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1、磁屏蔽室校准规范编制说明（报批稿）国防科技工业弱磁一级计量站二O二三年十二月磁屏蔽室校准范编制说明1任务来源及计划要求根据省市场监管局办公室关于印发2022年度地方计量规范制修订计划的通知（鄂市监办量【2022】60号）要求，由国防科技工业弱磁一级站负责磁屏蔽室校准规范的编制任务。2编制过程2.1 编制原则根据国防科工局的要求，主编单位于2022年8月正式成立规范编制组，依据编制组的工作职责，制定了工作计划。参加编制的工作人员确定了规范的结构框架和如下编写原则：a）适用性，规程内容应便于实施；b）完整性，设置的条款应力求全面、实用，涵盖磁屏蔽室校准的全部要求；c）正确性，文字简练，描述科学、准
2、确。2.2 工作分工调研、起草：周昌剑、肖磊、程华富。不确定度评定：肖磊、周昌剑。征求意见、汇总：肖磊、周昌剑。验证试验：肖磊、周昌剑、覃维、官业欣、逢路军。意见处理：周昌剑、肖磊。标准化：程华富、赵文纯。2.3 各阶段的主要工作2023年8月：完成征求意见稿，不确定度评定、验证试验。3主要技术内容的说明3.1 术语与定义3.1.1 【磁屏蔽室】磁屏蔽室是由高导磁材料制成的腔体壁与其所包围的空间形成并联磁路，在设计的限定范围内形成近零磁空间，用于屏蔽恒定磁场及交变磁场。3.1.2 【内部剩磁】磁屏蔽室内部剩余的磁感应强度。单位为纳特(nT),用符号&表示。3.1.3 【屏蔽系数】没有屏蔽体时接
3、收到的磁场值与在屏蔽体内接收到的磁场值的比值，即磁场发射系统与磁传感器之间存在屏蔽体以后造成的插入损耗。屏蔽系数是衡量磁屏蔽室屏蔽外磁场的能力的参量。单位为分贝(dB),用符号S表示。3.1.4 【磁场噪声】磁场噪声是指磁屏蔽室内部干扰磁场强度。一般用交变磁传感器输出的随机变化量体现，与测量时间和采样率有关。磁场噪声可用峰峰值、功率谱等方式表zjO磁场噪声的峰峰值单位为纳特(nT),用符号Bnfp表示。噪声的功率谱单位为纳特每根号赫兹(nT/Hz2XXHZ),用符号Bn.psd表示。3.2 计量特性磁屏蔽室是由高导磁材料(坡莫合金、硅钢等)制作成闭合的腔体。外部干扰磁场的磁通量绝大部分会沿着高
4、导磁材料制成的腔体壁通过，进入腔体内部的磁通量很少，这样就在腔体内部一定范围内形成近零磁空间，用于屏蔽恒定磁场及交变磁场。磁屏蔽室按照材料分类主要有坡莫合金磁屏蔽室、硅钢磁屏蔽室、纯铁磁屏蔽室及各种材料相互组合建造的磁屏蔽室。磁屏蔽室一般有长方体、近似球体或椭球体等形状。图1磁屏蔽室原理结构图产生“近零磁”空间的装置叫磁屏蔽装置，较大的“近零磁”空间，我们俗称屏蔽室或屏蔽房；较小的“近零磁”空间，俗称屏蔽筒。屏蔽装置广泛使用于医疗、地质、物探、通讯等科研生产中，是磁通门传感器、磁阻传感器、数字磁罗盘、陀螺仪、霍尔磁强计、弱磁场测试仪、原子钟等磁产品和仪器进行性能筛选的必要设备，也是心脑磁仪、地
5、质勘测、炮弹测姿、航空惯导导航仿真与检测技术中必须的测量设备。国内从事磁屏蔽室研制生产和使用的单位较多，其中包括中船重工710所、中船重工715所、中科院国家空间中心、中科院医工所、中科院地球物理所、中电33所、中电49所、火箭军工程大学、浙江工业大学、北京航空航天大学、北京大学、中国地质大学、华中科技大学、清华大学、国防科技大学、核遥感中心等。表1磁屏蔽室研制生产和使用单位一览表序号领域单位1中科院、高校中科院国家空间中心、中科院医工所、中科院地球物理所2高校火箭军工程大学、浙江工业大学、北京航空航天大学、北京大学、中国地质大学、华中科技大学、清华大学、国防科技大学、中山大学、吉林大学3船舶
