Исследование экранирующих свойств электромагнитных экранов из разных материалов

 

Цель работы: Исследовать экранирующие свойства электромагнитных экранов из различных материалов. Ознакомиться с применением цифрового запоминающего двухканального осциллографа типа АСК – 3105.

Общие сведения

Экранирование служит для ослабления электрических, маг­нитных и электромагнитных полей, а именно для того, чтобы исключить проникновение и воздействие таких полей на элементы, блоки, приборы, кабели, помещения и здания, а также для того, чтобы подавить исходящие из электрических и элект­ронных промышленных средств и устройств помехи, обуслов­ленные полями. Экран устанавливается между источником и приемником помех и снижает напряженности Е₀, Н₀ воздейст­вующего поля до значений E₁ H₁ за экраном (рис. 1). Физи­чески экранирование объясняется наведением на поверхности экрана заряда или индуктированием в нем тока, поле которых накладывается на воздействующее, ослабляя его. Тем самым как бы удаляется чувствительный приемник помехи от источ­ника.

На эффективность экранирования оказывают существенное влияние частота поля, электропроводность и магнитная прони­цаемость материала экрана, конфигурация и размеры экрана.

Для уточнения этих общих положений будем исходить из то­го, что экранирование осуществляется частично поглощением энергии поля материалом экрана (коэффициент затухания а_SA обусловленный поглощением), а частично - отражением па­дающей волны (коэффициент затухания a_SR, обусловленный отражением).

Рис. 1. Экранирование токовых контуров от внешних электрических и маг­нитных полей: а - принципиальное расположение контуров 1, 2 и экрана S; б - граница меж­ду условиями ближнего (нижняя левая часть) и дальнего (верхняя правая часть) полей

 

Результирующий коэффициент затухания, дБ, можно определить как

(1)

Или же

(2)

Т.е. состоит из двух компонентов:

. (3)

 

При этом не учитываются многократные отражения от стенок экрана и помещения. Для установления существенных взаимосвязей между этими коэффициентами затухания и характеристиками магнитного поля, а также размерами экрана и свойствами его материала удобно воспользоваться понятием полных сопротивлений по аналогии с распространением волн в электрически длинной двухпроводной линии.

В зависимости от расстояния х приемника помехи от источника (рис. 1, а) и частоты f в ближней или дальней областях (рис. 1, б) для определения коэффициентов затухания и , дБ, пригодны следующие выражения:

для магнитного поля в ближней зоне (x<c/2πf)коэффициент отражения

 

; (4)

 

для электрического поля в этой зоне (х < с / 2 π f)

 

; (5)

 

для электрического поля в дальней' зоне (х > с / 2 π f),

, (6)

а коэффициент поглощения, как для ближней, так и дальней зон

 

, (7)

 

где , - относительная магнитная проницаемость материала, его электропроводность, отнесенная к электропроводности меди ( = 5,8 ·10⁷ См/м); f _б = 1 Гц - базовая частота; d - толщина экрана, отнесенная к d₆ = 1 мм; х_б = 1 м.

Кроме того, выражения, заключенные в квадратные скобки формул (4)-(7), характеризуют влияние свойств материала экрана и его толщины на коэффициент затухания, и при f = 1 Гц ординаты функций (4)-(7) представляют собой значения а_SR и а_sa.

Зависимость результирующего коэффициента a_S от частоты при наличии магнитного поля для ближней зоны представлена на рис. 2. Эта зависимость получается суммированием a_SR и a_SA в соответствии с (3).

Зависимости a_SA, a_SR и a_S от частоты для дальнейшей зоны в соответствии с (6) и (7) и для ближней зоны в соответствии с (6) и (7) представлены на рис. 3.

Следует подчеркнуть, что спад коэффициента a_SR, согласно (5), для ближней зоны происходит не на 10, как в остальных случаях, а на 30 дБ при увеличении частоты на порядок.

Эффективность экранирующих устройств ориентировочно мо­жет быть оценена следующим образом. Если a_S не выше 10 дБ, то экранирование, как правило, недостаточно. При 10 < a_S < 30 дБ удовлетворяются минимальные требования по экранированию.

Для многих случаев достаточно, если 30 < a_S < 60 дБ. Если 60 < a_S < 90 дБ, то имеет место хорошее экранирование, а при 90 < a_S < 120 дБ можно говорить о предельно хорошем экранирова­ли.

Принципиально следует иметь в виду, что эффективность экранирования зависит от наличия дефектов и отверстий в стенке экрана (трещин, дверных, вентиляционных и оконных проемов, кабельных вводов и отверстий для элементов обслуживания и сигнализации), а также то, что внутри экранированных объемов могут возникать резонансные эффекты, так как любой корпус прибора с проводящими стенками можно рассматривать как объемный резонатор.

 

Рис. 2. Принципиальные зависимости коэффициентов: (1), (2) и (3) от частогы f для магнитного поля в ближней зоне		Рис. 3. Принципиальные зависимости коэффициентов затухания от частоты для электромагнитного поля в дальней зоне и для электрического в ближней зоне: 1- ; 2 - ; 3 - для электромагнитного поля в дальней зоне (6); 4 - для электрического поля в ближней зоне (5)

2. Аппаратура для получения процессов, имитирующих импульсные и периодические помехи.

