低频磁场屏蔽问题简述

科技信息2013年第3期
ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ0引言
近几十年来，人们对电磁场认识迅速提高，电磁防护也逐渐成为了科学界和普通民众共同关心的话题。

目前，人们对电磁防护的研究较多的集中在电场方面。

然而，研究发现，以磁场（尤其是低频磁场）为表现形式的电磁辐射所造成的危害也是相当大的。

低频磁场所造成的危害主要表现在以下几个方面：（1）在工业上，低频磁场干扰常用的电子电气设备的正常使用，例如铝电解槽中有数十KA 的电流，会在周围产生强大的磁场，这个磁场会使电流控制系统中的电子设备、工计算机等受到影响；（2）在医学上，研究发现，低频磁场对动物的生理会产生一定的影响。

研究报告表明，人体发生多种肿瘤癌变的概率与所受到的低频磁场辐射密切相关，长期处于低频磁场中工作的人患白血病的概率是普通人的6倍，患淋巴癌的概率是普通人的4倍；（3）低频磁场辐射有可能会造成国家重要经济、政治、军事等相关方面情报的泄漏，与国家安全问题密切相关。

因此研究低频磁场屏蔽问题，并且根据特定的环境提出相对应的解决方法，是非常有必要的。

1低频磁场相关概念
磁场屏蔽是电磁屏蔽中的一个难题。

磁场屏蔽通常是指用于减少磁场向指定区域穿透的措施。

磁场可以分为两种，通常我们把频率大于100kHz 的磁场称之为高频磁场，把频率低于100kHz 的磁场称之为低频磁场。

1.1低频磁场屏蔽
低频磁场屏蔽是指在磁场频率低于100kHz 时，采用某些屏蔽手段来保证指定区域不受外界低频磁场的干扰。

与高频磁场的屏蔽问题不同的是，在磁场的频率较低时，产生的磁场可能是各种几何构型导体中流过的电流导致的，也可能是周围铁磁材料的磁化引起的，另外加上屏蔽结构、屏蔽材料等原因，低频磁场的屏蔽相对更复杂一些。

1.2屏蔽效能
电磁屏蔽效果通常用屏蔽效能来表示，低频磁场的屏蔽效果与此相同。

屏蔽效能SE B 定义为：
SE B =B O (r )
B S (r )
其中，B O (r )表示当屏蔽不存在时，观察点r 处的磁感应强度；B S (r )表示当屏蔽存在时，观察点r 处的磁感应强度。

