铁磁屏蔽体感应磁场随尺寸的变化规律

夏维，周佳霖，周建军



铁磁屏蔽体感应磁场随尺寸的变化规律

夏维1，周佳霖2，周建军2

（1. 海军驻某军事代表室，广州 510000；2. 海军工程大学 兵器工程系，武汉 430033）

铁磁屏蔽体常用来屏蔽干扰磁场，内径一定情况下，屏蔽厚度越大，屏蔽效果越好，但造成感应磁场增大。弱磁场作用下，铁磁物体磁矩与外磁场成正比。以椭球体为例，计算了地磁场作用下，铁磁屏蔽体产生的磁矩，并分析了不同尺寸铁磁屏蔽体在测量点处的感应磁场变化规律。

感应磁场 磁矩 正比 变化规律

0 引言

在高精度磁测场合下，背景磁场往往存在因电控设备而产生的环境干扰磁场，从而影响磁测结果的精度。通常可以对电控设备外加铁磁屏蔽体对干扰磁场进行屏蔽，之后只须对铁磁屏蔽体进行感应磁场补偿。对于屏蔽体来说，内径一定的情况下，屏蔽厚度越大，屏蔽效能越好。但屏蔽体变厚，导致了屏蔽体的感应磁场增大。因而在设计屏蔽体厚度时，要综合考虑屏蔽体的感应磁场随尺寸的变化规律。本文从铁磁性物体感应磁场产生的机理出发，指出铁磁性物体在外磁作用下，产生的感应磁矩与外磁场成正比例关系。并以椭球体为例，计算了特定磁场下，不同尺寸铁磁屏蔽体的磁矩。得到了在远源磁测点处，感应磁场随屏蔽体尺寸的变化规律。

1 铁磁性物体的磁矩

对于一定形状的铁磁性物体，当受到外磁场磁化时，内部会产生去磁场H，使物体内部的材料受到磁化时的磁场强度要比外磁场弱。若物体内部磁场为Hi，外磁场为He。则有下式：

又

式中为铁磁性物体去磁系数，与铁磁性物体的形状，几何尺寸以及相对于磁化场的方向有关。其值一般取为0~1。为铁磁物体的磁化强度，即单位体积内磁矩的矢量和。且

其中为物体的磁化率，是一无量纲的由材料性质决定的数，在弱磁作用下可视为常数，又设μ为铁磁体的相对磁导率，则有

综合（1），（2），（3），（4）式可得

设物体总磁矩为，物体体积为，则有

令

则

图1铁磁性物体三方向磁矩

当铁磁物体消除剩磁后，铁磁物体只受地磁场磁化，地磁场视为弱磁场，因而铁磁物体的相对磁导率可视为常数，对于特定形状的铁磁体，其磁矩与外磁场成正比。若以铁磁体中心为原点建立直角坐标系，如图1，坐标系三方向的磁矩分为M，M，M。外磁场分为H，H，H。则

因而要得到物体磁矩，只须推导出比例系数值即可。又由上可知：

k、k、k主要与相应轴向的去磁系数、物体的体积与相对磁导率有关。对于特定形状的物体，在弱磁场作用下，不考虑剩磁时，体积与相对磁导率可视为常数。因而k，k，k主要与对应的去磁系数有关，也即与物体的形状大小有关。

图2铁磁性物体三方向磁矩

下表列出了纯铁磁材料椭球体，在良好退磁情况下(取初始磁导率)，取定地磁场三分量­­­­，B，B为37500 nT，21651 nT，25000 nT，不同尺寸时三方向的磁矩值。

2 椭球屏蔽体在远源磁测点处感应磁场随尺寸的变化规律

表1 X轴方向磁矩Mx(A·m2)

表2 y轴方向磁矩My(A·m2)

表3 z轴方向磁矩Mz(A·m2)

图3磁偶极子远源区磁场

图4 感应磁场随尺寸变化

3 结论

铁磁性物体在外磁场作用下会产生感应磁场，其感应磁场磁矩与外磁场成正比。从图4与表1~表3中可以知道，随着铁磁性物体尺寸加大，其感应磁场磁矩也加大，同时在固定点处的磁感应强度值也增大，且感应磁场随尺寸增大而增大的趋势更明显。另外从量值上来说，当测量点更近时，或测量点选在与磁偶极矩不垂直的地方时，另外铁磁干扰体增多时，在测量点处的磁干扰将加强，对于高精度磁测设备，都会给测量带来较大误差。

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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

夏维（1987-）,男,助理工程师，研究方向:目标磁场特性研究。