Схема магнитометр своими руками

Портативный магнитометр

1579270388 1 1

Магнитометр, иногда называемый также гауссметром, измеряет силу магнитного поля. Это важный инструмент для проверки постоянных магнитов и электромагнитов и для понимания формы поля конфигураций нестандартных магнитов. При достаточной чувствительности, он также может обнаружить, намагниченные железные объекты. Изменяющиеся во времени поля от двигателей и трансформаторов могут быть обнаружены, если зонд достаточно чувствительный.

В этой статье мастер-самодельщик расскажет, как сделать простой портативный магнитометр с общими компонентами: линейным датчиком Холла, Arduino, дисплеем и кнопкой. Общая стоимость составляет менее 5 евро, а чувствительность

1 Гаусс = 0,1 мТл. Расположение сенсора на телефоне не известно, и невозможно разместить сенсор внутри узких отверстий, таких как отверстие электромагнита.

Эффект Холла является распространенным способом измерения магнитных полей. Когда электроны протекают через проводник в магнитном поле, они отклоняются вбок и, таким образом, создают разность потенциалов на сторонах проводника. При правильном выборе материала и геометрии полупроводника получается измеримый сигнал, который можно усилить и обеспечить измерение одного компонента магнитного поля.

Мастер использует дешевый и широкодоступный датчик SS49E.

Шаг второй: макетная плата
Сначала мастер собирает схему на макетной плате. Подключает датчик Холла, дисплей и кнопку: датчик Холла должен быть подключен к + 5В, GND, A1 (слева направо). Дисплей должен быть подключен к GND, + 5V, A5, A4 (слева направо). При нажатии кнопки необходимо установить соединение с землей на A0.

1579270450 1 2

1579270360 1 3

1579270383 1 4

1579270442 1 5

Мастер не был поклонником 9 В аккумуляторов, они дорогие и имеют небольшую емкость. Но местный супермаркет внезапно продал перезаряжаемую версию NiMH по 1 евро каждая. Их можно легко зарядить, если подать на них питание 11 В через резистор 100 Ом в течении ночи. Для подключения батареи мастер использует контакты от старой 9 В батареи. 9 В батарея компактна. От батареи + подается на Vin Arduino, минус на GND. На выходе +5 В будет иметься регулируемое напряжение 5 В для дисплея и для датчика Холла.

1579270431 1 6

Шаг пятый: калибровка
Калибровочная константа в коде соответствует числу, указанному в техническом описании (1,4 мВ / гаусс), но техническое описание допускает большой диапазон (1,0-1,75 мВ / гаусс). Чтобы получить точные результаты, нам нужно откалибровать зонд.

1%). Приведенная формула в данном случае работает если отношение длины к диаметру L / D> 10.

Далее подает питание на катушку и измеряет ток с помощью мультиметра. Для контроля тока использует источник переменного напряжения или резистор переменной нагрузки. Измеряет магнитное поле для нескольких текущих настроек и сравнивает его с показаниями.

До калибровки датчик показывал 6,04 мТл, в то время как по теории 3,50 мТл. Поэтому мастер умножил калибровочную константу в строке 18 кода на 0,58. Магнитометр теперь откалиброван.

Источник

Собираем переносной магнитометр

Перевод статьи с сайта обучающих материалов Instructables

8d7460a59fdaf80b0762c78817b8b772

Магнитометр, который иногда ещё называют гауссометром, измеряет силу магнитного поля [в данном случае магнитную индукцию / прим. перев.]. Это прибор, необходимый при измерении силы постоянных магнитов и электромагнитов, а также для установления формы поля нетривиальных комбинаций из магнитов. Он достаточно чувствительный для того, чтобы определить намагниченность металлических предметов. В случае, если зонд будет работать достаточно быстро, он сможет определять изменяющиеся во времени поля от моторов и трансформаторов.

Шаг 1: датчик Холла

Эффект Холла часто применяется для измерения магнитных полей. Когда электроны проходят через проводник, помещённый в магнитное поле, их относит в сторону, в результате чего в проводнике появляется поперечная разность потенциалов. Правильно выбрав материал и геометрию полупроводника, можно получить измеряемый сигнал, который затем можно будет усилить и выдать измерение одной компоненты магнитного поля.

Я использую SS49E, поскольку он дешёвый и доступный. Что стоит отметить из его документации:

Шаг 2: Требуемые материалы

Шаг 3: Первая версия – с использованием доски для прототипирования

3d1b9e060c37f24ba82f85358912c3e3

49873e346880c76c4f3fcb14e876a904

Сначала всегда собирайте прототип, чтобы проверить работу всех компонентов и софта! Подключение видно на картинке: датчик Холла соединяется с контактами Arduino +5V, GND, A1 (слева направо). Дисплей соединяется с GND, +5V, A5, A4 (слева направо). Кнопка при нажатии должна замыкать землю и A0.

Код написан в Arduino IDE v. 1.8.10. Требуется установка библиотек Adafruit_SSD1306 и Adafruit_GFX.

Если всё сделано правильно, то дисплей должен выдавать значения DC и AC.

Шаг 4: Немного о коде

Если вам неинтересен код, эту часть можно пропустить.

Ключевая особенность кода состоит в том, что магнитное поле измеряется 2000 раз подряд. На это уходит 0,2 – 0,3 сек. Отслеживая сумму и квадрат суммы измерений, можно вычислять среднее и стандартное отклонения, которые выдаются как DC и AC. Усредняя по большому количеству измерений мы увеличиваем точность, теоретически на √2000 ≈ 45. Получается, что используя 10-битное АЦП, мы получаем точность 15-битного АЦП! И это имеет значение: 1 шаг АЦП – 4 мВ, то есть,

0,3 мТл. Благодаря усреднению, мы уменьшаем ошибку от 0,3 мТл до 0,01 мТл.

В качестве бонуса мы получаем стандартное отклонение, определяя таким образом изменяющееся поле. Поле, колеблющееся с частотой 50 Гц проходит порядка 10 циклов за время измерения, поэтому можно измерить величину AC.

У меня после компиляции получилась следующая статистика: Sketch uses 16852 bytes (54%) of program storage space. Maximum is 30720 bytes. Global variables use 352 bytes (17%) of dynamic memory, leaving 1696 bytes for local variables. Maximum is 2048 bytes.

Большую часть места занимают библиотеки Adafruit, однако ещё полно места для добавления функциональности.

Шаг 5: Готовим зонд

d19008e3f9fcfabf97268bf58a70fecc

da6d482e7cfadc535b0492dc4c65afa8

Зонд лучше всего закреплять на конце узкой трубки: так его просто будет помещать и удерживать в узких местах. Подойдёт любая трубка из немагнитного материала. Мне идеально подошла старая шариковая ручка.

Подготовьте три тонких гибких провода чуть длиннее трубки. В моём кабеле логики в цветах проводов нет (оранжевый +5 В, красный 0 В, серый – сигнал), просто так мне их проще запомнить.

Чтобы использовать зонд с прототипом, припаяйте кусочки проводов на конец кабеля и заизолируйте их термоусадкой. Позже их можно отрезать и припаять провода прямо к Arduino.

Шаг 6: Собираем переносной прибор

9769942b113cbb832959d4425ab17ab0

Батарейка на 9В, OLED-экран и Arduino Nano с комфортом умещаются внутри большой коробки Tic-Tac. Её преимущество в прозрачности – экран легко читается, даже находясь внутри. Все фиксированные компоненты (зонд, выключатель и кнопка) ставятся на крышку, чтобы всё можно было вынимать из коробки для замены батареи или обновления кода.

Я никогда не любил батарейки на 9В – у них высокая цена и малая ёмкость. Но в моём супермаркете внезапно стали продавать их перезаряжаемую версию NiMH по €1, и я обнаружил, что их легко зарядить, если подать 11 В через резистор на 100 Ом и оставить на ночь. Я заказал себе дешёвые разъёмы для батареек, но мне их так и не прислали, поэтому я разобрал старую батарейку на 9 В, чтобы сделать из неё коннектор. Плюс батарейки на 9В в её компактности, и в том, что на ней хорошо работает Arduino при подключении её к Vin. На +5 В будет регулируемое напряжение в 5 В, которое понадобится для OLED и датчика Холла.

Датчик Холла, экран и кнопка подсоединяются так же, как было на прототипе. Добавляется только кнопка выключения, между батарейкой и Arduino.

Шаг 7: Калибровка

4f6b072d66483eb1c2c9258c8cf06bf2

30aba4f6c0895616babf2d4798a18ab0

dc60c8834df02e6bd2cfb15d2ec3cc7b

Калибровочная константа в коде соответствует числу, прописанному в документации (1,4 мВ/Гс), однако в документации разрешён диапазон этого значения (1.0-1.75 мВ/Гс). Чтобы получать точные результаты, нужно откалибровать зонд.

Чтобы собрать подходящий соленоид, возьмите полую цилиндрическую трубу, длина которой в 10 раз больше диаметра, и сделайте намотку из изолированного провода. Я использовал ПВХ-трубку с внешним диаметром 23 мм и сделал 566 витков, протянувшихся на 20,2 см, что даёт нам n = 28/см = 2800 / м. Длина провода 42 м, сопротивление – 10 Ом.

Подайте питание на катушку и измерьте ток мультиметром. Используйте либо регулируемый источник тока, либо переменный резистор, чтобы управлять током. Измерьте магнитное поле для разных значений тока и сравните показания.

Перед калибровкой я получил 6,04 мТл/A, хотя по теории должно было быть 3,50 мТл/A. Поэтому я умножил константу калибровки в 18-й строчке кода на 0,58. Готово – магнитометр откалиброван!

Источник

Схемы металлоискателей MD4U

Сборка, настройка, обсуждение, теория и практика построения металлоискателей.

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Самодельный протонный МАГНИТОМЕТР

Зарегистрирован: Чт: 10 ноя 2005 17:43
Сообщения: 156
Откуда: VIIPURI

spacer

Вы можете отключить эти сообщения.