需要注意的是，如果屏蔽材料的性能与磁场强度无关，例如铜或铝之类的高电导率材料，屏蔽效能SE B 与激励幅值无关。

2屏蔽材料
电磁屏蔽材料种类比较多，常见的有铁磁性材料、亚铁磁性材料、铁电材料、薄膜和导电材料以及其他适合于电磁屏蔽应用的材料。

2.1金属和铁磁性材料
一般而言，铁磁性材料可根据矫顽场强的高低分为两种，分别是硬磁性材料（永磁体）和软磁性材料。

而软材料又可以进一步划分为铁心硅钢、铁镍合金或铁钴合金、铁氧体材料、非晶态金属等四类。

而对于铁磁性材料而言，有一个鲜明的特点，就是饱和磁滞回线。

2.2亚铁磁性材料
亚铁磁性材料是陶瓷类材料的一种，通常可以划分为石榴石和铁
氧体两类,常用于高频磁场屏蔽领域。

其中，因为铁氧体的相对磁导率较大，铁氧体在屏蔽领域中应用较广。

2.3铁电材料
近年来，铁电材料开始应用于在电子设备等工业领域的开发和应用，铁电材料具有三大特性：各向异性、功率损耗、主要参数对温度变化较为敏感。

从材料学的角度来说，铁电材料属于是陶瓷的、单体的或聚合的金属酞菁。

而影响铁电材料的性能的常数一般有两种，分别是相对介电常数和温度灵敏度。

2.4薄膜和导电涂料
随着科学技术的发展，现在屏蔽材料已经逐渐可以制成薄膜类材料，通常薄膜类材料的厚度在1um 到几十um 范围内。

而薄膜类材料的制造技术主要有四种，分别是化学镀、导电喷涂、真空镀膜和电镀。

同时薄膜类材料的主要性能参数分别是表面电阻率RS 和点阻抗。

2.5其他材料
除了前面所述的常见几种材料外，屏蔽材料还有很多种，包括结构材料、导电高分子材料、导电玻璃和透明材料、导电（铁磁和亚铁磁）纸、特异材料与手性吸波材料、复合材料、纳米材料和高温超导体等。

3屏蔽机理
由于屏蔽材料的不同，低频磁场屏蔽中屏蔽机理也有一定的差异。

而低频磁场屏蔽的机理一般可以分为两种，分别是通量分流和涡流消除机理。

3.1通量分流
对于铁磁类材料，磁导率相对较高，磁场屏蔽的机理主要是“通量分流”。

“通量分流”的产生是由两个条件所决定的，分别是安培定律和高斯定律要求磁场的切向分量以及磁感应强度的法向分量在介质不连续时保持连续。

因而，磁场和磁感应强度由一种介质（例如空气）进入另一种介质（例如铁磁类材料）时，方向就会发生突然改变。

在空气和铁磁类材料的分界面上，因为铁磁类材料的相对磁导率较高，靠近空气介质一侧的磁场和磁感应被引向铁磁类材料，几乎与表面垂直；同样的，在靠近铁磁类材料介质一侧的磁场和磁感应被引向与分界面正切的方向。

铁磁类材料制成的屏蔽造成的结果就是磁感应被转移到屏蔽内，进而在屏蔽内与屏蔽表面几乎平行的方向被分流，并且最终释放到空气中，如下图所示。

图1通量分流机理示意图
相关数据表明，屏蔽效能与屏蔽材料的相对磁导率和屏蔽厚度相
低频磁场屏蔽问题简述
李安金赵仁涛
(北方工业大学机电工程学院，中国北京100144)
【摘要】研究发现，以低频磁场为表现形式的电磁辐射的危害相当严重，如何解决好低频磁场的屏蔽问题是一个很重要的课题。

低频磁场屏蔽是磁场屏蔽的一个重要分支，本文主要从相关概念、屏蔽材料、屏蔽机理、屏蔽问题计算方法以及低频磁场屏蔽的应用等五个方面来描述低频磁场屏蔽问题。

【关键词】低频磁场；屏蔽效能；屏蔽材料；屏蔽机理
【Abstract 】According to the research,the danger of the electromagnetic radiation in the way of low frequency magnetic field is serious,how to
handle the question of the low frequency magnetic field shielding is an important task.Low frequency magnetic field shielding is one important branch of the magnetic shielding,this passage recount the low frequency magnetic field from the side of related notion 、shielding material 、shielding principle 、the method of calculation of the low frequency magnetic shielding 、the application of
the low frequency magnetic shielding.
【Key words 】Low frequency magnetic field ；Shielding efficiency ；Shielding material ；Shielding principle
○高校讲坛○211
关，屏蔽材料的相对磁导率越高，屏蔽效果越好；屏蔽越厚，屏蔽效果也越好。

3.2涡流消除
与铁磁类材料不同的是，对于高导电率材料而言，因为电导率相对较高，屏蔽机理发生了变化，不再是通量分流机理，主要是涡流消除机理。

涡流消除是屏蔽材料中产生的涡电流造成的。

而涡电流的产生是因为屏蔽外部存在的时变磁场。

根据法拉第电磁定律，当屏蔽暴露在时变磁场中，高导电类材料所制成的屏蔽中就会产生电场。

有根据欧姆定律，当屏蔽高度导电时，屏蔽表面会出现感应电流密度。

在感应电流密度的作用下，屏蔽中会出现与入射场相反的磁场。

入射场因此被屏蔽结构所排斥，并且沿着屏蔽结构表面，在其内部产生磁感应，如图2所示。

图2涡流消除机理示意图
由于涡流消除机理的特殊性，涡流消除机理只在入射磁场是交变磁场时才会产生，同时因为涡流消除机理本身的特性，所以不会受屏蔽材料相对磁导率大小影响。