Схема установки, обеспечивающая исследование экранирующих свойств электромагнитных экранов приведена на рис. 4. Данная схема обеспечивает создание электромагнитного излучения с помощью катушки индуктивности (поз. 3, рис. 4) и прием сигнала с помощью катушки индуктивности (поз. 4, рис. 4).

 

Рис. 4. Схема установки, обеспечивающая исследование экранирующих свойств

электромагнитных экранов: 1- генератор сигналов; 2- осциллограф; 3 - катушка индуктивности - источник электромагнитного излучения; 4 - катушка индуктивности - приемник электромагнитного излучения; 5 – исследуемый электромагнитный экран.

 

 

В качестве основных приборов, предназначенных для проведения лабораторной работы является генератор синусоидальных сигналов и осциллограф цифровой, запоминающий двухканальный типа АСК – 3105. Для ознакомления с порядком работы осциллографа и генератора синусоидальных сигналов необходимо ознакомиться с руководством по эксплуатации. Общий вид лабораторного стенда для лабораторной работы приведен на рисунке 6.

 

 

Рис. 6. Общий вид лабораторной установки для исследования экранирующих свойств электромагнитных экранов.

 

3. Порядок выполнения работы.

 

1. Подключить кабель «COM» осциллографа к компьютеру;

2. Включить компьютер;

3. С помощью кабеля соединить выход генератора с катушкой индуктивности, которая служит источником сигнала.

4. Вход А осциллографа соединить кабелем с катушкой индуктивности, которая служит источником сигнала, а вход В осциллографа соединить кабелем с катушкой- приемником.

5. Включить осциллограф;

6. Включить генератор синусоидальных сигналов.

7. С помощью ярлыка на рабочем столе компьютера запустить программу для работы осциллографа;

8. В разделе меню «Панели» открыть панели Управления и Измерений.

9. На панели управления установить:

- канал А – разрешить отображение (установить «птичку» в окошке);

- входной диапазон сигнала по каналу А - 2 В/дел.

- тип входа канала А - DC;

- канал В – разрешить отображение (установить «птичку» в окошке);

- входной диапазон сигнала по каналу B - 500 мВ/дел.

- в окне Запуск убрать птичку;

- в окне «режим» – авто;

- в окнах «источник» – А, восход;

- в окне «развертка» - 50 мс/д.

10. С помощью переключателя выходного сигнала генератора установить величину выходного сигнала 2 В. Частоту выходного сигнала установить равной 10 Гц.

11. Установить нулевое смещение через меню «Настройки-калибровка смещений»;

12. Установить режим запуска – «однократный»;

13. Нажать кнопку «Запуск» на панели управления осциллографа на экране компьютера, после чего на экране главной панели осциллографа появится изображения сигнала: на канале А – исходный сигнал, на канале В – сигнал с катушки-приемника.

14. Используя курсоры измерить амплитуды входного и выходного сигналов и результаты измерения внести в таблицу 1.

15. Изменяя частоту входного сигнала, провести измерения амплитуд входного и выходного сигналов и результаты измерения внести в таблицу 1. Измерения провести на частотах 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 5000, 1*10⁴, 2*10⁴, 5*10⁴, 1*10⁵, 2*10⁵, 2,99*10⁵ Гц.

16. Установите исследуемый экран между катушкой-источником и катушкой-приемником и проведите те же измерения, согласно пунктам 10, 12, 13, 14, 15.

 

Таблица 1. Результаты измерений.

 

Частота сигнала, Гц	Без экрана	С экраном
Uвх, В	Uвых, В	as,Дб	Uвх, В х	Uвых, В	as,Дб
…
2,99*105

 

17. Рассчитать результирующий коэффициент затухания a_s, по формуле:

a_s=20 lg(U_вх/U_вых) (8)

 

Содержание отчета

Отчет должен содержать следующие обязательные составные части:

1. Титульный лист, оформленный в соответствии с установленными требованиями;

2. Цели выполнения работы;

3. Краткое изложение теоретических вопросов, касательно содержания работы;

4. Термины и определения;

5. Использованные технические средства;

6. Описание задания (постановка задач, подлежащих выполнению в процессе ЛР)

7. Описание основной части (краткая характеристика лабораторной установки, ее схема, результаты измерений, представленные в форме таблиц и графиков);

8. Анализ полученных результатов;

9. Отчет составляется общим на бригаду студентов.

10. Оформление текста отчета о ЛР выполняется в соответствии с требованиями СТО ТПУ 2.5.01-2006

 

5. Контрольные вопросы

1. Для чего применяется экранирование?

2. В чем заключается физическая основа экранирования?

3. От чего зависит эффективность экранирования?

4. Как количественно можно оценить эффективность

экранирования?

5. Какие материалы используются для экранирования электро- магнитных полей?

 

 

Литература

 

1. Шапиро Д.Н. - Основы теории электромагнитного экранирования. Л., «Энергия», 1975 г., 112 с.

2. Э. Хабигер Электромагнитная совместимость. Основы ее обеспечения в технике: Пер. с нем./ И.П. Кужекин; Под ред. Б.К. Максимова.-М.: Энергоатомиздат, 1995.-304 с.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: