静电屏蔽范文精选

摘要：空腔导体可以屏蔽外电场，而使内部物体不受任何外电场的影响，叫做“静电屏蔽”。主要讲述静电屏蔽的含义及主要应用。

关键词：静电屏蔽　含义　应用

中图分类号：TM1　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2010)012-095-02

1　引例

在科技馆看表演时，工作人员请几位观众进入笼体后关闭笼门，操作员接通高压电源，用放电杆进行放电演示。这时即使笼内人员将手贴在笼壁上，使放电杆向手指放电，笼内人员不仅不会触电，而且还可以体验电子风的清凉感觉。为什么高压电源加在金属笼上人却不会触电呢?

这就是静电屏蔽。

2　静电屏蔽

在屏蔽罩接地后干扰电流经屏蔽外层流入大地导体空腔内无其他带电体的情况下，导体内部和导体的内表面上处处皆无电荷，电荷仅仅分布在导体外表面上。所以腔内的场强和导体内部一样，也处处等于零；各点的电势均相等，而且与导体电势相等。因此，如果把空心的导体放在电场中时，电场线将垂直地终止于导体的外表面上，而不能穿过导体进入腔内。这样，放在导体空腔中的物体因空腔导体屏蔽了外电场，而不会受到任何外电场的影响。综上所述，空腔导体(不论是否接地)的内部空间不受外电荷和电场的影响；接地的空腔导体，腔外空间不受腔内电荷和电场影响，这种现象称为静电屏蔽。

一、教育设计思想

本节课的关键在于让学生理解放入电场中的导体如何达到静电平衡的过程，让学生清楚处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零，在此基础上理解静电屏蔽及其应用。鉴于学生刚刚开始接触电场的概念，对电场的理解还比较模糊和生疏，因此对放入电场中的导体如何到达静电平衡的过程，教师可采用设问并让学生自己解决的方法，让所有学生在学习的过程中都能有所思，进一步加强学生对电场的理解，同时锻炼和培养学生逻辑思维能力和推理能力，让学生能够从科学的角度理解放入电场中的导体从不平衡到到达静电平衡的过程，这样可以很自然地得到处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零，静电屏蔽实际上是这一点的应用，到此学生应该很容易理解静电屏蔽的原理。

物理学是一门以实验为基础的学科，教师在教学过程中应该让学生观察物理实验，尊重实验事实，并能够寻求恰当的方法，通过合理的推理和验证来揭示和总结物理现象背后的物理本质。因此，这一节课应该以实验为主线来组织教学，让学生观察实验，总结物理规律，并能作出合理的解释。

二、教育教学目标

（1）教学学习目标：①理解静电感应发生的过程。②建立静电平衡的概念。③理解静电屏蔽及其应用。

（2）教学情感目标：学生在学习的过程中，通过思考和想象、合作与交流，理解静电屏蔽现象并能科学地加以解释，从而获得成功的体验。

（3）教学德育目标：在教学过程中，强调科学与人文教育相结合，引领学生热爱大自然，通过科学的教育方法，使学生综合素质得到提高。

三、教学准备

摘 要：电磁场的屏蔽可分为静电屏蔽、静磁屏蔽和电磁屏蔽三种情况，这三种情况既具有质的区别，又具有内在的联系，本文主要介绍了三者间的区别。

关键词：静电；屏蔽；静磁；电磁

中图分类号：TL351文献标识码： A

电磁场的屏蔽，是一个既具有实际意义又具有理论意义的问题。

一、静电屏蔽

在静电平衡状态下，不论是空心导体还是实心导体；不论导体本身带电多少或者导体是否处于外电场中，必定为等势体，其内部场强为零，这是静电屏蔽的理论基础。

因为封闭导体壳内的电场具有典型意义和实际意义，我们以封闭导体壳内的电场为例对静电屏蔽作一些讨论。

（一）封闭导体壳内部电场不受壳外电荷或电场影响。

在19世纪，著名的物理学家法拉第冒着被电击的危险，做了一个闻名于世的实验――法拉第笼实验：他把自己关在了一个封闭的金属笼内，并在笼外进行强大的静电放电，但放电时他并未受到任何影响，这是为什么呢？其实这就是静电屏蔽现象。

1.课本实验

如图1甲所示，使带电的金属球靠近验电器，由于静电感应，验电器的金属箔片张开，这表示验电器受到了外电场的影响。

如图1乙所示，事先用金属网罩把验电器罩住，使带电的金属球靠近验电器，则验电器的金属箔片不张开；即使把验电器和金属网罩用导线连接，箔片也不张开，这表示金属网罩能把外电场挡住，使罩内不受外电场的影响，可见导体壳（或导体网罩）可以保护它所包围的区域不受外界电场的影响。

由于导体球上的电荷分布较分散，造成验电器处场强较弱，指针（金箔）张开的角度不大，演示效果不够理想，我们也可用感应起电机给装有小鸟的金属笼带电，而金属笼中的小鸟安然无恙，这样增强演示效果。

2.辉光球的介绍

辉光球是一件娱乐性电子产品，外表是一个高强度的薄壳玻璃球，壳内充入低压惰性气体，球内中心处有一球形电极，球形电极内由金属丝弯绕后填充，底座内装有振荡电路板，如图2所示，当电极电源接通后，球形电极上加有频率为15-30Hz的高压，在其周围形成高压电场，由于辉光球与感应线圈等实验室高压仪器相比更安全，且处在电场中的导体达到静电平衡的时间远小于辉光球的交变电场的周期，所以可以把辉光球产生的电场当着静电场处理。

3.用辉光球和氖管探究静电屏蔽现象

【摘 要】利用唯一性定理系统证明了导体空腔内外的电场的定性关系，证明了当且仅当空腔不接地但腔内又与外界有电荷交换时腔内电场的变化会影响腔外电场，其它情况腔内和腔外的电场互不影响。

【关键词】大学物理 唯一性定理 静电屏蔽

【中图分类号】G642.421【文献标识码】A【文章编号】1006－9682（2009）05－0071－01

大学物理中处理的是均匀无限远边界或面对称、球对称、轴对称的理想情况，而实际的电磁场要复杂得多，处理的多是有限区域、边界形状也不规则的边值问题。处理这类问题时，利用唯一性定理有时是非常方便的。在大学物理的电磁学部分利用唯一性定理可以较全面的分析静电屏蔽，对理解唯一性定理和后续的电动力学或者电磁场理论课程的学习也是很有意义的。

一、唯一性定理

设区域V的边界S为导体，V内电荷分布 及介质分布确定，V的边界S满足下列条件之一时，则V内电场唯一确定：第一类边界条件是导体的电势 已知；第二类是各导体表面上的电量Q已知。［1］

二、导体空腔内的电场

由于静电感应，静电平衡时导体空腔内表面上的电量由腔内电荷决定，总代数和为零。当腔内电荷分布 给定时，腔内表面电量Q确定，腔内区域的边界条件由腔内电荷总量确定的第二类边界条件，与腔外电场无关。由唯一性定理，腔内电场由腔内电荷分布唯一确定，与腔外电场无关，与导体是否接地无关，导体空腔对腔外的电场是完全屏蔽的。［2］

摘 要：文章介绍了磁屏蔽的意义与应用，分析了磁屏蔽技术的基本原理与方法以及所采用的材料，同时还介绍了目前磁屏蔽技术应用的具体装置形式和未来的发展趋势。

关键词：磁屏蔽；零磁空间；磁屏蔽室

引言

随着工业、交通、电力及生活等设施的急剧增加，人们正处在一个日益复杂的电磁环境中，地磁场在区局部范围内也已变得越来越复杂，图1为某地的地磁场变化情况。然而，随着科技水平的发展，在精密测量、地球物理、地质勘探、航空航天、计量测试等诸多领域里，对外界环境磁场的要求却有越来越高，许多精密电子设备与测试仪器，要求空间环境不能存在干扰磁场。比如，在航空航天及船舶中导航用的陀螺仪，干扰磁场严重影响着其导航精度，必须对干扰磁场进行消除或降低；作为时间基准的原子钟，为了保证精准性，也必须将地磁场消除；还有高分辨率的电子显微镜，环境中的波动磁场也影响着其电子成像质量，同样需要消除环境磁场的变化。另外，在许多与磁性有关的科学研究领域里，需要营造一个零磁场环境。例如磁性探测仪器的零磁场标定，材料或器件的无磁性检测，生物在无磁环境里的生理反应研究等等，均需要一个相对的零磁场空间。这就要求我们必须利用磁屏蔽技术，在一定范围内屏蔽或消除外界的干扰磁场，从而营造一个相对的零磁场或静磁场空间。