相关资料表明，涡流消除机理的屏蔽效能与屏蔽厚度相关，这主要是因为涡流消除与趋肤深度相关。

4低频磁场屏蔽问题计算方法
在低频磁场理论分析中，建立一个合适的物理模型是非常重要的。

然而因为屏蔽结构的复杂性、屏蔽材料的非线性以及源的复杂性等各方面的原因，建立一个合适的物理模型是比较困难的。

下面我们总结了几种常用的近似计算方法，这些方法都有各自不同的特点，也都有各自较适合的问题环境，因此需要根据不同的问题来确定所要使用的不同技术分析方法。

4.1数值方法
对于低频磁场屏蔽而言，数值方法可能是最常见的计算方法。

数值分析方法有多种，常见的有有限元法、矩量法、时域有限差分法、有限积分技术、传输线矩阵法、局部元等效电路法等方法。

这些方法各有各的优缺点。

其中，因为有限元方法对屏蔽结构的适应性较强，所以能够较为准确的模拟各种几何特征，广泛应用于低频电涡流的分析计算。

但是对于铁磁材料中出现的非线性效应，就需要利用时域有限差分法。

4.2基于边值问题的方法
对于基本的屏蔽结构而言，如球形屏蔽、圆柱形屏蔽和均匀平板屏蔽，传统的边值问题法已经足够。

然而，因为对实际复杂结构的简化以及边值问题方法本身解决问题方法的复杂性，人们对于边值问题方法的精确表达还是存有争议。

不过，虽然大多数的屏蔽并不是理想的屏蔽结构，但是边值问题方法也是可以帮助我们确定屏蔽的期望上限，有很大的参考价值。

4.3均匀传输线模型方法
物理学上，我们常将截面尺寸、形状、媒质分布、材料及边界条件均匀不变的导波系统称为规则导播系统，也称为均匀传输线。

均匀传输线模型方法，是指为屏蔽和源之间建立一个规则导播系统即均匀传输线模型。

这种方法的优点是，可以减少预测屏蔽效能SE 和计算平面波透过外壳与相同厚度的均匀介质的透射率的问题。

4.4等效集总电路模型方法
等效集总电路法是基于电路理论的一种理论分析方法。

这种方法是通过为屏蔽体和源之间建立一个等效电路的模型，继而通过这个等效电路模型来分析确定屏蔽效能SE。

为了准确的模拟屏蔽，等效集总电路模型中一般包括一个独立电源、一个等效电阻和电感。

对于简单的几何构型而言，集总电路理论可靠准确只要确定恰当的互感系数，就能确定屏蔽等效参数的闭合表达式，因而可以建立适合的屏蔽模型。

不过对于复杂的几何构型，集总电路因为闭合表达式不能确定，所以就不太适用。

5低频磁场屏蔽的应用
5.1低频磁场屏蔽在工业上的应用
图3屏蔽元件
冶金行业中，所使用的电流较大，常常达到几十KA甚至是上百KA,根据比奥萨法尔定律，我们知道通电导体周围会产生磁场，而磁场会对车间里的电子设备等干绕，这就需要应用到低频磁场的屏蔽。

上图3所示为一个铁磁类材料制成的磁屏蔽元件，基于铁磁类材料通量分流原理，将所要保护的某个电子元件置于屏蔽元件内部，就可以达到我们所要求的屏蔽效果，避免电子元件受到影响。

