პორტატული მაგნიტომეტრი: 7 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:17

მაგნიტომეტრი, რომელსაც ზოგჯერ გაუსმეტრსაც უწოდებენ, ზომავს მაგნიტური ველის სიძლიერეს. ეს არის მნიშვნელოვანი ინსტრუმენტი მუდმივი მაგნიტებისა და ელექტრომაგნიტების სიძლიერის შესამოწმებლად და არატრივიალური მაგნიტის კონფიგურაციის ველის ფორმის გასაგებად. თუ ის საკმარისად მგრძნობიარეა, მას ასევე შეუძლია აღმოაჩინოს რკინის საგნები მაგნიტიზირებულია თუ არა. ძრავებისა და ტრანსფორმატორებისგან დროის ცვალებადი ველები შეიძლება გამოვლინდეს, თუ ზონდი საკმარისად სწრაფია.

მობილური ტელეფონები ჩვეულებრივ შეიცავს 3 ღერძიან მაგნიტომეტრს, მაგრამ ისინი ოპტიმიზირებულია დედამიწის სუსტი მაგნიტური ველისთვის ~ 1 Gauss = 0.1 mT და გაჯერებულია რამდენიმე mT ველზე. სენსორის ადგილმდებარეობა ტელეფონში არ არის აშკარა და შეუძლებელია სენსორის განთავსება ვიწრო დიაფრაგმის შიგნით, როგორიცაა ელექტრომაგნიტის ხვრელი. უფრო მეტიც, თქვენ შეიძლება არ მოისურვოთ თქვენი სმარტფონის მიახლოება ძლიერ მაგნიტებთან.

აქ მე აღვწერ, თუ როგორ უნდა გავაკეთოთ მარტივი პორტატული მაგნიტომეტრი საერთო კომპონენტებით: დარბაზის ხაზოვანი სენსორი, არდუინო, ეკრანი და ღილაკი. საერთო ღირებულება 5 ევროზე ნაკლებია და ~ 0.01 მტ -ის მგრძნობელობა -100 -დან +100MT დიაპაზონში უკეთესია იმაზე, რასაც თქვენ გულუბრყვილოდ ელოდით. ზუსტი აბსოლუტური კითხვის მისაღებად, თქვენ გჭირდებათ მისი დაკალიბრება: მე აღვწერ, თუ როგორ უნდა გავაკეთოთ ეს სახლში დამზადებული გრძელი სოლენოიდით.

ნაბიჯი 1: დარბაზის გამოძიება

ჰოლის ეფექტი არის მაგნიტური ველების გაზომვის ჩვეულებრივი გზა. როდესაც ელექტრონები მიედინება გამტარში მაგნიტურ ველში, ისინი გადახრებიან გვერდით და ამით ქმნიან პოტენციურ განსხვავებას გამტარის გვერდებზე. ნახევარგამტარული მასალისა და გეომეტრიის სწორი არჩევანით წარმოიქმნება გაზომვადი სიგნალი, რომლის გაძლიერებაც შესაძლებელია და მაგნიტური ველის ერთი კომპონენტის გაზომვა.

მე ვიყენებ SS49E- ს, რადგან ის იაფი და ფართოდ ხელმისაწვდომია. რამდენიმე რამ უნდა აღინიშნოს მისი მონაცემთა ცხრილიდან:

• მიწოდების ძაბვა: 2.7-6.5 V, ასე რომ მშვენივრად შეესაბამება 5V არდუინოსგან.
• ნულოვანი გამომავალი: 2.25-2.75V, ასე რომ, დაახლოებით ნახევარი 0-დან 5V- მდე.
• მგრძნობელობა: 1.0-1.75mV/Gauss, ამიტომ ზუსტი შედეგების მისაღებად საჭიროა დაკალიბრება.
• გამომავალი ძაბვა 1.0V-4.0V (თუ მუშაობს 5V): კარგად დაფარული Arduino ADC.
• დიაპაზონი: +-650 გ მინიმალური, +-1000 გ ტიპიური.
• რეაგირების დრო 3mus, ასე რომ მას შეუძლია ნიმუშის აღება რამდენიმე ათეული kHz.
• მიწოდების დენი: 6-10mA, საკმარისად დაბალი ბატარეაზე მუშაობისთვის.
• ტემპერატურის შეცდომა: ~ 0.1% თითო გრადუსი C. როგორც ჩანს ცოტა, მაგრამ 0.1% ოფსეტური დრიფტი იძლევა 3mT შეცდომას.