file.php?avatar=99

Зарегистрирован: Сб: 11 фев 2006 0:18
Сообщения: 898
Откуда: Воронеж

_________________
«Все истинно великое рождается медленным,незаметным ростом»

Зарегистрирован: Чт: 10 ноя 2005 17:43
Сообщения: 156
Откуда: VIIPURI

file.php?avatar=99

Зарегистрирован: Сб: 11 фев 2006 0:18
Сообщения: 898
Откуда: Воронеж

_________________
«Все истинно великое рождается медленным,незаметным ростом»

Зарегистрирован: Чт: 10 ноя 2005 17:43
Сообщения: 156
Откуда: VIIPURI

file.php?avatar=99

Зарегистрирован: Сб: 11 фев 2006 0:18
Сообщения: 898
Откуда: Воронеж

_________________
«Все истинно великое рождается медленным,незаметным ростом»

Почётный
aw1

Зарегистрирован: Вт: 21 фев 2006 18:31
Сообщения: 231
Откуда: Северный Кавказ

file.php?avatar=99

Зарегистрирован: Сб: 11 фев 2006 0:18
Сообщения: 898
Откуда: Воронеж

_________________
«Все истинно великое рождается медленным,незаметным ростом»

file.php?avatar=8

Зарегистрирован: Чт: 03 ноя 2005 14:20
Сообщения: 372
Откуда: РБ, Гомель

_________________
С уважением, TechnoID

file.php?avatar=63

Зарегистрирован: Сб: 24 дек 2005 22:40
Сообщения: 154
Откуда: Беларусь

_________________
TRACKER PI-1, ANKER-50.

spacer
Почётный
aw1

Зарегистрирован: Вт: 21 фев 2006 18:31
Сообщения: 231
Откуда: Северный Кавказ

= Феррозондовый,это как у Щедрина описывается?Тама помоему чувство не очень. =

=А в непрерывности работы нет необходимости.=

Зарегистрирован: Сб: 05 ноя 2005 0:45
Сообщения: 271

file.php?avatar=8

Зарегистрирован: Чт: 03 ноя 2005 14:20
Сообщения: 372
Откуда: РБ, Гомель

_________________
С уважением, TechnoID

Зарегистрирован: Чт: 10 ноя 2005 17:43
Сообщения: 156
Откуда: VIIPURI

Зарегистрирован: Чт: 10 ноя 2005 17:43
Сообщения: 156
Откуда: VIIPURI

file.php?avatar=207

Зарегистрирован: Пн: 24 апр 2006 8:52
Сообщения: 119
Откуда: Болгария

Зарегистрирован: Пт: 10 ноя 2006 12:22
Сообщения: 1

Зарегистрирован: Вт: 12 дек 2006 13:21
Сообщения: 17
Откуда: Россия

file.php?avatar=8

Зарегистрирован: Чт: 03 ноя 2005 14:20
Сообщения: 372
Откуда: РБ, Гомель

_________________
С уважением, TechnoID

Зарегистрирован: Вт: 12 дек 2006 13:21
Сообщения: 17
Откуда: Россия

file.php?avatar=8

Зарегистрирован: Чт: 03 ноя 2005 14:20
Сообщения: 372
Откуда: РБ, Гомель

_________________
С уважением, TechnoID

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 3

Источник

Магнитометрия

Магнитометр предназначен для измерения индукции магнитного поля. В магнитометре используется опорное магнитное поле, которое позволяет посредством тех или иных физических эффектов преобразовать измеряемое магнитное поле в электрический сигнал.
Прикладное применение магнитометров для обнаружения массивных объектов из ферромагнитных (чаще всего, стальных) материалов основано на локальном искажении этими объектами магнитного поля Земли. Преимуществом использования магнитометров в сравнении с традиционными металлодетекторами состоит в большей дальности обнаружения.

Феррозондовые (векторные) магнитометры

Одним из видов магнитометров являются феррозонды. Феррозонд был изобретен Фридрихом Фёрстером (Friedrich Förster)
FrFoerster
в 1937 году и служит для определения вектора индукции магнитного поля.

Прочитать о моем прототипе феррозондового магнитометра можно здесь.

Конструкция феррозонда

Простейший феррозонд состоит из пермаллоевого стержня, на котором размещена катушка возбуждения ((drive coil), питаемая переменным током, и измерительная катушка (detector coil).

Пермаллой — сплав с магнитно-мягкими свойствами, состоящий из железа и 45-82 % никеля. Пермаллой обладает высокой магнитной проницаемостью (максимальная относительная магнитная проницаемость

Если на сердечник накладывается постоянное магнитное поле, то в измерительной катушке появляется напряжение четных гармоник, величина которого служит мерой напряженности постоянного магнитного поля. Это напряжение отфильтровывается и измеряется.

По сравнению со стержневыми феррозондами такая конструкция имеет меньшие шумы и требует создания намного меньшей магнитодвижущей силы.

Принцип работы феррозонда

Профессиональные феррозондовые магнитометры

Ebinger Magnex

Foerster Ferex

Schiebel Dimads (трехосевой)
Schiebel Dimads

Применение феррозондовых магнитометров
Феррозонды используются для поиска полезных ископаемых (например, нефти), контроля багажа, исследования материалов, проверки эффективности магнитного экранирования, поиска подводных трубопроводов.

Бомба так и не была найдена! Подробнее об этом Вы можете прочитать в интересной книге «Chasing Loose Nukes» полковника Derek L. Duke:
Chasing loose nukes

Квантовые (скалярные) магнитометры

Другим видов магнитометров являются устройства, основанные на квантовых эффектах.

Протонные магнитометры

Michael Crichton
Майкл Крайтон

Цезиевые магнитометры

Разновидностью квантовых магнитометров являются атомные магнитометры на щелочных металлах с оптической накачкой.

цезиевый магнитометр G-858
G 858

Магнитометры Оверхаузера

Твердотельные магнитометры

Настройка магнитометров

Для тестирования феррозонда можно использовать катушки Гельмгольца. Катушки Гельмгольца используются для получения практически однородного магнитного поля. В идеальном случае они представляют собой два одинаковых кольцевых витка, соединенных между собой последовательно и расположенных на расстоянии радиуса витка друг от друга. Обычно катушки Гельмгольца состоят из двух катушек, на которых намотано некоторое количество витков, причем толщина катушки должна быть много меньше их радиуса. В реальных системах толщина катушек может быть сравнима с их радиусом. Таким образом, можно считать системой колец Гельмгольца две соосно расположенных одинаковых катушки, расстояние между центрами которых приблизительно равно их среднему радиусу. Такую систему катушек называют также расщепленный соленоид (split solenoid).
helmholtz

В центре системы имеется зона однородного магнитного поля (магнитное поле в центре системы в объеме 1/3 радиуса колец однородно в пределах 1%), что может быть использовано для измерительных целей, для калибровки датчиков магнитной индукции и т. д.
helmholtz 2

Также катушки Гельмгольца могут быть использованы для экранирования магнитного поля Земли. Для этого лучше всего использовать три взаимно перпендикулярные пары колец, тогда не имеет значения их ориентация.

Источник

Поделиться с друзьями
admin
Здоровая спина
Adblock
detector