5.2低频磁场屏蔽在日常生活中的应用
图4某硬盘中的“三明治”
为了解决某些磁敏感元件的电磁防护问题，低频磁场屏蔽在日常电子设备中有着广泛的应用。

例如，如上图4所示，某电脑硬盘上起磁屏蔽作用的“三明治”，每层厚约1毫米。

这些在硬盘上出现的银色金属护板通常为三层结构，两层铁板中间夹着一层铁镍合金板，俗称“三明治”，主要是降低外界低频磁场对硬盘内部造成的磁干扰。

5.3低频磁场屏蔽在国家安全上的应用
图5电磁屏蔽室
低频磁场屏蔽问题在国防安全等方面也有着广泛的应用。

在国防安全领域中，电磁屏蔽室，如上图5所示，是一种可以确保信息安全的有效措施。

而在电磁屏蔽室的设计中，屏蔽门的设计是关键的一环。

屏蔽门的设计就需要考虑到低频磁场屏蔽问题，包括门型材的材料、门型材镀层的选择、门框与舱体的连接方式等等问题。

下图所示就是一种。

6结论
综上所述，随着科学技术的发展，低频磁场造成的危害也逐渐被大家所重视，低频磁场屏蔽问题也逐渐成为大家讨论的话题。

一般而言，低频磁场是指频率100kHz以下的磁场。

低频磁场的屏蔽效能的定义与电磁屏蔽的定义相类似，是屏蔽不存在和存在时，指定区域的磁感应强度的比值。

屏蔽材料可以分为金属和铁磁性材料、亚铁磁性材料、铁电材料、薄膜和消除材料以及其他材料等五类。

根据材料的不同，低频磁场的屏蔽机理分为通量分流和涡流消除两种不同的机理。

常用的低频磁场屏蔽设计计算方法有数值方法、基于边界问题方法、均匀传输线模型方法和等效集总电路模型方法。

低频磁场屏蔽的应用非常广泛，在冶金工业、日常电子设备以及国家安全领域都有涉及。

相信随着低频磁场屏蔽技术的不断发展，低
频磁场屏蔽的应用会越来越广。

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（上接第212页）
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［责任编辑：汤静］
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1
档案信息电子化的现状
1.1
档案软件没有信息管理功能，缺乏通用性。

档案部门使用的计算机型号不一，规格各异，各自开发的软件不能互用，并且没有一个既适用于文件检索又可用于档案信息管理的计算机管理软件系统，由于不能互调，就不能利用电脑完成信息管理工作，不能快捷地出版信息编辑成果，这制约了档案信息电子化的进程。

1．2在我国至今还没有建立一个达到数据交换的机读目录档案系统，档案信息系统和网络建设形式各行其是，层次不一，规范性、开发性、服务性、共享性较差，不能适应档案信息资源共享的要求。

1．3标准化、规范化工作有待提高。

档案信息管理电子化的前提是基础工作的规范化和标准化。

但由于历史原因，馆室藏档案业务基础差，案卷质量不高，特别是各类档案的著录细则相容性不强，系统软件移植性差；档案自动化工作尚无统一标准，仅着眼于某一个馆或某个专业系统，无法全面实施、推广统一标准，这也制约了档案信息工作电子化。

1．4档案的技术标准、组织工作程序标准未从计算机信息处理技术特点和发展考虑，越来越多的归档“文件资料”是磁盘、光盘，现行的档案整理、分类方法、著录标准及有关规定已不能完全适应。

1．5档案信息管理人员的素质有待提高。

实现档案信息电子化，首先要有现代化的人，管理人员要有较高的知识层次和先进技术水平，不能仅仅满足于一般的计算机操作。

从目前看，许多档案部门缺乏现代高技术人才，其中档案、信息处理复合型人才就更奇缺，大部分档案人员现代技术水平偏低，甚至有现代文盲现象。

尽管引进了现代化设备，仍不能充分发挥作用，就谈不上档案信息电子化了。

2
依靠原纸质档案立卷工作骨干，实现相关部门职能的交融集成，建立电子文件归档制度
纸质文件归档经过多年实践，已形成相对稳定的骨干队伍，有较好的工作基础，各立卷部门都设立了分管领导和立卷牵头人，负责督促检查立卷工作。