6、中船重工710所、中船重工715所、黄埔文冲4航天航天33所5兵器兵器203所6核核遥感中心、核物理与化学研窕所7中电科中电33所、中电49所、电科9所8企业华为海思、磁屏蔽室的主要技术指标如下：a）磁屏蔽室内部剩余磁场3nT300nT；b）磁屏蔽室屏蔽系数（0120）dB；c）磁屏蔽室磁场噪声功率谱20fTHzz2-10nTHz,z2o国防科技工业弱磁一级站从2010年开始，开展了磁屏蔽相关计量科研课题研究，通过多年的项目积累，掌握了磁屏蔽装置剩余磁场、屏蔽系数、磁场噪声测试等计量技术，多项相关技术已获得国家发明专利。已授权发明专利ZL201911371918.3一种复合环境下干扰磁场屏蔽系
7、统，公开了一种复合式环境干扰磁场屏蔽系统，解决非均匀的杂散干扰磁场补偿能力，提升屏蔽效能。已受理发明专利CN112816928A磁屏蔽装置的现场校准装置及其屏蔽效能现场测试方法，公开了一种适用于不同现场环境下磁屏蔽装置屏蔽效能的测试装置和测试方法，能够解决磁屏蔽装置现场校准难题。磁屏蔽装置计量技术储备丰富，本规范的制定已没有技术风险。国防科技工业弱磁一级站近十年来，已先后为20多家单位的磁屏蔽室提供了校准服务，相关校准方法已成熟；利用掌握的自主可控的核心技术，弱磁一级站近几年来选后为多家单位提供磁屏蔽室校准用的磁场发射线圈等计量器具和测试系统。本项目第一起草人是“低频磁屏蔽系数现场校准技术研究
8、”、“军用磁防护系统现场校准技术研究”等磁屏蔽相关的科研项目负责人，长期从事相关弱磁计量工作，曾负责及参与多项国家/国防军工计量技术规范的起草；项目组其他成员负责了相关科研工作和校准测试服务工作。项目组完全具备规范起草能力。3.3 校准条件本规范的校准条件只与被校磁屏蔽室的性能要求有/无关系，与是否现场校准无关。3.3.1 环境条件环境条件及其要求如下：a）环境温度：1030；b）相对湿度：不大于80%；c）干扰磁场：周围环境干扰磁场噪声功率谱密度在IOHz-IkHz频率范围内不大于10nTHz,z2o3.3.2 校准用设备测量所用仪器设备应经过计量技术机构检定（或校准）合格，并在有效期内。3
9、.4 校准项目本校准规范主要针对了三个校准项目开展校准，均为常温下的参数。内部剩磁，磁屏蔽室内部剩余的磁感应强度。单位为纳特（nT）,用符号&表不。屏蔽系数，没有屏蔽体时接收到的信号值与在屏蔽体内接收到的信号值的比值，即磁场发射系统与磁传感器之间存在屏蔽体以后造成的插入损耗。屏蔽系数是衡量磁屏蔽室屏蔽外磁场的能力的参量，屏蔽系数的单位为分贝(dB),用符号S表示。磁场噪声，磁场噪声是磁屏蔽室内部干扰磁场强度，一般用交变磁传感器输出的随机变化量体现，与测量时间和采样率有关。磁屏蔽室内部磁场噪声可用峰峰值、功率谱等方式表示。噪声的峰峰值单位为纳特(nT),用符号Bnfp表示。噪声的功率谱单位为纳特
10、每根号赫兹(nT/Hz,/2xxHz),用符号BNPSD表示。3.5校准方法3.5.1 内部剩磁先按照使用要求选择测量点，一般选取磁屏蔽室中心工作区内部空间测试点,一般选取中间工作区空间7个点，对于带消磁系统的磁屏蔽室，按说明书进行消磁，磁通门磁强计探头固定在测量支架上，探头敏感区与测试点位置重合。定义工作坐标系，地磁南北方向为X轴，地磁东西方向为Y轴，垂直方向为Z轴。记录磁通门磁强计输出的磁感应强度值：+o将磁强计的X轴调转180。安装在测量支架上，固定在同一测量位置进行测量，并记录磁感应强度值以。Y轴和Z轴重复步骤记录相对应的磁感应强度&y+、BnZ+、Bny-.BU根据公式分别计算每个方
