Magnetometer, niekedy nazývaný aj gaussmeter, meria silu magnetického poľa. Toto je dôležitý nástroj na kontrolu permanentných magnetov a elektromagnetov a na pochopenie tvaru konfigurácií polí neštandardných magnetov. S dostatočnou citlivosťou dokáže tiež detekovať magnetizované železné predmety. Polia závislé od času od motorov a transformátorov sa dajú zistiť, ak je sonda dostatočne citlivá.
V tomto článku Sprievodca vám povie, ako vytvoriť jednoduchý prenosný magnetometer so spoločnými komponentmi: lineárny Hallov senzor, Arduino, displej a tlačidlo. Celkové náklady sú nižšie ako 5 eur a citlivosť je ~ 0,01 mT v rozsahu od -100 do + 100 mT. Je to lepšie, ako by ste od tohto zariadenia očakávali. Ak chcete získať presné hodnoty, musíte kalibrovať prístroj a sprievodca tento proces tiež popisuje.
Náradie a materiály:
-SS49E lineárny Hallov senzor;
-Arduino Uno;
-SSD1306 - 0,96 ”monochromatický OLED displej s rozhraním I2C;
-Mikro tlačidlo;
- Guľôčkové pero;
-3 tenké lanká;
-12 cm tenká (1,5 mm) zmršťovacia trubica;
-Plastový box (18x46x83 mm);
-Pereklyuchatel;
-Batéria 9V;
- držiak na batériu;
Prvý krok: Teória
Na meranie magnetického poľa môžete použiť smartphone. Smartfóny zvyčajne obsahujú 3-osový magnetometer, ale zvyčajne sú optimalizované pre slabé magnetické pole Zeme ~ 1 Gauss = 0,1 mT. Umiestnenie snímača na telefóne nie je známe a nie je možné umiestniť snímač do úzkych otvorov, ako je napríklad otvor elektromagnetu.
Hallov efekt je bežný spôsob merania magnetických polí. Keď elektróny pretekajú vodičom v magnetickom poli, odchyľujú sa laterálne a vytvárajú tak potenciálny rozdiel na stranách vodiča. Správnym výberom materiálu a geometrie polovodiča sa získa merateľný signál, ktorý sa dá zosilniť a môže sa zabezpečiť meranie jednej zložky magnetického poľa.
Sprievodca používa lacný a široko dostupný snímač SS49E.
Tu sú jeho charakteristiky:
• Energeticky efektívne
• Pohodlné rozhranie DPS
• Stabilný výstup s nízkym šumom
• Rozsah napájacieho napätia od 2,7 V do 6,5 V DC
• Citlivosť 1,4 mV / G
• Čas odozvy: 3mks
• Linearita (% z rozsahu) 0,7%
• Rozsah prevádzkových teplôt od -40 ° C do 100 ° C
Senzor je kompaktný, ~ 4x3x2 mm. Zmeria zložku magnetického poľa kolmú na prednú plochu. Senzor je bipolárny a má 3 piny - Vcc Gnd Out
Krok dva: doštička
Sprievodca najprv zostaví obvod na doštičku. Spája Hallov senzor, displej a tlačidlo: Hallov senzor musí byť pripojený k + 5V, GND, A1 (zľava doprava). Displej musí byť pripojený k GND, + 5V, A5, A4 (zľava doprava). Po stlačení tlačidla je potrebné nadviazať uzemnenie na A0.
Kód bol napísaný a stiahnutý pomocou Arduino IDE verzie 1.8.10. Vyžaduje sa inštalácia knižníc Adafruit_SSD1306 a Adafruit_GFX.
Na displeji by sa mala zobraziť hodnota jednosmerného prúdu a hodnota striedavého prúdu.
Kód si môžete stiahnuť nižšie.
Magnetometer.ino
Krok tretí: Senzor
Hallov senzor je najlepšie nainštalovaný na konci úzkej trubice. Toto usporiadanie je veľmi výhodné a dá sa ľahko umiestniť do úzkych otvorov. Každá dutá trubica vyrobená z nemagnetického materiálu to urobí. Majster použil staré guličkové pero.
Musíte pripraviť tri tenké ohybné drôty, ktoré sú dlhšie ako trubica. Pripájajte drôty k nohám snímača, izolované.
Krok 4: Zostavenie
Batéria 9V, obrazovka OLED a Arduino Nano sa pohodlne zmestia do skrinky Tic-Tac. Výhodou je, že je priehľadný, takže hodnoty na obrazovke sú dobre prečítané vo vnútri. Všetky pevné súčasti (snímač, spínač a tlačidlo) sú pripevnené k hornej časti, takže celá jednotka môže byť odstránená z krabice, aby sa vymenila batéria alebo aktualizoval kód.
Master nebol fanúšikom 9 V batérií, sú drahé a majú malú kapacitu. Miestny supermarket však zrazu predal nabíjateľnú verziu NiMH za 1 euro. Môžu sa ľahko nabíjať, ak sú cez noc dodávané so silou 100 ohmov s výkonom 11 V prostredníctvom odporu 100 ohmov. Na pripojenie batérie používa master kontakty zo starej 9 V batérie. 9V batéria je kompaktná. Z batérie + podávané na Vin Arduino, mínus na GND. Výstup +5 V bude mať nastaviteľné napätie 5 V pre displej a Hallov senzor.
Hallova sonda, OLED obrazovka a tlačidlo sú pripojené rovnakým spôsobom ako na doštičke. Jediným doplnkom je, že tlačidlo zapnutia / vypnutia je nainštalované medzi batériou 9V a Arduino.
Krok 5: Kalibrácia
Kalibračná konštanta v kóde zodpovedá číslu uvedenému v technickom popise (1,4 mV / gauss), ale technický opis umožňuje široký rozsah (1,0 - 1,75 mV / gauss). Aby sme dosiahli presné výsledky, musíme kalibrovať sondu.
Najjednoduchší spôsob vytvorenia magnetického poľa s presne definovanou silou je použitie solenoidu.
Na výpočet sa použije tento vzorec: B = mu0 * n * I. Magnetická konštanta je konštantná mu0 = 1,2566x10 ^ -6 T / M / A. Pole je jednotné a závisí iba od hustoty vinutí n a prúdu I, ktoré je možné dobre merať presnosť (~ 1%). Vyššie uvedený vzorec v tomto prípade funguje, ak pomer dĺžky k priemeru L / D> 10.
Aby ste vytvorili vhodný solenoid, musíte zobrať dutú valcovú rúrku s L / D> 10 a navinutie vinutia. Master použil rúrku z PVC s vonkajším priemerom 23 mm. Počet otočení je 566. Odpor je 10 ohmov.
Potom dodáva energiu cievke a meria prúd multimetrom. Na riadenie prúdu používa zdroj striedavého napätia alebo premenlivý záťažový odpor. Zmeria magnetické pole pre niekoľko aktuálnych nastavení a porovná ho s údajmi.
Pred kalibráciou senzor vykázal 6,04 mT, zatiaľ čo teoreticky to bolo 3,50 mT. Preto Master vynásobil kalibračnú konštantu v riadku 18 kódu 0,58. Magnetometer je teraz kalibrovaný.