1 磁屏蔽的基本原理

1.1 磁屏蔽的概念

电磁屏蔽，就是将电磁场干扰源至仪器设备的传输途径“切断”，从而达到消除或减弱干扰源对仪器设备的不良影响效果。根据被屏蔽的对象不同，可将其分为两大类：一类是对电磁场干扰源进行屏蔽，使其传播到屏蔽外的干扰电磁场减弱，如对医学上核磁共振仪的屏蔽；另一类是对特定的仪器设备进行屏蔽，使其不受外界环境电磁场的干扰，保证其正常工作，如对导航用的陀螺仪的屏蔽。根据电磁场的性质及屏蔽机理的不同，电磁屏蔽分为静电屏蔽、电磁屏蔽和静磁屏蔽。静电屏蔽主要是对电场的屏蔽，利用的是导体静电平衡原理；电磁屏蔽主要是对高频电磁场屏蔽，利用涡电流原理；而静磁屏蔽（简称磁屏蔽）则是对静磁场或低频电磁场进行屏蔽，利用的是磁路分流原理。文章讨论的是磁屏蔽问题。

1.2 磁屏蔽的原理

摘要本文结合电磁兼容和屏蔽技术的基础知识，阐述了EMC中屏蔽技术的机理和分类，对工程应用具有很大的实用价值和指导意义。

关键词屏蔽静电屏蔽电磁屏蔽磁屏蔽

Abstract This text combines electromagnetic compatibility with the rudimentary knowledge of shielding technology, has explained the mechanism and classification of shielding technology in EMC. Using the project has very great practical value and directive significance.

Keywordsshielding, electrostatic shielding, electromagnetic shielding, Magnetism shielding

中图分类号： C35 文献标识码： A

引言

屏蔽是抑制以场的形式造成的电磁干扰，是提高电子、电气设备或系统电磁兼容性的重要手段之一。电磁屏蔽有两个主要目的，即将辐射电磁能限制在规定的区域内和防止辐射电磁能进人规定的区域。屏蔽的作用是通过采用屏蔽体包围区域形成电磁隔离来实现的。磁场的屏蔽问题,是一个既具有实际意义又具有理论意义的问题。本文就是从电磁兼容角度出发详细介绍了屏蔽技术的机理、分类及应用。

一．概述

摘 要：随着微电子技术的高速发展和电路集成化程度的提高，单位面积内大规模集成芯片元器件数越来越多，所传递的信号电流也越来越小，系统的供电电压也越来越低，控制系统抗干扰的能力也越来越低，所以提高控制系统的抗干扰能力成了人们急需解决的一个重要课题。

关键词：控制系统 微电子技术 抗干扰 屏蔽 接地 雷电防护

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（b）-0090-02

工业的高速发展对控制系统的依赖性越来越强。分散型控制系统（Distributed Control System）、可编程控制器（Program mable Logic Controller）、现场总线控制系统（Fidlebus Control System）以及各种测量控制仪表已是构成工业自动化的主要硬件设施。随着微电子技术的高速发展和电路集成化程度的提高，单位面积内大规模集成芯片元器件数越来越多，所传递的信号电流也越来越小，系统的供电电压也越来越低，现已降到5 V、3 V乃至1.8 V。因此，芯片对外界的干扰也越趋敏感，所以显示出来的抗干扰能力也就越来越低。

想要提高控制系统的抗干扰能力，我们除了在设计控制系统本体的时候提高其抗干扰能力之外更重要的是如何提高控制系统在工程应用时的抗干扰技术，例如对噪声的产生以及噪声在传播途径中加以有效的抑制等等。

1 电缆的静电屏蔽和电磁屏蔽

在控制系统中线缆非常重要因为它在控制系统中最长，容易通过近场的耦合干扰控制系统，并且它还像一根拾取和辐射噪声的天线。所以用屏蔽来抑制线缆的静电感应和电磁感应是抗干扰的方法之一。

1.1 电容性耦合的抑制

电磁屏蔽有三种不同的形式，即静电屏蔽、静磁屏蔽与高频电磁场屏蔽。这三种屏蔽的目的都是为了防止外界的电磁场进入到某个需要保护的区域中，原理都是利用屏蔽壳对外场的感应产生的效应来抵消外场的影响。不过，由于所要屏蔽的场的特性不同，所以对壳屏蔽的要求和屏蔽效果也就不同。下面分别向大家作简单的介绍。

一、静电屏蔽

静电屏蔽的目的在于防止外界的静电场进入到某个特定的区域。静电屏蔽所依据的原理是：在外界静电场的作用下，导体表面电荷将会重新分布，直到导体内部总场强处处为零为止。

对于变化很慢（例如50Hz）的交流电的电磁场而言，虽然其电磁场在不断改变，但由于电场中的导体表面仅在10-19s数量级时间内就完成重新分布。因此导体上的电荷有足够长的时间来保证内部场强为零，从而屏蔽低频（例如50Hz）交流电的磁场。正是由于这个缘故。所以变化较慢的低频电场的屏蔽也可以归结到静电屏蔽中。