11、向内部剩磁。最后通过计算得到测试点的内部剩磁。其他测量点重复测试步骤，取最大值作为屏蔽室内部剩磁。3.5.2 屏蔽系数按使用要求选择频率，没有明确规定的频率时，一般选择频率点IOHz、100Hz、1kHzo磁场发射系统选定第一个频率点，设置激励电流产生不小于10T的磁感应强度，记录交变磁传感器的读数Bo。在屏蔽室外搭建测试装置，具体步骤是将交变磁传感器固定在测试支架上，并使交变磁传感器的磁轴与线圈产生的磁场方向一致，交变磁传感器的探头与磁场发射系统相距20cm+L(墙体厚度)。磁场发射系统选定第一个频率点，设置激励电流产生不小于10T的磁感应强度,记录磁通门磁强计的读数Bo0在屏蔽室搭建测试装
12、置，具体步骤是将交变磁传感器固定在测试支架上，测试点位于屏蔽门中心面，距离内墙表面IoCm,并使交变磁传感器的磁轴与线圈产生的磁场方向在同一直线上，磁场发射系统放置在磁屏蔽室外部，距离外墙表面IOCm。磁场发射系统选定第一个频率点并设置标准磁场值不小于10T,记录交变磁传感器的读数3,计算其屏蔽系数。在其他频率点重复步骤测量，计算屏蔽室的屏蔽系数。屏蔽系数的误差为标称值和测量值的差值，其中标称值是说明书给定的值。3.5.3 磁场噪声将交变磁传感器探头放置在磁屏蔽室工作区中心位置。定义工作坐标系，X轴为地磁南北方向，Y轴为地磁东西方向，Z轴为垂直方向。选择测试频率，根据特定的频率数据采集器设置采
13、样率和采样时间。记录数据采集器测得的磁屏蔽室三个矢量方向（地磁南北方向X轴、地磁东西方向Y轴、垂直方向Z轴）的内部磁场噪声峰峰值Bnfp或功率谱噪声Bn.psd。选择其它频率点，重复测试步骤，记录磁屏蔽室内部磁场噪声峰峰值3n,pp或功率谱噪声BN.PSDO磁屏蔽室长时间处于地磁场环境下使用可能被磁化影响性能，相关参数需要定期复校，复校时间间隔建议不超过36个月。3.6校准记录格式本规范给出了全部3个校准项目的记录格式。4与现行标准的关系国外标准IEEEStd299-2006IEEEStandardMethodofMeasuringtheEffectivenessofElectromagnet
14、icShieldingEnCk）SUres公开了磁屏蔽室的高频磁屏蔽系数的测试方法。国家标准GB/T12190-2006规定了磁屏蔽室9kHz及以上的屏蔽系数测试方法,其中扩展了部分低频段频率范围（典型测量频率9kHz16kHz,14OkHZ160kHz,14MHZ16MHz；扩展典型测量频率50Hz-11OHz,0.9kHz-1.1kHz）；无锡计量研究院起草的直流磁屏蔽筒校准规范2023年已上报，等待发布实施。国际、国家标准均没有完全涵盖磁屏蔽室的计量特性，如内部剩磁、磁场噪声，通过本规范的制定，可以结束湖北省内在此领域无矩可循、无法可依的局面，为校准磁屏蔽室提供依据；可以提高我省在弱磁场领域的计量水平，为相关科学技术研究、国民经济发展和国防军工建设提供计量保障。5试验验证情况试验验证详细情况见试验报告。验证结果表明：本规范所规定的校准项目合理、技术要求恰当、校准方法正确可行、可操作性强。6实施的建议本规范发布实施后，建议由主要起草单位组织相关使用单位及计量技术机构进行宣贯培训，确保规范的及时、顺利实施。7参考资料JJF1001-2011通用计量术语及定义JJF1013-1989磁学计量常用名词术语及定义JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示Q/710J0602-2010直流磁屏蔽装置屏蔽性能测试方法GB12190-2006电磁屏蔽室屏蔽效能的测试
