Размагничивание — это процесс уменьшения или устранения остаточного магнитного поля . Он назван в честь гаусса , единицы магнетизма , которая, в свою очередь, была названа в честь Карла Фридриха Гаусса . Из-за магнитного гистерезиса , как правило, невозможно полностью уменьшить магнитное поле до нуля, поэтому размагничивание обычно вызывает очень маленькое «известное» поле, называемое смещением. Размагничивание изначально применялось для уменьшения магнитных сигнатур кораблей во время Второй мировой войны . Размагничивание также используется для уменьшения магнитных полей в мониторах с электронно-лучевой трубкой и для уничтожения данных, хранящихся на магнитных носителях .
Термин был впервые использован тогдашним командующим Чарльзом Ф. Гудивом , Королевским канадским военно-морским добровольческим резервом , во время Второй мировой войны, когда он пытался противостоять немецким магнитным морским минам , которые сеяли хаос на британском флоте .
.jpg/1280px-Ivan_Gren_landing_ship_(1).jpg)
Мины обнаруживали увеличение магнитного поля, когда сталь в корабле концентрировала магнитное поле Земли над собой. Ученые Адмиралтейства, включая Гудива, разработали ряд систем для индуцирования небольшого поля «N-полюс вверх» в корабле, чтобы компенсировать этот эффект, что означало, что чистое поле было таким же, как фон. Поскольку немцы использовали гаусс в качестве единицы силы магнитного поля в спусковых механизмах своих мин (еще не стандартная мера), Гудив называл различные процессы противодействия минам «размагничиванием». Этот термин стал общепринятым.
Первоначальный метод размагничивания заключался в установке электромагнитных катушек на кораблях, что известно как намотка. Помимо возможности непрерывного смещения корабля, намотка также позволяла изменять поле смещения в южном полушарии, где мины устанавливались для обнаружения полей «S-полюс вниз». Британские корабли, особенно крейсеры и линкоры , были хорошо защищены примерно к 1943 году.
Однако установка такого специального оборудования была слишком дорогой и сложной для обслуживания всех кораблей, которым это было необходимо, поэтому флот разработал альтернативу, называемую протиранием, которую также придумал Гудив. В этой процедуре большой электрический кабель тянулся вверх по борту корабля, начиная с ватерлинии, с импульсом около 2000 ампер, протекающим по нему. Для подводных лодок ток поступал от собственных двигательных батарей судна. Это индуцировало правильное поле в судне в виде небольшого смещения. Первоначально считалось, что удары моря и двигателей судна будут медленно рандомизировать это поле, но в ходе испытаний было обнаружено, что это не является реальной проблемой. [1] Позже была обнаружена более серьезная проблема: когда судно движется через магнитное поле Земли, оно будет медленно улавливать это поле, противодействуя эффектам размагничивания. С тех пор капитанам было поручено менять направление как можно чаще, чтобы избежать этой проблемы. Тем не менее, в конечном итоге предвзятость сошла на нет, и корабли пришлось размагничивать по графику. Более мелкие корабли продолжали использовать протирание в течение всей войны.
Чтобы помочь эвакуации из Дюнкерка , британцы «уничтожили» 400 кораблей за четыре дня. [2]
Во время Второй мировой войны ВМС США ввели в эксплуатацию специализированный класс кораблей-размагничивающих судов , способных выполнять эту функцию. Один из них, USS Deperm (ADG-10) , был назван в честь процедуры.
После войны возможности магнитных взрывателей были значительно улучшены, поскольку они обнаруживали не само поле, а изменения в нем. Это означало, что размагниченный корабль с магнитной «горячей точкой» все равно взорвет мину. Кроме того, измерялась также точная ориентация поля, которую простое поле смещения не могло устранить, по крайней мере, для всех точек на корабле. Для компенсации этих эффектов был введен ряд все более сложных катушек, причем современные системы включают не менее трех отдельных наборов катушек для уменьшения поля по всем осям.
