Детектор неодимовых магнитов своими руками

Собираем переносной магнитометр

Перевод статьи с сайта обучающих материалов Instructables

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.

В мобильных телефонах обычно есть трёхосевой магнитометр, однако он оптимизирован для слабого магнитного поля Земли силой в 1 Гаусс = 0,1 мТл [миллитесла] и насыщается в полях с индукцией в несколько мТл. Где именно в телефоне расположен этот датчик, обычно непонятно, и расположить его внутри узкого места типа разреза магнита часто невозможно. Более того, лучше вообще не подносить смартфон к сильным магнитам.

В данной статье я опишу, как сделать простейший переносной магнитометр из распространённых комплектующих: нам потребуются линейный датчик Холла, Arduino, дисплей и кнопка. Общая стоимость прибора не выходит за пределы €5, а измерять он будет индукцию от -100 до +100 мТл с погрешностью в 0,01 мТл – гораздо лучше, чем можно было ожидать. Для получения точных абсолютных показателей его понадобится откалибровать: я опишу, как это делается при помощи длинного самодельного соленоида.

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:

• Питание: 2.7 — 6.5 В, что прекрасно совместимо с 5 В для Arduino.
• Нулевой сигнал: 2.25-2.75 В, примерно посередине между 0 и 5 В.
• Чувствительность: 1.0-1.75 мВ/Гс, поэтому для получения точных результатов потребуется калибровка.
• Выходное напряжение: 1,0 – 4,0 В (при работе от 5 В): диапазон покрывается АЦП Arduino.
• Диапазон: минимум ± 650 Гс, обычно +/1 1000 Гс.
• Время отклика: 3 мкс, то есть можно проводить измерения с частотой в десятки кГц.
• Рабочий ток: 6-10 мА, достаточно немного для батарейки.
• Температурная ошибка: 0,1% на градус Цельсия. Вроде немного, однако отклонение на 0,1% даёт ошибку в 3 мТл.

Датчик компактный, 4х3х2 мм, и измеряет компоненту магнитного поля, перпендикулярную его лицевой стороне. Он выдаёт положительное значение для полей, идущих от задней части к передней – к примеру, когда он стоит лицом к южному полюсу магнита. У датчика есть три контакта, +5 В, 0 В и выход – слева направо, если смотреть с лица.

Шаг 2: Требуемые материалы

• Линейный датчик Холла SS49E. €1 за 10 штук.
• Arduino Uno с доской для прототипирования или Arduino Nano без штырьков для портативного варианта.
• Монохромный OLED дисплей SSD1306 0.96” с интерфейсом I2C.
• Кнопка.

Для зонда:

• Шариковая ручка или другая прочная трубка.
• 3 тонких провода чуть длиннее трубки.
• 12 см термоусадки диаметром 1,5 мм.

Для портативной версии:

• Большая коробка Tic-Tac (18x46x83) или нечто похожее.
• Контакты для батарейки на 9 В.
• Выключатель.

Шаг 3: Первая версия – с использованием доски для прототипирования

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

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

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

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.

Самый простой способ получить магнитное поле хорошо определённой силы – использовать соленоид. Магнитная индукция поля соленоида равняется B = μ₀ * n * I. Магнитная постоянная (или магнитная проницаемость вакуума) – это природная константа: μ₀ = 1,2566 x 10 -6 Тл/м/А. Поле однородно и зависит только от плотности намотки n и тока I, которые можно измерить с погрешностью около 1%. Формула работает для соленоида бесконечной длины, однако служит очень хорошим приближением для поля в его центре, если соотношение его длины к диаметру превышает 10.

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

Как сделать простой детектор электромагнитного поля

Электромагнитное поле. Мы буквально купаемся в нем, ведь любой электроприбор и даже сами провода домашней сети являются источниками этого поля. Невооруженным взглядом электромагнитное поле не увидеть, но вот с помощью приборов можно. И сегодня я расскажу и покажу как сделать простой детектор поля буквально из пары элементов, с помощью которого даже можно отыскать скрытую проводку.

Схема и подготовка материала

За основу я взял простейшую схему которая выглядит так:

Номинал резистора указан от 3 до 4.7 кОм и подбирается он экспериментальным образом. Идеальным вариантом будет установка регулируемого резистора на 5 кОм, который позволит выполнить точную настройку уже собранного детектора.