სენსორი არის კომპაქტური, ~ 4x3x2 მმ და ზომავს მაგნიტური ველის კომპონენტს, რომელიც პერპენდიკულარულია მისი წინა სახისკენ. ის გამოაქვს პოზიტიურ ველებს, რომლებიც უკანა მხრიდან წინა მხარეს მიუთითებს, მაგალითად, როდესაც წინა მხარე მიიწევს მაგნიტურ სამხრეთ პოლუსზე. სენსორს აქვს 3 წამყვანი, +5V, 0V და გამომავალი მარცხნიდან მარჯვნივ, როდესაც ხედავთ წინა მხრიდან.

ნაბიჯი 2: საჭირო მასალა

• SS49E ხაზოვანი დარბაზის სენსორი. ეს ეღირება E 1 ევრო კომპლექტი 10 ონლაინ რეჟიმში.
• Arduino Uno პროტოტიპის დაფით პროტოტიპისთვის ან Arduino Nano (სათაურების გარეშე!) პორტატული ვერსიისთვის
• SSD1306 0.96”მონოქრომული OLED დისპლეი I2C ინტერფეისით
• მომენტალური ღილაკი

ზონდის შესაქმნელად:

• ძველი ბურთიანი ან სხვა მყარი ღრუ მილი
• 3 თხელი ხრახნიანი მავთული მილზე ოდნავ გრძელი
• 12 სმ თხელი (1.5 მმ) შეკუმშვის მილი

პორტატული რომ გახადოთ:

• დიდი ტიკტაკის ყუთი (18x46x83 მმ) ან მსგავსი
• ბატარეის დამჭერი 9 ვ
• ჩართვის/გამორთვის გადამრთველი

ნაბიჯი 3: პირველი ვერსია: Arduino პროტოტიპის დაფის გამოყენება

ყოველთვის იყავით პროტოტიპი ჯერ იმის შესამოწმებლად, რომ ყველა კომპონენტი მუშაობს და რომ პროგრამული უზრუნველყოფა ფუნქციონირებს! მიჰყევით სურათს და დააკავშირეთ ჰოლის ზონდი, ეკრანი და ნული ღილაკი: დარბაზის ზონდი უნდა იყოს დაკავშირებული +5V, GND, A0 (მარცხნიდან მარჯვნივ). ჩვენება უნდა იყოს დაკავშირებული GND, +5V, A5, A4 (მარცხნიდან მარჯვნივ). დაჭერისას ღილაკს სჭირდება კავშირი მიწიდან A1– ზე.

კოდი დაიწერა და აიტვირთა Arduino IDE ვერსიის 1.8.10 გამოყენებით. ის მოითხოვს Adafruit_SSD1306 და Adafruit_GFX ბიბლიოთეკების დაყენებას კოდის ატვირთვა თანდართულ ესკიზში.

ეკრანზე უნდა იყოს ნაჩვენები DC და AC მნიშვნელობა.

ნაბიჯი 4: ზოგიერთი კომენტარი კოდის შესახებ

თავისუფლად გამოტოვეთ ეს განყოფილება, თუ თქვენ არ ხართ დაინტერესებული კოდის შიდა მუშაობით.

