鐵磁屏蔽體感應(yīng)磁場隨尺寸的變化規(guī)律

夏維，周佳霖，周建軍

?

鐵磁屏蔽體感應(yīng)磁場隨尺寸的變化規(guī)律

夏維1，周佳霖2，周建軍2

（1. 海軍駐某軍事代表室，廣州 510000；2. 海軍工程大學 兵器工程系，武漢 430033）

鐵磁屏蔽體常用來屏蔽干擾磁場，內(nèi)徑一定情況下，屏蔽厚度越大，屏蔽效果越好，但造成感應(yīng)磁場增大。弱磁場作用下，鐵磁物體磁矩與外磁場成正比。以橢球體為例，計算了地磁場作用下，鐵磁屏蔽體產(chǎn)生的磁矩，并分析了不同尺寸鐵磁屏蔽體在測量點處的感應(yīng)磁場變化規(guī)律。

感應(yīng)磁場 磁矩 正比 變化規(guī)律

0 引言

在高精度磁測場合下，背景磁場往往存在因電控設(shè)備而產(chǎn)生的環(huán)境干擾磁場，從而影響磁測結(jié)果的精度。通常可以對電控設(shè)備外加鐵磁屏蔽體對干擾磁場進行屏蔽，之后只須對鐵磁屏蔽體進行感應(yīng)磁場補償。對于屏蔽體來說，內(nèi)徑一定的情況下，屏蔽厚度越大，屏蔽效能越好。但屏蔽體變厚，導致了屏蔽體的感應(yīng)磁場增大。因而在設(shè)計屏蔽體厚度時，要綜合考慮屏蔽體的感應(yīng)磁場隨尺寸的變化規(guī)律。本文從鐵磁性物體感應(yīng)磁場產(chǎn)生的機理出發(fā)，指出鐵磁性物體在外磁作用下，產(chǎn)生的感應(yīng)磁矩與外磁場成正比例關(guān)系。并以橢球體為例，計算了特定磁場下，不同尺寸鐵磁屏蔽體的磁矩。得到了在遠源磁測點處，感應(yīng)磁場隨屏蔽體尺寸的變化規(guī)律。

1 鐵磁性物體的磁矩

對于一定形狀的鐵磁性物體，當受到外磁場磁化時，內(nèi)部會產(chǎn)生去磁場H，使物體內(nèi)部的材料受到磁化時的磁場強度要比外磁場弱。若物體內(nèi)部磁場為Hi，外磁場為He。則有下式：

又

式中為鐵磁性物體去磁系數(shù)，與鐵磁性物體的形狀，幾何尺寸以及相對于磁化場的方向有關(guān)。其值一般取為0~1。為鐵磁物體的磁化強度，即單位體積內(nèi)磁矩的矢量和。且

其中為物體的磁化率，是一無量綱的由材料性質(zhì)決定的數(shù)，在弱磁作用下可視為常數(shù)，又設(shè)μ為鐵磁體的相對磁導率，則有

綜合（1），（2），（3），（4）式可得

設(shè)物體總磁矩為，物體體積為，則有

令

則

圖1鐵磁性物體三方向磁矩

當鐵磁物體消除剩磁后，鐵磁物體只受地磁場磁化，地磁場視為弱磁場，因而鐵磁物體的相對磁導率可視為常數(shù)，對于特定形狀的鐵磁體，其磁矩與外磁場成正比。若以鐵磁體中心為原點建立直角坐標系，如圖1，坐標系三方向的磁矩分為M，M，M。外磁場分為H，H，H。則

因而要得到物體磁矩，只須推導出比例系數(shù)值即可。又由上可知：

k、k、k主要與相應(yīng)軸向的去磁系數(shù)、物體的體積與相對磁導率有關(guān)。對于特定形狀的物體，在弱磁場作用下，不考慮剩磁時，體積與相對磁導率可視為常數(shù)。因而k，k，k主要與對應(yīng)的去磁系數(shù)有關(guān)，也即與物體的形狀大小有關(guān)。

圖2鐵磁性物體三方向磁矩

下表列出了純鐵磁材料橢球體，在良好退磁情況下(取初始磁導率)，取定地磁場三分量----，B，B為37500 nT，21651 nT，25000 nT，不同尺寸時三方向的磁矩值。

2 橢球屏蔽體在遠源磁測點處感應(yīng)磁場隨尺寸的變化規(guī)律

表1 X軸方向磁矩Mx(A·m2)

表2 y軸方向磁矩My(A·m2)

表3 z軸方向磁矩Mz(A·m2)

圖3磁偶極子遠源區(qū)磁場

圖4 感應(yīng)磁場隨尺寸變化

3 結(jié)論

鐵磁性物體在外磁場作用下會產(chǎn)生感應(yīng)磁場，其感應(yīng)磁場磁矩與外磁場成正比。從圖4與表1~表3中可以知道，隨著鐵磁性物體尺寸加大，其感應(yīng)磁場磁矩也加大，同時在固定點處的磁感應(yīng)強度值也增大，且感應(yīng)磁場隨尺寸增大而增大的趨勢更明顯。另外從量值上來說，當測量點更近時，或測量點選在與磁偶極矩不垂直的地方時，另外鐵磁干擾體增多時，在測量點處的磁干擾將加強，對于高精度磁測設(shè)備，都會給測量帶來較大誤差。

[1] 林春生, 龔沈光. 艦船物理場[M]. 北京: 兵器工業(yè)出版社, 2007.

[2] 林其壬, 趙佑民. 磁路設(shè)計原理[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1987.

[3] 胡超, 鄭保山譯. 磁工學[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1969.

[4] 徐游. 電磁學[M]. 北京: 科學出版社, 2004.

[5] 周建軍, 林春生, 胡葉青, 黃凡. 用于磁探測的鐵磁屏蔽體的厚度設(shè)計[J]. 兵工學報, 2012, 12(33): 1498-1503．

Variation of Induced Magnetic Field of Ferromagnet-shield with It’s Size

Xia Wei1, Zhou Jialin2, Zhou Jianjun2

（1. Military Representatives Office of Navy, Guangzhou 430033,China; 2. Department of Weaponry Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan430033, China）

O 482.51

A

1003-4862（2014）08-0043-03

2014-01-22

夏維（1987-）,男,助理工程師，研究方向:目標磁場特性研究。