Измеритель магнитного поля своими руками

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)

в 1937 году и служит для определения вектора индукции магнитного поля.

Прочитать о моем прототипе феррозондового магнитометра можно здесь.

Конструкция феррозонда

одностержневой феррозонд

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 ~100 000) и малой коэрцитивной силой. Популярной маркой пермаллоя для изготовления феррозондов является 80НХС — 80 % никеля + хром и кремний с индукцией насыщения 0,65-0,75 Тл, применяется для сердечников малогабаритных трансформаторов, дросселей и реле, работающих в слабых полях магнитных экранов, для сердечников импульсных трансформаторов, магнитных усилителей и бесконтактных реле, для сердечников магнитных головок.Зависимость относительной магнитной проницаемости от напряженности поля для некоторых сортов пермаллоя имеет вид —

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.

двухстержневой феррозонд

В качестве примера можно привести устройство, описанное в книге Каралиса В.Н. «Электронные схемы в промышленности» —

Прибор предназначен для измерения постоянных магнитных полей в диапазоне 0,001 … 0,5 эрстед.

Обмотки возбуждения датчика L1 и L3 включены встречно. Измерительная обмотка L2 намотана поверх обмоток возбуждения.  Обмотки возбуждения питаются током частоты 2 кГц от двухтактного генератора с индуктивной обратной связью.

Режим генератора стабилизируется по постоянному току делителем на резисторах R8 и R9.

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

Этот датчик представляет собой обмотку возбуждения, намотанную на тороидальном сердечнике, по которой протекает переменный ток с амплитудой, достаточной для ввода сердечника в насыщение, и измерительную обмотку, с которой снимается переменное напряжение, которое и анализируется для измерения внешнего магнитного поля.Измерительная обмотка наматывается поверх тороидального сердечника, охватывая его целиком (например, на специальном каркасе) -Эта конструкция аналогична первоначальной конструкции феррозондов (конденсатор добавлен для достижения резонанса на второй гармонике) —

В http://motivationtolearn.org/wordpress/?p=1347 описан феррозонд с сердечником из мотка омедненных стальных проводов для телефонии HC-734A диаметром 0,5 мм —

Обмотка возбуждения содержит около 200 витков.

Параллельно обмотке включены два конденсатора 0,47 мкФ и 0,22 нФ, которые служат для выделения cинусоиды первой гармоникиcиз прямоугольного сигнала частотой 2,5 кГц, поступающего с выхода (ножка 3) таймера NE555 через потенциометр 10 кОм и конденсатор 10 мкФ.

Измерительная обмотка содержит 500 витков с параллельно включенным конденсатором 3,3 нФ, который настраивает контур в резонанс на частоте второй гармоники 5 кГц.

Автор этого проекта — Graeme Keon:

ортогональный феррозонд
Также применяются ортогональные (orthogonal) феррозонды —

В случае ортогонального феррозонда его сердечник соответствует цилиндрам («бочонкам») (ferrite beads), используемым в ферритовых фильтрах, одетых на различные кабели.Размеры таких цилиндров отличаются друг от друга —

Принцип работы феррозонда

Феррозонд является разновидностью ферроиндукционного преобразователя. Главной особенностью таких преобразователей является изменение магнитной проницаемости $mu$ сердечника под внешним воздействием (механическим, тепловым или  магнитным).

Если же на сердечник накладывается внешнее магнитное поле, то возникает дисбаланс, так как в одной половинке сердечника это поле складывается с полем возбуждения, а во второй — вычитается. Из-за этого в измерительной обмотке наводится ЭДС, которая имеет вид коротких импульсов.

Для оценки силы внешнего магнитного поля анализируется величина второй гармоники этой ЭДС, так как несимметрия датчика проявляется сильнее в возникновении нечетных гармоник.

блок-схема феррозонда

Профессиональные феррозондовые магнитометры

Ebinger Magnex

Foerster Ferex

Schiebel Dimads (трехосевой)

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

Инцидент с водородной бомбой (Tybee Bomb)
Наиболее экзотичен случай использования феррозонда для поиска утерянной вблизи калифорнийского берега американской атомной бомбы. Этот инцидент получил название Tybee Bomb.

