Екранування в оптичних приладах

Ефективною мірою захисту від електромагнітних полів є екранування, яке зменшує енергію зовнішнього електромагнітного поля, що потрапляє в оптичний прилад. Залежно від частоти і амплітуди розрізняють поля низьких (до 100 Гц), середніх (до1000 Гц) і високих частот от 10⁴ до 10⁹ Гц. При екрануванні частина електромагнітної енергії відбивається від поверхні екрану, частина проникає в екран і поглинається в ньому, а частина відбивається від внутрішньої частини екрану. Ослаблення електромагнітного поля, що досягається при цьому, називається коефіцієнтом екранування і визначається згідно співвідношення:

                                         (13.7)

де Н і Н¹ - напруженість електромагнітного поля перед екраном і за ним.

Логарифм величини, зворотної коефіцієнту екранування, називають екранним загасанням. Його виражають через натуральний і десятковий логарифми:

 і                     (13.8)

 

Для екранування низькочастотних полів використовують матеріали з високою магнітною проникністю. До них відноситься листова сталь, пермолой, Mу-металл, хайперник.

Загасання електромагнітних полів залежить від товщини і форми екрану. Для екрану у формі порожнистої сфери, товщина якої значно менше радіусу, екранне загасання визначається співвідношенням:

                                                    (13.9)

де    - відносна магнітна проникність матеріалу;  -магнітна проникність екрану;  Гн/см – магнітна стала; d -товщина стінки екрана; r –радіус корпуса екрана.

Для екрану у формі порожнистого циліндра при  значно менше   екранне загасання визначається із співвідношення:

                                         (13.10)

Екранування магнітного поля середніх і високих частот здійснюється за рахунок індукції в екрані вихрових струмів, екрануюча  дія яких визначається наступними чинниками:

· зворотним полем, що створюється цими струмами;

· поверхневим ефектом в матеріалі екрану (скін-ефект).

На високих частотах діють обоє чинників і коефіцієнт екранування визначається співвідношенням:

                                    (13.11)

де  - діаметр екрану;  - коефіцієнт форми екрану ( - екран прямокутний, - циліндровий;  - сферичний);  - показник проникності матеріалу екрану, який називається глибиною проникнення, на якій напруженість падає в  -раз в порівнянні з напруженістю на поверхні.

Величина   може бути розрахована згідно співвідношення:

                                      (13.12)

де   - частота електромагнітного поля;  - електрична провідність матеріалу екрану.

Значення   для деяких матеріалів приведені в таблиці 13.3.

Табл. 13.3

, Гц	, мм
	Мідь	Алюміній	Листова сталь
50	9,44	12,2	1,8
10^3	2,11	2,75	0,41
10^5	0,211	0,275	0,36

    

Для екранування високочастотних полів товщину екрану вибирають згідно співвідношенню:

                                          (13.13)

    Для середніх частот коефіцієнт екранування розраховують по формулі:

                           (13.14)

Необхідно враховувати, що в діапазоні середніх частот екранування електромагнітних полів не завжди ефективно. Тому при конструюванні приладів вузли, що створюють перешкоди на цих частотах (наприклад, трансформатори) прагнуть виносити за межі корпусу. Однією з умов, при якій забезпечується висока ефективність екрану, є наявність неокислених стиків в цьому екрані. Екран повинен з усіх боків закривати вузол і бути заземленим. Часто для екранування застосовують перфоровані екрани. Якщо отвір перфорації має діаметр менше довжини хвилі поля, що екранується, то вони не роблять жодного впливу на коефіцієнт екранування. В разі широких отворів розміром, значно більшому, ніж відстань між отворами, коефіцієнт екранування циліндрового екрану визначається із співвідношення:

                                        (13.15)

де К_п - коефіцієнт перфорування.

При конструюванні екрани прагнуть розміщувати як можна ближче до вузлів, що екрануються.