开展电子文件归档也要以人为本，形成一支队伍，承担此项工作。

由于大多数计算机与信息管理人员对档案工作较为陌生，不像立卷归档人员经与档案部门多年合作，建立了相对稳定的业务关系，容易与档案部门在电子文件归档上达成共识。

所以，依靠原纸质档案立卷工作骨干，比以各单位计算机与信息管理保同为主体，重新建立归档工作队伍更为现实。

由于整理纸质档案大多采用手工操作的方法，这与电子文件处理手法相差甚远，需要新的知识和技术手段，现有的立卷队伍尚不适应工作发展的需要，要通过组织业务学习和技
术培训，尽快地使他们掌握信息管理自动化的基本知识和技能，担负起电子文件归档工作的重任。

电子文件来源广泛，形成者不仅有业务管理部门的承办人，还有数据录入员、信息管理与计算机技术人员等。

将头绪如此之多的电子文件收集归档，必须靠制度约束，使制度变成归档人员的自觉行动。

要将电子文件归档工作纳入本单位的立卷归档制度，并列入信息管理工作程序，在布置、检查、总结、考核信息管理工作的同时，布置、检查、总结、考核电子文悠扬归档工作。

3全程管理思想
维护电子文件原始性、真实性的管理措施，必须涉及电子文件形成、收集、积累、鉴定、归档、电子档案保管、电子档案利用的全过程，也可称为“电子文件全过程管理”。

和纸质文件相比，电子文件的管理不仅注重每个阶段的结果，也重视每一项工作的具体过程，并把这些过程一一记录下来。

正如永久保护真实的电子文件国际研究项目主持人、加拿大哥伦比亚大学教授露西娅娜·杜兰蒂所言：“随着InterPARES 研究的深入，该项目将继续证明这样一种观点：不采取全程管理的眼光，就不可能保管电子文件。

”
根据电子文件的特点和管理要求，必须建立一个完整的管理体系，对电子文件从产生到永久保存或销毁的整个生命周期进行全程管理与监控。

我国《电子文件归档与管理规范》在总则中规定：“应对电子文件的形成、收集、积累、鉴定、归档等实行全过程管理与监控，保证管理工作的连续性。

”可以说，电子文件的全程管理是全面、系统、过程的管理，这一原则应该体现在电子文件管理体制与模式的确定，管理系统的设计和运行，管理制度的内容和执行等方面，以保证电子文件在其整个生命周期受到严密的控制。

电子文件管理标准体系表的标准将以推荐性标准为主。

依靠标准体系及标准自身的科学性引导标准化工作的展开，比单纯依靠行政强制手段的效果要更好、更持久，标准监督控制成本也更低。

一般查询可利用电子档案，快捷方便，需查用全文时可借助电子档案所提供的报刊索引到图书馆查阅，万一电子档案被损坏，相应的纸制裁档案还保存完好，档案信息电子化，可使档案信息顺利地与最新技术接轨。

虽然“信息高速公路”在我国尚在起步阶段，但档案事业要注意这方面发展动向，超前拿出对策，使档案工作适应这一客观形势的变化和要求，使现在的劳动电子化，为将来“信息高速公路”中有一束档案信息打下基础。

［责任编辑：王迎迎］
电子文件管理相关问题研究
林君
（商丘市公路管理局，河南商丘476000）
【摘要】在分析电子文件管理标准建设现状与纸质文件相比电子文件归档是一项更为艰苦细致且难度较大的工作，主要原因是大多数电子文件形成者或囿于传统观念，误认为电子文件不是文件而忽视其归档，或怕增加工作量而不愿承担此项工作；最后结合我国现状，提出机械使用标准体系表并不能达到预期的效果，需要综合采取多种策略，有效保障标准体系的实施环境、实施效果、实施程序等。

【关键词】电子文件管理；信息电子化；标准体系
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242。