5 февраля 1958 года пилот бомбардировщика B-47 «Stratojet» был вынужден после столкновения в воздухе с истребителем F-86 «Saberjet» сбросить водородную бомбу Mark 15 с высоты 7200 футов в океан вблизи южного берега необитаемого острова Little Tybee для обеспечения безопасной посадки —

бомба MK15

экипаж B-47
(слева направо — Howard Richardson, Robert Lagerstrom, Leland Woolard)

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

Поиск подводных лодок
На сайте Natural Resources Canada в виртуальном музее (http://geomag.nrcan.gc.ca/lab/vm/fluxgate-eng.

php) представлен феррозондовый магнитометр, использовавшийся во время Второй Мировой войны для поиска подводных лодок с воздуха —

На сайте John H. Lienhard (http://www.uh.edu/engines/epi2381.

htm) представлена фотография самолета в воздухе с подвешенным феррозондом —

Квантовые (скалярные) магнитометры

Другим видов магнитометров являются устройства, основанные на квантовых эффектах.

Протонные магнитометры

Наиболее популярные из квантовых магнитометров — протонные магнитометры (proton precession magnetometer, PPM), в которых используется явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Отличием такого магнитометра от феррозонда является то, что он измеряет только модуль магнитной индукции.

В Физической энциклопедии. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988 приведена схема протонного магнитометра —

В протонных магнитометрах сосуд с богатой протонами жидкостью (дистилированная вода, керосин, этиловый спирт) помещают внутрь катушки.

Протоны (ядра атомов водорода) ведут себя как микроскопические магниты. По катушке пропускается постоянный ток силой до нескольких ампер, создающий магнитное поле с индукцией около 10 мТл, которое вызывает поляризацию магнитов-протонов в жидкости, и направленное приблизительно перпендикулярно измеряемому магнитному полю.

Если затем ток в катушке резко выключить, то магнитное поле, создававшееся этим током, тоже исчезнет, и оси вращения протонов вернутся в свое исходное положение, но это возвращение будет сопровождаться в течение нескольких секунд (время релаксации) прецессией этих осей (ларморовская прецессия) —

При этом в катушке возникает очень слабая (единицы микровольт) затухающая синусоидальная ЭДС с частотой прецессии (ларморовская частота, Larmor frequency), которая зависит от индукции измеряемого магнитного поля —  $f = {Bover 23,4875}$ ,где $f$ — частота, Гц; $B$ — индукция измеряемого магнитного поля, нТл.Коэффициент 23,4875 равен $2pi Lover M$, где

$L$ — угловой момент протона,  $M$ — магнитный момент протона. Он является обратной величиной от Proton Gyromagnetic Ratio = 0,042576 Гц/нТл.

Этот используемый многими геофизиками и любителями метод получил название Varian-Packard по фамилиям ученых, опубликовавших статью Packard M., Varian R.

, Free Nuclear Induction in the Earth's magnetic field, Phys.Rev. 93, 941 (1954), и известен с 1950-х годов.

Недостатки протонных магнитометров —

• требуется очень точное измерение частоты (с точностью до 0,04 Гц для частоты в тысячи Гц) для очень слабого сигнала (единицы микровольт);
• подверженность внешним электромагнитным помехам, например, от электропроводки, поэтому протонные магнитометры не эксплуатируются внутри зданий и сооружений.

В Большой Советской Энциклопедии приведена схема протонного магнитометра с двумя катушками —

L — катушка, создающая вспомогательное намагничивающее поле H0;
П — катушка, в которой возникает ЭДС, обусловленная прецессией ядерных моментов вокруг измеряемого магнитного поля Н;У — усилитель сигнала;Ч — частотомер.