კოდის მთავარი მახასიათებელია ის, რომ მაგნიტური ველი იზომება 2000 -ჯერ ზედიზედ. ამას დაახლოებით 0.2-0.3 წამი სჭირდება. გაზომვების ჯამისა და კვადრატული ჯამის თვალყურის დევნებით, შესაძლებელია გამოვთვალოთ როგორც საშუალო, ისე სტანდარტული გადახრა, რომლებიც მოხსენებულია როგორც DC და AC. დიდი რაოდენობით გაზომვების საშუალო სიზუსტით, თეორიულად იზრდება sqrt (2000) ~ 45. ასე რომ, 10 ბიტიანი ADC– ით ჩვენ შეგვიძლია მივაღწიოთ 15 – ბიტიანი ADC– ს სიზუსტეს! ეს დიდ განსხვავებას ქმნის: 1 ADC რაოდენობა არის 5mV, რაც ~ 0.3mT. საშუალო მაჩვენებლების წყალობით, ჩვენ ვაუმჯობესებთ სიზუსტეს 0.3mT– დან 0.01mT– მდე.

როგორც ბონუსი, ჩვენ ასევე ვიღებთ სტანდარტულ გადახრას, ამიტომ ცვალებადი ველები იდენტიფიცირებულია როგორც ასეთი. 50Hz– ზე მერყევი ველი აკეთებს full 10 სრულ ციკლს გაზომვის დროს, ასე რომ მისი AC მნიშვნელობა კარგად შეიძლება შეფასდეს.

კოდის შედგენის შემდეგ ვიღებ შემდეგ გამოხმაურებას: Sketch იყენებს პროგრამის შენახვის სივრცის 16852 ბაიტს (54%). მაქსიმალური არის 30720 ბაიტი. გლობალური ცვლადები იყენებენ დინამიური მეხსიერების 352 ბაიტს (17%), რის გამოც ადგილობრივი ცვლადებისთვის რჩება 1696 ბაიტი. მაქსიმალური არის 2048 ბაიტი.

სივრცის უმეტესობას ადაფრუტის ბიბლიოთეკები იკავებენ, მაგრამ შემდგომი ფუნქციონირებისთვის უამრავი ადგილია

ნაბიჯი 5: გამოძიების მომზადება

ზონდი საუკეთესოდ არის დამონტაჟებული ვიწრო მილის წვერზე: ამ გზით ის ადვილად მოთავსდება და ინახება პოზიციაში ვიწრო ხვრელების შიგნითაც კი. არა მაგნიტური მასალის ნებისმიერი ღრუ მილის გაკეთება მოხდება. მე გამოვიყენე ძველი ბურთი, რომელმაც შესანიშნავად მოირგო.

მოამზადეთ 3 თხელი მოქნილი მავთული, რომელიც მილზე გრძელია. მე გამოვიყენე 3 სმ ლენტიანი კაბელი. არ არსებობს ლოგიკა ფერებში (ნარინჯისფერი +5V, წითელი 0V, ნაცრისფერი სიგნალისთვის), მაგრამ მხოლოდ 3 მავთული მახსოვს.

პრობის პროტოტიპზე გამოსაყენებლად, შეაერთეთ ბოლოში გატეხილი მყარი ბირთვიანი მავთულის ნაწილი და დაიცავით ისინი შემცირებული მილით. მოგვიანებით ეს შეიძლება შეწყდეს ისე, რომ გამოძიების მავთულები პირდაპირ არდუინოს შეუერთდეს.

ნაბიჯი 6: პორტატული ინსტრუმენტის შექმნა

9V ბატარეა, OLED ეკრანი და Arduino Nano კომფორტულად ჯდება Tic-Tac ყუთში (დიდი). მას აქვს უპირატესობა იყოს გამჭვირვალე, ეკრანი კარგად იკითხება შიგნითაც კი. ყველა ფიქსირებული კომპონენტი (ზონდი, ჩართვა/გამორთვა და ღილაკი) მიმაგრებულია ზევით, ისე რომ მთელი ასამბლეის ამოღება შესაძლებელია ყუთიდან ბატარეის შესაცვლელად ან კოდის განახლებისთვის.