Чувствительный полевой транзистор n — канального типа в принципе подойдет практически любой, но чтобы не покупать его в магазине достаточно покопаться в своих запасах и найти, например, старую гарнитуру со встроенным микрофоном.

И, разобрав его, извлечь полевой транзистор 596 S.

А так же подготовьте небольшой кусок нетравленой печатной платы, паяльник, олово припой, канцелярский нож, светодиод, держатель для батареи и переключатель.

После того, как все готово можно приступать к сборке нашего с вами детектора.

Сборка детектора

Первым делом нужно подготовить плату. Так как нам с вами необходимо соединить всего лишь несколько деталей, то печатать дорожки и вытравливать плату нет никакого смысла. Поэтому берем плату и канцелярский нож и делаем следующую схему:

После этого, чтобы очистить область где будут припаиваться детали, берем обычную стерку и хорошо очищаем поверхность. А затем залуживаем места контактов.

Все, теперь начинаем припаивать элементы согласно выше представленной схеме. Единственное, когда будете припаивать полевой транзистор, нужно либо заземлить паяльник, либо выключить его из сети. Я просто хорошо разогрел его и на время припаивания выходов полевика, просто выключил паяльник.

А в остальном пайка не должна вызвать у вас затруднений. У меня не нашлось сопротивления на 3 кОм, поэтому я просто соединил два сопротивления на 1 кОм и 2 кОм последовательным образом. Как потом оказалось, 3 кОм оказалось недостаточно и пришлось допаять еще одно сопротивление. И все, наш прибор, регистрирующий электромагнитное поле, готов.

Работа прибора показана в следующем видео:

Заключение

Собрав прибор по этой схеме, вы получите миниатюрный прибор, с помощью которого вы сможете даже отыскать скрытую проводку в вашем доме. Если статья оказалась вам полезна или интересна, то оцените ее лайком и поделитесь в социальных сетях. Спасибо за ваше внимание!

Источник

Приставка «Тестер магнитов»

Здравствуйте, уважаемые авторы, журналисты, читатели!

Эта приставка к мультиметру позволяет определять и сравнивать силу магнитов, направление магнитного поля и экранирующее (антимагнитное) действие различных материалов.

Ножовка по дереву
Ножовка по металлу
Дрель со сверлом диаметром 1 мм
Напильник плоский
Надфиль плоский
Кусачки
Пассатижи
Круглогубцы
Линейка
Маркер
Паяльник 25 Вт
Ножницы
Наждачная бумага
Кисть

Брус сосновый
Стеклотекстолит
Скотч
Клей
Припой
Канифоль
Растворитель 646
Ветошь
Провод многожильный
Герконы
Линейка пластмассовая

В качестве датчика магнитного поля я использовал магнитоуправляемый герметизированный контакт (геркон), а в качестве индикатора мультиметр.

Всё просто? Давайте подробнее рассмотрим мою самоделку. Вот её принципиальная схема.

Два параллельно включённых геркона подключены к мультиметру, включённому в режиме прозвонки полупроводников.

Такой режим можно найти даже в самых недорогих мультиметрах. В этом режиме прибор подаёт звуковой сигнал при малом сопротивлении измеряемой цепи, разумеется, и при её замыкании.

Геркон, применённый в данной самоделке имеет нормально разомкнутый контакт. Это означает, что контакт разомкнут в отсутствии магнитного поля. При появлении поля контакт замыкается.

Почему я использовал два геркона, а не один? Дело в том, что геркон, в силу своих конструктивных особенностей, реагирует на магнитное поле не одинаково с разных направлений. По – хорошему, чем больше герконов, соединённых параллельно, тем лучше. Но, руководствуясь своим опытом работы с магнитоуправляемыми контактами и принципом разумной достаточности, я остановился на двух, расположив их особым образом.

На этом фото показаны детали, из которых я собрал эту самоделку. Их совсем немного.

Два одинаковых геркона от датчиков охранной сигнализации, дощечка, линейка, провода, кусочек стеклотекстолита.

Герконы я расположил один над другим в виде буквы Х. При таком расположении, когда один геркон перестаёт реагировать на магнитное поле определённого направления, на поле начинает реагировать другой геркон.

