(cè)。
[0010](三)有益效果
[0011]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明高性能電磁屏蔽室具有以下有益效果:
[0012](I)不單單采用坡莫合金屏蔽低頻磁場，還采用鋁板進(jìn)行高頻電磁場屏蔽，改善了高頻屏蔽效果，在大于IkHz的范圍內(nèi)，屏蔽效果明顯改善，屏蔽因子> 70dB，且隨著頻率增力口，屏蔽因子增大。
[0013](2)采用主動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆绞降窒徊糠值卮艌?，小于IHz時(shí)，由于主動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)產(chǎn)生的補(bǔ)償因子為12dB，很好地改善了屏蔽室低頻性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例高性能電磁屏蔽室的外部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為圖1所示高性能電磁屏蔽室縱切面的剖視圖；
[0016]圖3為圖1所述聞性能電磁屏蔽室壁面中坡旲合金屏蔽夾層的不意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實(shí)施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018]本發(fā)明采用低頻主動(dòng)補(bǔ)償、多層坡莫合金、鋁材屏蔽等三種技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)地球磁場、自然及人文干擾電磁的屏蔽，在電磁屏蔽室內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)無磁環(huán)境。
[0019]在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種高性能電磁屏蔽室。圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例高性能電磁屏蔽室的外部結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實(shí)施例高性能電磁屏蔽室包括一屏蔽殼體以及地磁場主動(dòng)補(bǔ)償線圈系統(tǒng)。以下分別對該兩部分進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0020]如圖1所示,屏蔽殼體為立方箱體形狀,外尺寸為2.7m*2.7m*2.7m。該立方箱體形狀的屏蔽殼體內(nèi)部圍成一密閉的電磁屏蔽空間:2m*2m*2m。
[0021]該立方箱體形狀的屏蔽殼體由前壁、后壁、左壁、右壁、上壁和下壁，共六個(gè)面所組成。一般情況下，在前壁的位置開門，便于人員、工具和設(shè)備的進(jìn)出。
[0022]圖2為圖1所示高性能電磁屏蔽室縱切面的剖視圖。如圖2所示，屏蔽殼體的壁面自內(nèi)而外包括:坡莫合金屏蔽夾層、支撐層、鋁板屏蔽夾層和保護(hù)層。其中，支撐層和保護(hù)層由木材、塑料等絕緣材料制成，與現(xiàn)有技術(shù)的電磁屏蔽室相同，此處不再詳細(xì)描述。
[0023]圖3為圖1所述高性能電磁屏蔽室壁面中坡莫合金屏蔽夾層的示意圖。如圖3所示，坡莫合金屏蔽夾層由3層厚度Ii1為Imm的坡莫合金板拼接制成,兩層坡莫合金板之間的間距h2為3cm，兩者之間采用木質(zhì)材料進(jìn)行填充，以保證坡莫合金屏蔽夾層的強(qiáng)度。通過仿真計(jì)算，滿足h: h2 = I: 3的坡莫合金屏蔽夾層的屏蔽因子最大。其中，坡莫合金板的長度規(guī)格為2m-2.5m不等，寬度規(guī)格為lm_l.25m不等。
[0024]鋁板屏蔽夾層由多層鋁板拼接而成，兩層鋁板之間同樣采用木質(zhì)材料進(jìn)行填充。整個(gè)鋁板屏蔽夾層采用規(guī)格為1.25m*2.5m*6mm的鋁板拼接，最終拼接的尺寸約為2.5m*2.5m*2.5m。該鋁屏蔽夾層的作為屏蔽趨勢深度小于6mm的高頻電磁波，即頻率大于約5kHz的高頻電磁場干擾，還能屏蔽靜電場或準(zhǔn)靜電場的干擾，此時(shí)，需要將鋁板進(jìn)行良好接地，拼接方式采用常規(guī)方式，在此不再贅述。
[0025]請參照圖1，地磁場主動(dòng)補(bǔ)償線圈系統(tǒng)包括:磁場傳感器、電流控制單元和分別附著在屏蔽殼體前壁、上壁和側(cè)壁上的三組補(bǔ)償線圈，該三組補(bǔ)償線圈分別用于補(bǔ)償z軸方向、X軸方向和I軸方向的地磁場，組成三軸補(bǔ)償線圈。其中，磁場傳感器測量地磁場大小，并將該值輸入給電流控制單元，電流控制單元根據(jù)該測量值計(jì)算出輸出電流大小，并將電流饋入三軸補(bǔ)償線圈，該線圈產(chǎn)生一個(gè)與地磁場相反的磁場，可將低頻的地磁場抵消一部分。
[0026]輸入三軸補(bǔ)償線圈中每一組補(bǔ)償線圈的電流值計(jì)算公式如下:
[0027]I =⑴
[0028]其中Ix, y,z表示分別需要饋入X，Y，Z的三軸補(bǔ)償線圈的電流值大小，Bx, y,z表示磁場傳感器測量地磁場中X，Y，Z三個(gè)方向分量大小，rx,y,z表示三軸補(bǔ)償線圈的X，Y，Z三個(gè)方向線圈常數(shù)，即單位電流在其中心處產(chǎn)生的磁場大小，由如下公式?jīng)Q定:
(4 Y,22-
[0029]rw=U 氣(2)
JlJx,y,2
[0030]上式中，μ C1表示真空的磁導(dǎo)率，Nx, y,z表示三軸補(bǔ)償線圈X，Y，Z的匝數(shù)，Lx, y,z表示三軸補(bǔ)償線圈X，Y，Z的邊長。
[0031]整個(gè)屏蔽室需建立在天然磁場干擾較為平靜的地方，如農(nóng)村地區(qū)，這樣外界的干擾磁場較小，經(jīng)過屏蔽之后，內(nèi)部的剩余磁場更小。