Постройка низкобюджетного и эффективного протонного магнитометра описывается на сайте http://www.gellerlabs.com/PMAG%20Docs.htm исследователя Joe Geller —

Катушки этого магнитометра —
Толчком этому проекту послужила статья Nicholas Wadsworth с девизом «Building a sensitive magnetometer and an accurate solid-state timer» в колонке Amateur Scientist журнала Scientific American за февраль 1968 года —

Скачать статью можно по ссылке — http://www2.neuroscience.umn.edu/eanwebsite/PDF%20EAN%20pubs/Sci%20Am%20218%20124%201968.pdf.
Устройство протонного магнитометра также описано на странице http://gravmag.ou.edu/mag_measure/magnetic_measure.html.

Применение протонных магнитометровПротонные магнитометры широко используются в археологических исследованиях.

Протонный магнитометр упоминается в научно-фантастической новелле Майкла Крайтона «В ловушке времени» («Timeline») —

He pointed down past his feet. Three heavy yellow housings were clamped to the front struts of the helicopter. «Right now we’re carrying stereo terrain mappers, infrared, UV, and side-scan radar.”  Kramer pointed out the rear window, toward a six-foot-long silver tube that dangled beneath the helicopter at the rear. “And what’s that?” “Proton magnetometer.” “Uh-huh. And it does what?” “Looks for magnetic anomalies in the ground below us that could indicate buried walls, or ceramics, or metal.”

Майкл Крайтон

Цезиевые магнитометры

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

цезиевый магнитометр G-858

Магнитометры Оверхаузера

Твердотельные магнитометры

Наиболее доступными являются магнитометры, встроенные в смартфоны. Для Android хорошим приложением, использующим магнитометр, является Physics Toolbox Magnetometer.  Страничка этого приложения — http://physics-toolbox-magnetometer.android.informer.com/.

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).

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.

Магнитная индукция в центре системы определяется как $B = mu _0,{left( {4over 5}
ight) }{3/2} , {INover R}$,
где $N$ – число витков в каждой катушке, $I$ – ток через катушки, $R$ – средний радиус катушки.

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.

Прибор для измерения электромагнитного излучения: что это, для чего нужен, как сделать своими руками

Прибор для измерения электромагнитного излучения позволяет выявить негативные волны, идущие от ЛЭП (линий, передающих электричество), бытовой техники, электрооборудования.

Ионизирующие и неионизирующие потоки невозможно пощупать или увидеть. Несмотря на это, они могут отрицательно влиять на здоровье человека.

Между прочим, ученые всего мира продолжают дискуссии о пользе и вреде этих сигналов (ультрафиолетовое, рентгеновское излучение, радиоволны).

Электромагнитное излучение (ЭМИ): что это?

Силовые поля, которые возникают возле источников или потребителей электрического тока, это и есть электромагнитное излучение. Оно воздействует на все окружающие предметы, людей, животных. На степень подверженности этим сигналам непосредственно влияет частота и длина волн.

Воздействие на человека оказывает любое ЭМИ, начиная от обычной электрической лампочки, заканчивая гамма-лучами, отличаясь только объемом единоразового облучения. Степень воздействия и нахождение вредоносных зон можно определить при помощи прибора для измерения электромагнитного излучения. Рекомендовано проводить проверку не только на предприятиях, но и в жилых домах.

Основные причины появления излучения

Для того чтобы избежать воздействия предельных показаний излучения, необходимо принимать соответствующие меры, обеспечивающие сохранность жизни и здоровья людей. Основными источниками ЭМИ являются следующие факторы:

• Мобильная связь и радиоволны.
• Линии электропередач.
• Источники электричества.
• Рентгеновские и схожие с ними аппараты.

Провести точные измерения самостоятельно довольно непросто. Наиболее точно понять силу и тип волн позволяют высокоточные приборы для измерения электромагнитных полей и излучений (типа ПЗ-31). В продаже имеются различные домашние дозиметры и детекторы. Однако они имеют высокую долю погрешности.

Бытовой прибор для измерения электромагнитного излучения

Эти аппараты производятся преимущественно в Китае. При этом они не обладают точными данными.