Для этого вырезал небольшой кусок стеклотекстолита, разметил и просверлил отверстия. В отверстия вставил ножки герконов, загнул их с обратной стороны стеклотекстолита. Приклеил.

Концы проводов сделал в виде облуженных петелек, так как у моего мультиметра на щупы могут надеваться зажимы типа «крокодил».

Вставил плату с герконами в заранее сделанную в дощечке – основании прорезь, для надёжности добавив немного клея.

Закрепил провода скотчем.

Небольшое дополнение. Собирал эту конструкцию так.

Взял подходящий по ширине сосновый брус для изготовления основания.
Примерил к нему линейку, которая в конструкции служит для определения расстояния до исследуемого магнита.
Прикинул, сколько места нужно для крепления платы с герконами и крепления проводов.

Суммировал, дал запас в большую сторону, разметил и отпилил ножовкой по дереву нужный кусок бруса.
Ножовкой и плоским надфилем сделал в брусе поперечную прорезь для установки платы с герконами.
Ножовкой по металлу вырезал нужный по размерам кусок стеклотекстолита. Разметил и просверлил в нём четыре отверстия для выводов герконов.

Обработал напильником края бруска, зачистил наждачной бумагой и для облагораживания покрыл брусок тёмным лаком.
Отмерил два куска многожильного монтажного провода. С концов снял изоляцию и залудил.
Остальное описано выше.

Теперь о том, что может приставка и как с ней работать.

Включаем мультиметр в режиме прозвонки полупроводников. Исследуемый магнит медленно приближаем по линейке к плате с герконами до появления звукового сигнала. Считываем по шкале (линейке) расстояние до магнита. Записываем результат в тетрадь. Уводим магнит назад до пропадания звукового сигнала. Разворачиваем магнит другой стороной. Повторяем операцию по приближению магнита. Записываем в тетрадь новый результат. Подобным образом получаем множество данных о воздействии магнита на объект в зависимости от положения магнита относительно неподвижного объекта. Сложно, да? Но понятно.

Далее берём другой магнит и повторяем эти операции. Теперь у нас появилась возможность сравнить два магнита в одинаковых условиях.

Теперь исследуем антимагнитные свойства материалов, насколько они ослабляют действие магнитного поля. Для этого берём любой магнит, желательно, помощнее. Согласно вышеописанной методике, определяем и записываем расстояние до магнита, при котором начинает звучать сигнал. Не меняя положения магнита, уводим его по шкале – линейке до прекращения сигнала. Непосредственно перед герконами помещаем исследуемый антимагнитный материал. Площадь образца материала должна быть такой, чтобы полностью закрывать герконы от магнита. Приближаем магнит. При появлении звукового сигнала, останавливаем. Считываем и записываем результат. Расстояние (результат) должно уменьшиться. Отсюда делаем вывод, на сколько данный материал ослабляет магнитное поле. Это похоже на то, как материалы ослабляют радиоактивное излучение. Было очень интересно сравнивать свойства жести, латуни, ленты из пермаллоя, экраны трансформаторов и другое. Теперь подумайте, почему для основания приставки я использовал дерево, а для шкалы пластмассовую линейку.

Недавно я занимался научно – исследовательской работой «о влиянии магнитного поля на счётчики воды». Благодаря этой приставке, мне удалось объяснить «феномен», почему хвалёный неодимовый магнит не может остановить некоторые счётчики, а обычный, ферритовый, от динамика, может.

Можно сделать не приставку, а функционально законченное устройство. Заменить мультиметр в этом случае можно всего двумя деталями. Батарейкой и «пищалкой» со встроенным генератором, собрав такую схему.

Выключатель питания не требуется, в отсутствие магнитного поля схема ничего не потребляет.

Или, заменив мультиметр тремя деталями. Батарейкой, резистором и светодиодом, как на схеме.

Выключатель питания также не требуется, в отсутствие магнитного поля схема ничего не потребляет.

В заключение, хочу добавить. Магниты, если они имеют большие размеры, можно приближать и с боков приставки, также считывать результат по линейке. Именно по этой причине, в качестве основания я взял брусок, а не плоскую дощечку. Линейка имеет шкалу с двух сторон, что делает удобным работу при различном положении приставки относительно экспериментатора.

Надеюсь, эта статья была вам интересна и полезна.

Источник