身穿高压作业服的电工师傅，由于被铜丝编织的衣服所包裹，人体内的场强保持为零，所以没有电流从人体中流过，故工作人员是非常安全的。不过，在作业者刚刚接触高压线的一瞬间，高压工作服上的电荷有一个瞬时分布的过程，在这个极短的时间内，人体上会有短暂的微弱电场作用，一般作业者都是能够经受得住这一考验的。静电屏蔽的特点是一般只考虑对静电场的屏蔽，封闭导体的屏蔽作用是完全的（即内部场强可以达到真正等于零），对屏蔽壳的厚度和电导率也没用什么特别要求，即是厚一点还是薄一点的屏蔽壳，屏蔽效果没有什么差别；电导率高的还是电导率低的，效果也相同。只有在把低频交流电场的屏蔽包括在静电屏蔽中时，总是希望屏蔽壳的电导率越高越好。

二、静磁屏蔽

静磁屏蔽的目的在于防止外界的静磁场和低频电流的磁场进入到某个需要保护的区域，这时必须用磁性介质做外壳。静磁屏蔽依据的原理是：在外界磁场的作用下，磁性介质外壳受到感应发生磁化，使得合成以后的总磁场在磁性介质中明显加强，而在磁性介质所包围（或需要保护）的区域内则明显减弱（或者说磁感线大部分从磁性介质中穿过），尤其是封闭外壳的内部，磁场减弱更明显。例如为了使手表能够防磁，通常会在机芯外装上一个铁质的衬套，就是让衬套起到屏蔽作用。

但是从理论上来说，静磁屏蔽的作用是不完全的，即使是封闭外壳，其内部磁场并不能真正地等于零。外壳的厚度与磁导率对屏蔽的效果有非常明显的影响，外壳越厚、磁导率越高，屏蔽的效果就越好。所以在重量和体积受到限制的情况下，常常采用磁导率高达几万的坡莫合金来制作屏蔽壳，而且壳的各个部分要尽量结合紧密，确保磁路畅通。

作者：冯文武 刘民 李树明 汤浩军 单位：北京东方计量测试研究所

1引言

近年来，随着科学技术的飞速发展、微电子技术的广泛应用及电磁环境越来越复杂，静电放电造成的故障及危害也更加普遍，尤其对于静电敏感产品，通常将其放置于防静电屏蔽包装袋中储藏、运输，使其免受静电干扰，防静电屏蔽包装袋通常为三层结构，其内层为静电耗散材料，中间层为屏蔽层的铝箔，外层为耐磨加固层。防静电屏蔽包装袋性能的好坏，直接影响到所包装产品的质量，故对防静电屏蔽包装袋的静电屏蔽性能进行测试尤为重要。由于静电放电是一个复杂多变的过程，再加上静电放电有许多不同的放电形式，产生静电放电的静电源多种多样，而且同一静电源对不同的物体放电时产生的结果也不一样，会受温湿度、电磁场等环境的影响。为了方便分析，统一测试的基准，需要建立静电放电模型。针对静电放电现象，理论上可以分为许多模型，最常见的就是人体模型(HBM)、机器模型(MM)和带电器件模型(CDM)。由于防静电屏蔽包装袋更多的是人体接触造成的静电放电，因此本文针对防静电屏蔽包装袋的测试主要以人体模型(HBM)为准静电场屏蔽和静电放电屏蔽是不同的概念，静电场屏蔽是指限制静电场的穿透作用，静电放电屏蔽是指限制静电放电产生的电磁能量穿透作用。由于静电放电过程中电磁场快速变化，有电磁能量通过近场耦合，进入包装袋，所以，静电防护中的“静电放电感应能量”参数成为评价防静电屏蔽包装袋的主要技术指标，标准ANSI/ESDSTM11．31－2006推荐的测量装置中要求感应能量小于50nJ。