Эффективность размагничивания судов контролировалась береговыми полигонами размагничивания (или станциями размагничивания, магнитными полигонами ), установленными рядом с судоходными каналами за пределами портов. Испытываемое судно проходило с постоянной скоростью по петлям на морском дне, которые контролировались из зданий на берегу. Установка использовалась как для определения магнитных характеристик корпуса с целью установления правильного значения устанавливаемого оборудования размагничивания, так и в качестве «выборочной проверки» судов для подтверждения правильности работы оборудования размагничивания. Некоторые станции имели активные катушки, обеспечивающие магнитную обработку, что давало неоснащенным судам некоторую ограниченную защиту от будущих столкновений с магнитными минами. [3]
В апреле 2009 года ВМС США испытали прототип своей системы высокотемпературной сверхпроводящей размагничивающей катушки, называемой «HTS размагничивания». Система работает, окружая судно сверхпроводящими керамическими кабелями, цель которых — нейтрализовать магнитную сигнатуру судна, как в устаревших медных системах. Главным преимуществом системы HTS размагничивающей катушки является значительное снижение веса (иногда на целых 80%) и повышение эффективности. [4]
Корабль или подводная лодка с корпусом из черного металла по своей природе вырабатывает магнитную сигнатуру во время движения из-за магнитомеханического взаимодействия с магнитным полем Земли. Он также улавливает магнитную ориентацию магнитного поля Земли, где он построен. Эта сигнатура может быть использована магнитными минами или способствовать обнаружению подводной лодки кораблями или самолетами с оборудованием обнаружения магнитных аномалий (MAD) . Военно-морские силы используют процедуру депермирования в сочетании с размагничиванием в качестве контрмеры против этого.
Специализированные объекты деперминга, такие как станция деперминга Lambert's Point Deperming ВМС США на военно-морской базе Норфолк или установка магнитного глушения подводных лодок Тихоокеанского флота (MSF) на совместной базе Перл-Харбор-Хикэм , используются для выполнения процедуры. Во время магнитной обработки с близкой обмоткой толстые медные кабели окружают корпус и надстройку судна, и через кабели пропускаются импульсы высоких электрических токов (до 4000 ампер ). [5] Это имеет эффект «сброса» магнитной сигнатуры корабля до уровня окружающей среды после пробоя его корпуса электричеством. Также можно назначить определенную сигнатуру, которая лучше всего подходит для конкретного района мира, в котором будет работать корабль. В установках магнитного глушения с приводом все кабели либо подвешены сверху, снизу и по бокам, либо скрыты внутри структурных элементов объектов. Деперминг является «постоянным». Это делается только один раз, если только на судне не проводится капитальный ремонт или не вносятся структурные изменения.
С появлением железных судов было отмечено отрицательное влияние металлического корпуса на рулевые компасы . Также было замечено, что удары молнии оказывают значительное влияние на отклонение компаса, которое в некоторых крайних случаях было определено как вызванное изменением магнитной сигнатуры корабля. В 1866 году Эван Хопкинс из Лондона зарегистрировал патент на процесс «деполяризации железных судов и освобождения их от какого-либо влияния, нарушающего работу компаса». Метод был описан следующим образом: «Для этой цели он использовал ряд батарей и электромагнитов Гроува . Последние должны были проходить вдоль пластин до тех пор, пока не будет получен желаемый результат... процесс нельзя было переусердствовать из-за страха повторной поляризации в противоположном направлении». Однако сообщалось, что изобретение «не могло быть доведено до успешного результата» и «быстро умерло естественной смертью». [6]
Цветные ЭЛТ- дисплеи, технология, лежащая в основе многих телевизионных и компьютерных мониторов до начала 2010-х годов, требуют размагничивания. Многие ЭЛТ-дисплеи используют металлическую пластину около передней части трубки, чтобы гарантировать, что каждый электронный луч попадает на соответствующие люминофоры нужного цвета. Если эта пластина намагничивается (например, если кто-то проводит магнитом по экрану или размещает рядом громкоговорители), она придает нежелательное отклонение электронным лучам, и отображаемое изображение искажается и обесцвечивается.
Чтобы минимизировать это, ЭЛТ имеют медную или алюминиевую катушку, обернутую вокруг передней части дисплея, известную как размагничивающая катушка. Мониторы без внутренней катушки можно размагничивать с помощью внешней портативной версии. Внутренние размагничивающие катушки в ЭЛТ, как правило, намного слабее внешних размагничивающих катушек, поскольку более качественная размагничивающая катушка занимает больше места. Схема размагничивания индуцирует колебательное магнитное поле с уменьшающейся амплитудой , которое оставляет теневую маску с уменьшенной остаточной намагниченностью.
