张承青电镜实验室环境约稿[5]：几种改善电磁环境方法比较

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本期将分享张承青老师为大家整理的关于电镜实验室环境对电镜的影响的系列约稿经验分享，以下为系列之五，以飨读者。（本文经授权发布,分享内容为作者个人观点, 仅供读者学习参考,不代表本网观点）

系列之五几种改善电磁环境方法比较

被动式低频电磁屏蔽根据屏蔽材料不同主要分为两种：一种是使用高导磁材料（如钢、硅钢、玻莫合金等），另一种是使用高导电材料（如铜、铝等材料），虽然两种方法的工作机理截然不同，但是均可达到较好的减弱环境磁场干扰效果。

A．使用高导磁材料（以下简称磁路分流法）的理论依据是：使用高导磁材料将一个有限空间A全维度包裹起来，在环境磁场强度为Ho时，由于高导磁材料的磁阻远远小于空气（普通Q195钢板磁导为4000，硅钢为8000～12000，玻莫合金为24000，空气为近似1），借用欧姆定律可以知道，当Rs远小于Ro时，Hi将远小于Ho。磁力线被低磁阻材料分流，有限空间A内的磁场强度下降到Hi，达到消磁效果（参见图一和图二。其中Ri为A空间的空气磁阻，Rs为屏蔽体的磁阻）。屏材内部的磁畴在磁场作用下产生振动，将部分磁能以热量的形式耗散。

由于硅钢和玻莫合金都存在导磁率各向异性、施工时不能敲击和折弯及焊接等特点（虽然说起来可以通过热处理改善，但实际上面对这样大型的固定式产品，实际上无法操作，办不到啊），所以它们实际效能要大大打一个折扣！不过在某些特殊部位，不需要敲击折弯和焊接的情况下，做补充或加强还是可以的。），且价格昂贵，所以在电镜磁屏蔽中一般不会用于屏蔽体大量应用，仅少量用于特殊部位（如门缝、波导口等）补充加强。

磁路分流法的屏效与屏材厚度大致成线性相关，理论上可以做到无限小。

B．使用高导电材料（以下简称感生磁场法）的理论依据是：使用高导电材料将一个有限空间全维度包裹起来，环境磁场以其电场分量作用于屏蔽体，产生感生电动势，进而产生感生电流以及感生磁场。从电磁学基本原理可知，这个感生磁场与原有磁场大小相同（由于存在电阻，所以会略小一点）、方向相反（由于存在相位差，所以相位略有滞后），这样有限空间内的磁场被抵消，强度下降，达到消磁效果。

感生磁场法的屏效与屏材厚度在一定范围区间内无关。

C．两种方法的共同之处：拼接焊缝需要全满焊、焊缝高度不得低于屏蔽体母材厚度；必须注意各种尺度的开口及波导口设计。设计/制作是否成功，将严重影响屏效（适用木桶短板理论）。另外还需注意，屏蔽室內电镜位置的震动不得大于周边环境（曾经多次检测到磁场合格了，震动却反而比原来更大造成超标）。

从它们的基本工作原理可以看出（磁畴在DC磁场下不会振动以产生热能的形式消耗磁场能量；DC磁场也不能产生感生反向电动势），磁路分流法和感生磁场法对DC完全无效。对near DC也基本无效（必要时还是要配备一套主动式消磁器改善near DC电磁干扰）。

D．简单列个表格比较一下吧（相同部分就不说了）：

总体来说，还是磁路分流法略微占优。据本人非准确统计，国内现有磁屏蔽约400～600个，其中大多数是磁路分流法，感生磁场法估计约十分之一二。

主动式低频消磁器在本系列之四《主动式低频消磁系统》中介绍过了，这里就不重复了，直接比较一下吧。

与制作重量大、工期长、额外占用空间和成本高的低频电磁屏蔽相比。主动式低频消磁器体积小重量轻价格低、对环境无影响、可以后期购买安装等优点是很突出的。

不过还有一点必须说一下：磁屏蔽往往是个“交钥匙”项目，就是说做磁屏蔽时往往连带把电、水、空调、照明、网络还有监控什么的统统包括进去了，如果反正要装修改造的话，性价比倒也挺高的呢。

总体说来，被动式磁屏蔽的效果优于主动式消磁器，但是由于前述原因，某些环境下也只能选配消磁器。

扫描电镜一般几种方法都区别不大，透射电镜建议还是尽量选用磁屏蔽（差点忘了说，场发射透射电镜对磁场要求一般比扫描电镜要高一大截呢，呵呵）。

2020.10

张承青

作者简介

作者张承青，退休前在某电镜公司工作多年，曾经做过约两千个（次）电镜环境调查、测试，参与多个电镜实验室设计及改造设计规划，在低频电磁环境改善和低频振动改善等方面有些体会，迄今仍在这些方面继续探索。

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附2：张承青系列约稿发布回顾

附3：相关专家系列约稿

安徽大学林中清扫描电镜系列约稿