[0032]實(shí)驗(yàn)證明，本實(shí)施例在高頻(> IkHz)和低頻(IHz)頻率兩端的性能指標(biāo)大大優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。在大于IkHz的范圍內(nèi)，屏蔽效果明顯改善，屏蔽因子> 70dB，且隨著頻率增力口，屏蔽因子增大。在小于IHz時(shí)，由于主動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)產(chǎn)生的補(bǔ)償因子為12dB。
[0033]至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對本發(fā)明高性能電磁屏蔽室有了清楚的認(rèn)識(shí)。
[0034]此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行簡單地更改或替換，例如:
[0035](I)坡莫合金屏蔽夾層中坡莫合金板的層數(shù)還可以增多，一般介于2層至5層之間；
[0036](2)除了立方箱體結(jié)構(gòu)之外，屏蔽殼體和可以是其他形狀，例如長方箱體，能夠形成內(nèi)部屏蔽空間的中空的棱柱體、棱臺(tái)體、圓柱體等，均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，只是三組補(bǔ)償線圈的設(shè)置位置相應(yīng)產(chǎn)生變化即可；
[0037](3)上述實(shí)施例中，三組補(bǔ)償線圈分別位于屏蔽殼體前壁、上壁和側(cè)壁，然而本發(fā)明并不以此為限，該該三組補(bǔ)償線圈只要分別位于相互垂直的xoy平面、yoz平面和Z0x平面即可，可以根據(jù)屏蔽殼體的形狀進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
[0038]綜上所述，本發(fā)明高性能電磁屏蔽室采用坡莫合金進(jìn)行低頻磁場屏蔽，采用鋁板進(jìn)行高頻磁場屏蔽，同時(shí)采用主動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆绞降窒徊糠值卮艌?，從而大大拓寬了屏蔽室的工作帶寬和屏蔽因子，可用于各類磁場傳感器的本底噪聲測試、心磁、腦磁和生物磁研究等領(lǐng)域，大大延拓了該屏蔽室的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0039]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電磁屏蔽室,其特征在于,包括:屏蔽殼體；該屏蔽殼體的內(nèi)部圍成一密閉的電磁屏蔽空間，其壁面自內(nèi)而外包括:坡莫合金屏蔽夾層、支撐層、鋁板屏蔽夾層，所述坡莫合金屏蔽夾層和鋁板屏蔽夾層分別固定在所述支撐層的內(nèi)側(cè)和外側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁屏蔽室，其特征在于，所述坡莫合金屏蔽夾層由若干層的坡莫合金板拼接制成，相鄰兩層坡莫合金板之間填充木質(zhì)材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電磁屏蔽室，其特征在于，所述坡莫合金屏蔽夾層滿足:
Ii1: h2 = 1: 3 其中，Ii1為坡莫合金板的厚度，h2為兩層坡莫合金板之間填充的木質(zhì)材料的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁屏蔽室，其特征在于，所述鋁板屏蔽夾層由若干層的鋁板拼接而成，相鄰兩層鋁板之間填充木質(zhì)材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁屏蔽室，其特征在于，還包括: 地磁場主動(dòng)補(bǔ)償線圈系統(tǒng)，用于抵消地磁場對電磁屏蔽空間的影響。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電磁屏蔽室，其特征在于，所述地磁場主動(dòng)補(bǔ)償線圈系統(tǒng)包括: 磁場傳感器，用于測量地磁場； 三軸補(bǔ)償線圈，包括沿三個(gè)互相垂直的平面設(shè)置的三組補(bǔ)償線圈； 電流控制單元，與所述磁場傳感器和三組補(bǔ)償線圈分別連接，用于為每一組補(bǔ)償線圈提供電流，以補(bǔ)償由所述磁場傳感器測得的該補(bǔ)償線圈所在方向的地磁場分量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電磁屏蔽室，其特征在于，所述屏蔽殼體為立方箱體形狀，由前壁、后壁、左壁、右壁、上壁和下壁所圍成，所述三組補(bǔ)償線圈分別設(shè)置于屏蔽殼體的前壁、上壁和側(cè)壁的外圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電磁屏蔽室，其特征在于，由電流控制單元向每一組補(bǔ)償線圈提供的電流的電流值Ii滿足: Γ B, Γ 「4 丫,2 2
μ()Ν- 其中，Bi為由磁場傳感器測量地磁場在該補(bǔ)償線圈對應(yīng)方向的分量；表示該補(bǔ)償線圈的線圈常數(shù)，即單位電流在該補(bǔ)償線圈中心處產(chǎn)生的磁場大??；μ ^表示真空的磁導(dǎo)率；Ni表示該補(bǔ)償線圈的匝數(shù)A表示該補(bǔ)償線圈的邊長；i為X、y、z其中之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的電磁屏蔽室，其特征在于，所述支撐層的材料為塑料或木材。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的電磁屏蔽室，其特征在于，所述屏蔽殼體的壁面還包括: 保護(hù)層，位于所述鋁板屏蔽夾層的外側(cè)，其材料為塑料或木材。
【文檔編號(hào)】H05K9/00GK104244687SQ201410490514
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】朱萬華, 方廣有, 劉雷松 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所