2目前的测试方法

目前，国内检测市场上有两种测试防静电屏蔽包装袋的方法:表面电阻测试方法和静电感应峰值电压测试方法。表面电阻测试方法是对防静电屏蔽包装袋内、外表面的电阻进行测试，国军标GJB2605－96《可热封柔韧性防静电阻隔材料规范》要求其内表面电阻率为1．0×105Ω～1．0×1012Ω，外表面电阻率为小于1．0×1012Ω。该方式只能测试防静电屏蔽包装袋内、外层表面电阻，而并非是针对防静电屏蔽包装袋屏蔽层的测试，故测试结果并不能反应防静电屏蔽包装袋的静电屏蔽方面的性能，测试结果与屏蔽性能测试要求存在差距。静电感应峰值电压测试根据GJB2605－96，其结构示意图。静电屏蔽感应峰值电压测试装置包括由200pF充电电容和400kΩ放电电阻组成的ESD模拟器、电极极板、电容探头、测量探头和示波器。测量探头应具有高的阻抗(不小于1×107Ω)和低的电容(不大于5pF)，电容探头是镶在一块绝缘材料上的厚1．5mm的金属板;试验装置是一个包括上部一块22mm～38mm的金属接触板和一块用以支撑被试样品与电容探头的适当尺寸的接地金属板。置电容探头于试验袋内，其中心约在试验袋开口端内侧50mm处，并将它们放置在试验装置的上下金属板之间，试验装置的夹具应设计成使得被试部分在足够的加紧力作用下得到充分的平行接触。试验电压1000V，使电容充电，然后利用转换开关经由电阻器通过被试材料放电，以测试的峰值电压不高于30V为合格标准。电极极板随着ESD模拟器放电电流产生一个变化的电场，电容探头感应放电电极与地电极之间静电放电过程中静电屏蔽包装袋内部的感应电压变化，该感应电压被测量探头检测并传输至示波器进行采集，根据示波器采集的电压波形得到该感应电压峰值。该静电感应电压测试装置中的测量探头测得的感应电压信号为示波器两通道之间的差值，即电容探头的两探头之间的信号之差。但随着波形衰减越快，相应的两信号的差值(感应电压信号)会变小，从而使测得的感应电压不易确定;而且该装置中的ESD模拟器静电放电脉冲的测试要求示波器的带宽为50MHz，并不能全面反映防静电屏蔽包装袋在静电放电ESD脉冲宽频带(1Hz～1GHz)情况下的屏蔽效果。因此，此测试方法有一定的局限性和不完整性。

3感应能量法测试原理

国内在防静电屏蔽包装袋检测上就是使用的表面电阻测试方法和静电感应峰值电压测试方法。静电感应峰值电压值越低说明包装袋屏蔽性能越好。常用的静电屏蔽测试仪器有ACL－500、ETS－431型等，都是以测量到的感应峰值电压作为指标的。表面电阻测量方法通过测量材料的表面电阻值鉴定材料的优劣。常用的仪器有EST121等高阻计。为了全面准确地衡量防静电屏蔽包装袋的性能，根据美国标ANSI/ESDSTM11．31－2006提供一种新型防静电屏蔽包装袋测试方法研制的一种新型测试防静电屏蔽包装袋的装置，利用感应能量测试的方式能够准确测量并读取防静电屏蔽包装袋内的感应能量，并确定防静电屏蔽包装袋性能的优劣，且分辨力高。测试原理图（图略）。本测试装置包括ESD模拟器(100pF，1．5kΩ)、放电电极、地电极、8pF电容探针、500Ω低感电阻和电流探针。低感电阻与电容探针成上下两平行极板形成放电回路，即电容探针并联低感电阻，电流探针设置于放电回路中并与示波器相连。当ESD模拟器充电1kV，模拟实际静电放电时，电极极板随着ESD模拟器放电电流产生变化电场，防静电屏蔽包装袋内的电容探针感应到放电电极与地电极之间静电放电过程中防静电屏蔽包装袋内部的感应电压变化的过程。在此过程中，电容探针与低感电阻形成放电回路，低感电阻流过的电流变化过程被放置于放电回路中的电流探针检测并将其传输给示波器进行采集，并进一步利用能量计算式(1)将采集到的电流波形数据进行计算，得到电容探针感应的能量值（式略）。在电容探针与低感电阻形成的放电回路中，由于低感电阻的感抗值非常低，使得其电感部分的影响小，电感对感应电流的影响也非常小，可以忽略对测试结果的影响，低感电阻的电阻值接近理想。采用电流探针避免了现有的静电感应峰值电压测试中由于测量探头测量感应电压信号时存在的误差以及其局限性，也不存在静电电阻测试装置由于只能测试防静电屏蔽包装袋内外表面电阻而造成的测试结果存在缺陷的问题。由于有防静电屏蔽包装袋的屏蔽，大部分放电能量被屏蔽层屏蔽，只有很小一部分能量通过防静电屏蔽包装袋，被内部设置的电容探针感应到，并通过低感电阻进行能量释放。美国标ANSI/ESDS541－2003要求感应的能量小于50nJ为合格标准。根据式(2)得到总的放电能量为50μJ，因此，渗透到防静电屏蔽包装袋内部的能量大概占总能量的1/1000，也就是说，能够屏蔽掉999/1000的静电放电能量的包装袋是合格的防静电屏蔽包装袋。（图略）

4结束语