მე არასოდეს ვყოფილვარ 9V ბატარეების ფანი: ისინი ძვირია და მცირე ტევადობა აქვთ. მაგრამ ჩემმა ადგილობრივმა სუპერმარკეტმა მოულოდნელად გაყიდა NiMH- ის დატენვის ვერსია 1 ევროდ, და აღმოვაჩინე, რომ მათი მარტივად დატენვა შესაძლებელია ღამით 11V- ზე 100Ohm რეზისტორის საშუალებით. კლიპები იაფად შევუკვეთე, მაგრამ ისინი არასოდეს ჩამოსულან, ამიტომ მე გამოვართვი ძველი 9 ვ ბატარეა, რომ ზედა ნაწილი გადამექცია. 9 ვ ბატარეის კარგი მხარე ის არის, რომ ის კომპაქტურია და არდუინო კარგად მუშაობს მასზე ვინთან დაკავშირებით. +5V- ზე იქნება რეგულირებადი 5V ხელმისაწვდომი OLED და Hall გამოძიებისთვის.

ჰოლის ზონდი, OLED ეკრანი და ღილაკი დაკავშირებულია ისევე, როგორც პროტოტიპისთვის. ერთადერთი დამატებაა ჩართვის/გამორთვის ღილაკი 9 ვ ბატარეასა და არდუინოს შორის.

ნაბიჯი 7: კალიბრაცია

კალიბრის მუდმივი კოდში შეესაბამება მონაცემთა ცხრილში მოცემულ რიცხვს (1.4mV/Gauss), მაგრამ მონაცემთა ფურცელი იძლევა დიდ დიაპაზონს (1.0-1.75mV/Gauss). ზუსტი შედეგის მისაღებად, ჩვენ გვჭირდება გამოძიების დაკალიბრება!

კარგად განსაზღვრული სიძლიერის მაგნიტური ველის წარმოების ყველაზე პირდაპირი გზა არის სოლენოიდის გამოყენება: გრძელი სოლენოიდის ველის სიძლიერე არის: B = mu0*n*I. ვაკუუმის გამტარიანობა ბუნების მუდმივია: mu0 = 1.2566x10^-6 T/m/A. ველი ერთგვაროვანია და დამოკიდებულია მხოლოდ n გრაგნილების სიმკვრივეზე და მიმდინარე I- ზე, ორივე შეიძლება შეფასდეს კარგი სიზუსტით (~ 1%). ციტირებული ფორმულა მიღებულია უსასრულოდ გრძელი სოლენოიდისთვის, მაგრამ არის ძალიან კარგი მიახლოება ველის ცენტრში, რამდენადაც სიგრძისა და დიამეტრის თანაფარდობა, L/D> 10.

შესაფერისი სოლენოიდის შესაქმნელად აიღეთ ღრუ ცილინდრული მილი L/D> 10 და გამოიყენეთ რეგულარული გრაგნილი ემალირებული მავთულით. მე გამოვიყენე PVC მილაკი და მისი გარე დიამეტრი 23 მმ და დაჭრილი 566 გრაგნილი, ვიდრე 20.2 სმ, რის შედეგადაც n = 28/სმ = 2800/მ. მავთულის სიგრძეა 42 მ და წინააღმდეგობა 10.0 Ohm.

მიაწოდეთ ძალა კოჭას და გაზომეთ მიმდინარე დინება მულტიმეტრით. გამოიყენეთ ან ცვლადი ძაბვის წყარო, ან ცვლადი დატვირთვის რეზისტორი, რათა შეინარჩუნოთ მიმდინარეობა კონტროლის ქვეშ. გაზომეთ მაგნიტური ველი რამდენიმე მიმდინარე პარამეტრისთვის და შეადარეთ ის კითხვებს.

დაკალიბრებამდე მე გავზომე 6.04 მტ/წმ, ხოლო თეორია პროგნოზირებს 3.50 მტ/ა. ასე რომ, მე გავამრავლე კალიბრაციის მუდმივი კოდის მე -18 ხაზში 0.58 -ით. მაგნიტომეტრი ახლა დაკალიბრებულია!

მეორე ადგილი მაგნიტების გამოწვევაში