Многие телевизоры и мониторы автоматически размагничивают свои кинескопы при включении, до того как на них выводится изображение. Высокий скачок тока, который происходит во время этого автоматического размагничивания, является причиной слышимого «стука», громкого гудения или щелчков, которые можно услышать (и почувствовать) при включении телевизоров и компьютерных мониторов с ЭЛТ из-за разрядки конденсаторов и подачи тока в катушку. Визуально это приводит к тому, что изображение резко трясется в течение короткого периода времени. Опция размагничивания также обычно доступна для ручного выбора в меню операций в таких приборах.
В большинстве коммерческих приборов скачок переменного тока в катушке размагничивания регулируется простым термистором с положительным температурным коэффициентом (PTC) , который изначально имеет низкое сопротивление, допуская большой ток, но быстро меняется на высокое сопротивление, допуская минимальный ток, из-за саморазогрева термистора. Такие устройства рассчитаны на одноразовый переход от холодного к горячему при включении питания; «эксперименты» с эффектом размагничивания путем многократного включения и выключения устройства могут привести к отказу этого компонента. Эффект также будет слабее, поскольку PTC не успеет остыть.
Данные хранятся на магнитных носителях , таких как жесткие диски , дискеты и магнитная лента , путем изменения магнитного выравнивания очень маленьких областей, называемых магнитными доменами, в направлении приложенного магнитного поля. Это явление происходит примерно так же, как стрелка компаса указывает в направлении магнитного поля Земли. Размагничивание, обычно называемое стиранием, оставляет домены в случайных узорах без предпочтения ориентации, тем самым делая предыдущие данные невосстановимыми. Существуют некоторые домены, магнитное выравнивание которых не рандомизируется после размагничивания. Информация, которую представляют эти домены, обычно называется остаточным магнитным намагничиванием или остаточной намагниченностью . Правильное размагничивание гарантирует, что остаточного магнитного намагничивания будет недостаточно для восстановления данных. [7]
Стирание посредством размагничивания может быть выполнено двумя способами: при стирании переменным током носитель размагничивается путем приложения переменного поля, амплитуда которого со временем уменьшается от начального высокого значения (т. е. при питании переменным током); при стирании постоянным током носитель насыщается путем приложения однонаправленного поля (т. е. при питании постоянным током или при использовании постоянного магнита ). Размагничиватель — это устройство, которое может генерировать магнитное поле для размагничивания магнитных носителей информации. [8] Магнитное поле, необходимое для размагничивания магнитных носителей информации, является мощным, и обычные магниты не могут легко его создать и поддерживать. [9] [10]
Многие формы универсальных магнитных носителей информации могут быть повторно использованы после размагничивания, включая катушечные аудиокассеты , видеокассеты VHS и дискеты . Эти старые типы носителей представляют собой просто необработанные носители, которые перезаписываются новыми шаблонами, созданными фиксированно выравниваемыми головками чтения/записи.
Однако для некоторых форм хранения компьютерных данных, таких как современные жесткие диски и некоторые ленточные накопители , размагничивание делает магнитный носитель полностью непригодным для использования и повреждает систему хранения. Это связано с тем, что устройства имеют бесступенчатый механизм позиционирования головки чтения/записи, который опирается на специальные данные сервоуправления (например, код Грея [ требуется цитата ] ), которые должны быть постоянно записаны на магнитный носитель. Эти серводанные записываются на носитель один раз на заводе с использованием специального сервопишущего оборудования.
Сервошаблоны обычно никогда не перезаписываются устройством по какой-либо причине и используются для точного позиционирования головок чтения/записи над дорожками данных на носителе, чтобы компенсировать внезапные резкие движения устройства, тепловое расширение или изменения ориентации. Размагничивание без разбора удаляет не только сохраненные данные, но и данные сервоуправления, и без серводанных устройство больше не может определить, где данные должны быть прочитаны или записаны на магнитном носителе. Серводанные должны быть перезаписаны, чтобы снова стать пригодными для использования; с современными жесткими дисками это, как правило, невозможно без сервисного оборудования, специфичного для производителя и часто для конкретной модели.
