Blindage de champ magnétique à aimant permanent, blindage de champ magnétique alternatif

Pour réduire l'intensité du champ magnétique d'un aimant permanent ou d'un champ magnétique alternatif basse fréquence avec des courants alternatifs dans une certaine région de l'espace, utilisez blindage magnétique… Par rapport à un champ électrique, qui est assez facilement blindé par l'application Cellules de Faraday, le champ magnétique ne peut pas être complètement masqué, il ne peut être affaibli que dans une certaine mesure à un certain endroit.

En pratique, pour les besoins de la recherche scientifique, en médecine, en géologie, dans certains domaines techniques liés à l'espace et à l'énergie nucléaire, des champs magnétiques très faibles sont souvent blindés, induction qui dépasse rarement 1 nT.

On parle à la fois de champs magnétiques permanents et de champs magnétiques variables sur une large gamme de fréquences. L'induction du champ magnétique terrestre, par exemple, ne dépasse pas 50 μT en moyenne ; un tel champ, ainsi que le bruit à haute fréquence, est plus facile à atténuer par un blindage magnétique.

Lorsqu'il s'agit de blinder les champs magnétiques parasites en électronique de puissance et en électrotechnique (aimants permanents, transformateurs, circuits à haute intensité), il suffit souvent de simplement localiser une partie importante du champ magnétique plutôt que d'essayer de l'éliminer complètement. Bouclier ferromagnétique — pour le blindage des champs magnétiques permanents et basse fréquence

La première et la plus simple façon de protéger le champ magnétique est l'utilisation d'un blindage ferromagnétique (corps) sous la forme d'un cylindre, d'une feuille ou d'une sphère. Le matériau d'une telle coque doit avoir haute perméabilité magnétique et faible force coercitive.

Lorsqu'un tel blindage est placé dans un champ magnétique externe, l'induction magnétique dans le ferromagnétique du blindage lui-même s'avère plus forte qu'à l'intérieur de la zone blindée, où l'induction sera d'autant plus faible.

Considérons un exemple d'écran en forme de cylindre creux.

La figure montre que les lignes d'induction du champ magnétique externe pénétrant dans la paroi de l'écran ferromagnétique sont épaissies à l'intérieur et directement dans la cavité du cylindre, donc les lignes d'induction seront plus raréfiées. C'est-à-dire que le champ magnétique à l'intérieur du cylindre restera minimal. Pour la performance de haute qualité de l'effet requis, des matériaux ferromagnétiques à haute perméabilité magnétique sont utilisés, tels que permaloïde ou mu-métal.

Soit dit en passant, épaissir simplement la paroi de l'écran n'est pas le meilleur moyen d'améliorer sa qualité.Beaucoup plus efficaces sont les blindages ferromagnétiques multicouches avec des espaces entre les couches constituant le blindage, où le coefficient de blindage sera égal au produit des coefficients de blindage pour les couches individuelles - la qualité de blindage d'un blindage multicouche sera meilleure que l'effet de une couche continue d'épaisseur égale à la somme des couches supérieures.

Grâce aux écrans ferromagnétiques multicouches, il est possible de créer des salles blindées magnétiquement pour diverses études. Les couches externes de tels écrans sont constituées dans ce cas de ferromagnétiques, qui saturent à des valeurs d'induction élevées, tandis que leurs couches internes sont en mu métal, permaloïde, metglass, etc. — à partir de ferromagnétiques qui saturent à des valeurs inférieures d'induction magnétique.

Blindage en cuivre - pour protéger les champs magnétiques alternatifs

S'il est nécessaire de protéger un champ magnétique alternatif, des matériaux à haute conductivité électrique sont utilisés, tels que Miel.

Dans ce cas, le champ magnétique externe changeant induira des courants d'induction dans l'écran conducteur, qui couvrira l'espace du volume protégé, et la direction des champs magnétiques de ces courants d'induction dans l'écran sera opposée au champ magnétique externe , dont la protection est ainsi aménagée. Par conséquent, le champ magnétique externe sera partiellement compensé.

De plus, plus la fréquence des courants est élevée, plus le coefficient de blindage est élevé. Ainsi, pour des fréquences plus basses et plus encore pour des champs magnétiques constants, les écrans ferromagnétiques sont les plus adaptés.

Le coefficient de tamisage K, en fonction de la fréquence du champ magnétique alternatif f, de la taille de l'écran L, de la conductivité du matériau du tamis et de son épaisseur d, peut être trouvé approximativement par la formule :

Application des écrans supraconducteurs

Comme vous le savez, un supraconducteur est capable d'éloigner complètement le champ magnétique de lui-même. Ce phénomène est connu sous le nom de Effet Meissner… Selon La règle de Lenz, toute modification du champ magnétique dans le supraconducteur génère des courants d'induction qui, avec leurs champs magnétiques, compensent la variation du champ magnétique dans le supraconducteur.

Si on le compare à un conducteur ordinaire, alors dans un supraconducteur les courants d'induction ne faiblissent pas et sont donc capables d'exercer un effet magnétique compensateur pendant une durée infiniment (théoriquement) longue.

Les inconvénients de la méthode peuvent être son coût élevé, la présence d'un champ magnétique résiduel à l'intérieur de l'écran qui s'y trouvait avant le passage du matériau à un état supraconducteur, ainsi que la sensibilité du supraconducteur à la température. Dans ce cas, l'induction magnétique critique pour les supraconducteurs peut atteindre des dizaines de tesla.

Méthode de blindage avec compensation active

Afin de réduire le champ magnétique externe, un champ magnétique supplémentaire égal en amplitude mais de sens opposé au champ magnétique externe duquel une certaine zone doit être protégée peut être spécifiquement créé.

Ceci est réalisé grâce à la mise en œuvre bobines de compensation spéciales (bobines de Helmholtz) — une paire de bobines porteuses de courant identiques disposées coaxialement qui sont séparées par une distance du rayon de la bobine. Un champ magnétique assez uniforme est obtenu entre de telles bobines.

Pour obtenir une compensation pour tout le volume d'une zone donnée, vous avez besoin d'au moins six de ces bobines (trois paires), qui sont placées conformément à une tâche spécifique.

Les applications typiques d'un tel système de compensation sont la protection contre les perturbations basse fréquence générées par les réseaux électriques (50 Hz), ainsi que le blindage du champ magnétique terrestre.

Typiquement, les systèmes de ce type fonctionnent en conjonction avec des capteurs de champ magnétique. Contrairement aux blindages magnétiques, qui réduisent le champ magnétique ainsi que le bruit dans tout le volume délimité par le blindage, la protection active utilisant des bobines de compensation permet d'éliminer les perturbations magnétiques uniquement dans la zone locale sur laquelle elle est accordée.

Quelle que soit la conception du système d'interférence anti-magnétique, chacun d'eux a besoin d'une protection anti-vibration, car les vibrations de l'écran et du capteur contribuent à la génération d'interférences magnétiques supplémentaires à partir de l'écran vibrant lui-même.