[发明专利]低频脉冲强磁场环境下屏蔽体磁饱和性能测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种低频脉冲强磁场环境下屏蔽体磁饱和性能测试装置及方法，低频脉冲强磁场模拟器控制系统与大型螺旋线圈连接，为大型螺旋线圈提供脉冲电流，在大型螺旋线圈周围形成脉冲强磁场，大型螺旋线圈中心位置设置被测屏蔽体，在被测屏蔽体内部放置一个脉冲磁场光纤测量装置，在大型螺旋线圈中心、被测屏蔽体迎波面处放置一个脉冲磁场光纤测量装置，两个脉冲磁场光纤测量装置经光纤与处于大型螺旋线圈外部的光电转换器连接，光电转换器和数字示波器连接，光电转换器和数字示波器利用屏蔽测量间包围。本发明可对大型屏蔽体磁饱和效能进行有效测量，测量结果真实可靠，可全面、系统的分析和评估屏蔽体在低频脉冲强磁场环境下的磁饱和性能。

技术领域

本发明涉及磁饱和性能测试领域，具体涉及一种低频脉冲强磁场环境下屏蔽体磁饱和性能测试装置及方法。

背景技术

磁饱和现象是铁磁性材料近似被完全磁化后出现的一种物理状态，其物理原理是材料内部几乎所有自发磁畴(已经达到磁饱和状态)的磁化方向均与外界磁场一致。此时，随着外界磁化场的继续增加，材料内部磁感应强度几乎不再增加，对磁场的屏蔽效能会显著降低。在低频脉冲强磁场防护应用中，使用冷轧钢板、纯铁板等铁磁性材料制作的屏蔽体作为防护设施的情况很多，且一般体积比较大，主要用于保护重要的电磁敏感设备。由于铁磁性材料磁导率通常比空气高出百倍以上，磁阻相对较低，同时大型屏蔽体受到磁场的辐射面积较大，根据磁场低磁阻分流原理，低频脉冲强磁场可由屏蔽体迎波面低磁阻通路汇集到与迎波面连接并与磁场平行的四个侧壁上，由于屏蔽体壳体厚度相对较薄，一般在2mm以内，屏蔽体四个侧壁可能会达到磁饱和状态，屏蔽体的屏蔽效能由此可能大幅下降。

核武器地面爆炸条件下，由于爆炸环境的极度不对称性，其产生的电磁脉冲也最为强烈，能在地表产生磁感应强度峰值达数百高斯、脉冲持续时间达到毫秒级、主能谱范围在10Hz～100kHz之间的低频低阻抗脉冲强磁场，这种低频成分丰富的强电磁能量能够穿透数百米的岩体而进入地下工程内部，严重影响工程内部屏蔽体的屏蔽效能，对地下防护工程构成了严重威胁。因此，研究实际应用中常用屏蔽体在低频脉冲强磁场作用下的磁饱和效应规律十分必要。

关于磁饱和方面的研究，在静磁场方面已经成熟，主要工作集中在非稳态磁场及与其它专业学科交叉研究等方面。国外在新型材料的磁特性研究方面开展工作相对较多，如薄膜磁性材料等，研究其在强磁场作用下磁特性变化规律。国内目前主要在变压器、继电器、电抗器、电机、磁场探测、电磁炮等方面开展磁饱和相关的研究工作。上述研究工作主要应用于小型场合，空间尺寸较小，而且较容易出现磁饱和现象。目前，关于大型常规屏蔽体的磁饱和特性研究主要从理论上做了分析和预判，并没有试验结果佐证。并且，由于缺乏大型低频脉冲强磁场模拟源，磁饱和效应测试工作一直没有深入开展，低频脉冲强磁场环境下屏蔽体磁饱和性能测试方法并没有标准或规范。

根据静磁场理论，对于一个屏蔽体来说，磁力线主要从低磁阻通路中通过，绕过了需要保护的区域，磁屏蔽体由此实现了磁场屏蔽作用。在磁场强度达到饱和磁化场强度时，屏蔽体侧壁内则达到饱和磁感应强度，此后，磁化场继续增加时，增加的磁场便会分散到空间中，造成屏蔽体屏蔽性能下降。但在实际应用中，不能将静磁场的分析直接应用到脉冲磁场上，因为脉冲磁场会产生涡流效应，此时会抵消一部分磁场，且对于脉冲磁场来说，虽然屏蔽体提供了一种低磁阻通路，但没能形成引导磁场通过的闭合路线(因为磁力线始终是闭合曲线)，处于断路状态，这种情况会导致屏蔽体产生类似一个大磁铁的退磁效应，即具有很大的退磁因子，退磁效应引起的材料内部的反向磁场甚至可以达到与磁化场相比拟的强度，因此不易磁化，很难饱和。