В катушечных и компактных кассетных аудиомагнитофонах остаточные магнитные поля со временем собираются на металлических деталях, таких как направляющие штыри головок магнитной ленты. Это точки, которые соприкасаются с магнитной лентой. Остаточные поля могут вызвать увеличение слышимого фонового шума во время воспроизведения. Дешевые, портативные бытовые размагничиватели могут значительно уменьшить этот эффект. [11]
Размагничиватели различаются по размеру от небольших, используемых в офисах для стирания магнитных устройств хранения данных, до промышленных размагничивающих устройств для использования на трубопроводах, кораблях, подводных лодках и других крупногабаритных предметах, оборудовании и транспортных средствах. Оценка и категоризация размагничивающих устройств зависит от силы магнитного поля, создаваемого размагничивателем, метода создания магнитного поля в размагничивателе, типа операций, для которых подходит размагничиватель, рабочей скорости размагничивающего устройства в зависимости от того, является ли оно размагничивающим устройством большого объема или малого объема, и мобильности размагничивающего устройства среди других. [12] Исходя из этих критериев оценки и категоризации, существуют электромагнитные размагничивающие устройства, размагничивающие устройства с постоянными магнитами как основные типы размагничивающих устройств. [13]
Электромагнитный размагничиватель пропускает электрический заряд через размагничивающую катушку для создания магнитного поля. [12] Существует несколько подтипов электромагнитных размагничивающих устройств, таких как размагничивающие устройства с вращающейся катушкой и размагничивающие устройства с технологией импульсного размагничивания, поскольку технологии, используемые в размагничивающих устройствах, часто разрабатываются и патентуются соответствующими производственными компаниями, такими как Verity Systems и Maurer Magnetic, среди прочих, так что размагничиватель подходит для предполагаемого использования. [14] [15] Электромагнитные размагничивающие устройства генерируют сильные магнитные поля и имеют высокую скорость работы.
Производительность размагничивающей машины является основным фактором, определяющим эффективность размагничивания магнитных носителей данных. Эффективность не улучшается, когда носитель проходит через одно и то же размагничивающее магнитное поле более одного раза. Поворот носителя на 90 градусов повышает эффективность размагничивания носителя. [10] Один из производителей размагничивающих устройств магнитных носителей, Verity Systems, использовал этот принцип в разработанной ими технологии вращающейся катушки. Их размагничивающий аппарат вращающейся катушки пропускает стираемый магнитный носитель данных через магнитное поле, создаваемое с помощью двух катушек в размагничивающей машине, при этом носитель находится на конвейерной ленте с переменной скоростью. Две катушки, создающие магнитное поле, вращаются; одна катушка расположена над носителем, а другая — под носителем. [10]
Технология импульсного размагничивания включает в себя циклическое приложение электрического тока в течение доли секунды к катушке, используемой для создания магнитного поля в размагничивателе. [16] Процесс начинается с подачи максимального напряжения и удерживается только в течение доли секунды, чтобы избежать перегрева катушки, а затем напряжения, подаваемые в последующие секунды, последовательно уменьшаются с различной разницей до тех пор, пока ток не перестанет подаваться на катушку. Импульсное размагничивание экономит затраты на электроэнергию, создает высокую напряженность магнитного поля, подходит для размагничивания больших сборок и является надежным из-за достижения нулевой ошибки размагничивания. [16]
Размагничиватели с постоянными магнитами используют магниты, изготовленные из редкоземельных материалов. Для их работы не требуется электричество. Размагничиватели с постоянными магнитами требуют адекватного экранирования магнитного поля, которое они постоянно имеют, чтобы предотвратить непреднамеренное размагничивание. Необходимость экранирования обычно приводит к тому, что размагничиватели с постоянными магнитами становятся громоздкими. Когда размагничиватели с постоянными магнитами небольшого размера, они подходят для использования в качестве мобильных размагничивающих устройств. [12]
Что такое размагничивание? Это машина, используемая для уничтожения данных, хранящихся на жестких дисках компьютеров и ноутбуков, дискетах и магнитной ленте, путем случайного изменения выравнивания магнитных доменов на носителе.