Лекція № 46. Захист оптичного приладу від вібрацій

 

В процесі експлуатації і транспортування оптичні прилади піддаються різним динамічним навантаженням: вібраціям, трясінням і так далі. Причина цих навантажень може знаходитися і усередині приладу у вигляді незбалансованих елементів деталей, що обертаються. В результаті це може привести до поломок приладів або повного їх руйнування. Для попередньої оцінки захищеності оптичного приладу від динамічних дій їх вузли і елементи можна представити як прості коливальні елементи, що характеризуються резонансною частотою коливання. Для таких систем одним з параметрів є коефіцієнт динамічності або віброізоляції, який визначається наступним співвідношенням:

                                                                              (13.16)

де  - частота вимушених коливань або зовнішніх дій на прилад;

 - резонансна частота.

Аби забезпечити комфортні умови роботи приладу або вузла необхідно щоб , тобто  .Власну резонансну частоту вузла можна підвищити наступними конструктивними методами:

· збільшенням поперечних розмірів кронштейна, що кріпить;

· скороченням лінійних розмірів або довжини кронштейна, що кріпить;

· використанням матеріалів з великим модулем пружності;

· зміною способу кріплення вузла (наприклад, кріпленням підстави вузла в декількох місцях);

· зменшенням маси.

Якщо в приладі є деталі або вузли, жорсткість яких з економічних або технічних причина збільшити не можна, то на такі елементи встановлюються амортизатори. Дійство такого захисту полягає в тому, що резонансна частота амортизатора відрізнялася від частоти зовнішніх дій. Ця резонансна частота визначається співвідношенням:

                                                   (13.17)

де  - величина деформації амортизатора під впливом зовнішнього навантаження.

На практиці між частотою зовнішніх дій   і резонансною частотою амортизатора   повинне виконуватися співвідношення:

                                              (13.18)

Однією з важливих характеристик амортизаторів є їх жорсткість, визначувана співвідношенням:

                                             (13.19)

де Р - навантаження на амортизатор.

Із співвідношення (13.19) виходить, що чим більше С, тим при одному і тому ж навантаженні менше  . А це у свою чергу приводить до збільшення  і зниження віброзахисту. Як правило, в приладі або вузлі використовують декілька амортизаторів, розташованих симетрично відносно центру мас. При використанні декількох амортизаторів навантаження на кожен з них дорівнює:

                                                   ,                               (13.20)

де- n кількість амортизаторів.                

Із зменшенням  зменшується і , а це приведе до збільшення   і до зниження віброзахисту. Окрім вібраційних навантажень вузол або прилад може випробовувати ударні навантаження. Для захисту від них необхідно застосовувати жорсткі амортизатори. Для вирішення цього завдання, як правило, застосовують комбіновані амортизатори, що складаються з двох частин: м'якої і жорсткої.

У приладах використовують два типи резинометалічних амортизаторів: пластинчасті (АП) і чашкові (АЧ). Основні характеристики амортизаторів наступні:

· віброміцність забезпечується на протязі 40 – 50 годин при прискоренні  (  - прискорення вільного падіння) і частоті зовнішніх коливань 50 Гц;

· ударна міцність – 10 000 ударів при прискоренні  ;

· середній термін служби таких амортизаторів – 2 роки;

· середнє значення деформації  мм.

Для захисту приладу або вузла від коливальних навантажень за допомогою спеціальних амортизаторів кутові коливання переводять в лінійні. Одним з варіантів таких амортизаторів є вживання механізму  паралелограма.

Окрім регулярних вібрацій на прилад можуть впливати випадкові вібрації. Розрізняють широкосмугові і вузькосмугові випадкові вібрації. Вузькосмугові вібрації ділять на вібрації з постійною частотою і змінною амплітудою, і на вібрації із змінними частотою і амплітудою.Для захисту приладів від цих вібрацій використовують спеціальні амортизатори, основними характеристиками яких є:

· граничне среднеквадратичне переміщення;

· гранична среднеквадратична швидкість;

· граничне среднеквадратичне прискорення.

Ці характеристики визначаються виходячи з параметрів зовнішніх дій.