Если требуется квалифицированная помощь в этом аспекте, работу лучше доверить специалистам, обладающим соответствующими знаниями и приспособлениями.

В таких сертифицированных лабораториях имеется ряд высокоточных устройств, дающих возможность провести качественную экспертизу с предоставлением комплексной оценки результатов.

Методы проверки подбираются для каждого конкретного случая, в зависимости от концентрации энергии, частотности волн, интенсивности полей. Все условия и нормы прописаны в СанПиНе. Полученные показания выводятся по специальной шкале.

Частота электромагнитных сигналов зависит от спектральных параметров. Длина излучения может колебаться от 103 метров до нескольких миллиметров. ЭМИ измеряется в ГГц, а длина волны в мегаметрах (Мм).

При проведении комплексного исследования во внимание принимают электрический и магнитный аспект.

Согласно санитарно-эпидемиологическим стандартам показания прибора для измерения электромагнитного излучения не должны превышать норму в 50-300 ГГц.

В случае превышения параметров полагается доплата либо сокращение рабочего времени пропорционально увеличению дозы облучения.

Большая опасность таится не в отдельно взятой волне, а в накоплении электромагнитного фона, чему подвержены все живые организмы. Предполагают, что это может приводить к мутациям, изменениям ДНК и раковым заболеваниям.

Профессиональные модификации

Рассмотрим характеристики и возможности приспособлений для измерения ЭМИ, которые используются в экологических службах. Наиболее популярными и точными считаются модификации ПЗ-41 и ПЗ-31.

Прибор для измерения электромагнитного излучения ПЗ-31 предназначен для определения среднеквадратичных параметров интенсивности электрических и магнитных полей. Кроме того, он измеряет амплитуду и импульсы модуляции, концентрацию потока энергии, соответствие электромагнитных полей стандартам СаНПиН и ГОСТА.

Возможности устройства ПЗ-31:

• Фиксирование усредненных показаний результатов текущих параметров концентрации потока энергии и интенсивности магнитных полей за истекшие шесть минут.
• Отбор и сохранение в оперативной памяти полученной информации с возможностью вывода сведений и предельных значений в течение трех с половиной дней работы (от усредненных до предельных значений в диапазоне 1-832).
• Исследование местоположения излучения.
• Выдача звукового сигнала при достижении предельных показателей.

Особенности

Прибор для измерения электромагнитного излучения ЛЭП и других источников марки ПЗ-31 обладает следующим частотным диапазоном:

• По отношению к электрическому полю – 0,03-300 МГц при разности измерения от 2 до 600 В/м.
• В части магнитного компонента – 0,01-30 МГц (0,5-16 А/м).
• В плане концентрирования потока энергии – 300-40000 МГц (0,265-100000 мкВт/кв. см).

Основными плюсами устройства является компактность, малый вес, простота в эксплуатации, длительность работы не менее 60 часов.

ПЗ-41

Этот прибор для измерения электромагнитного излучения в квартире также подходит в качестве тестера при аттестации рабочего места. У него выше точность по выявлению неионизирующих волн. Приспособление обладает широким охватом всевозможных частот, включая длинные сигналы и микроволны. Агрегат позволяет произвести высокоточные замеры радиоактивности любого электрического оборудования.

Меры предосторожности

Абсолютно обезопасить себя от негативного воздействия ЭМИ в современном мире невозможно. Тем не менее прибор для измерения электромагнитного излучения от ЛЭП и других источников электричества позволит выявить особо опасные зоны и предпринять соответствующие меры.

Правила безопасности:

• Желательно не устанавливать бытовые устройства в зоне отдыха, что даст возможность минимизировать воздействие вредного излучения.
• Стараться чаще бывать на природе, вдали от любых источников электричества.
• Регулярно принимать душ или ванну, что позволяет уменьшить статический фон организма, который вырабатывает собственное электромагнитное поле.
• Своевременно менять технику, поскольку некоторые детали после истечения гарантированного срока начинают выделять больше радиоактивных волн.

Как сделать прибор для измерения электромагнитного излучения своими руками?

Это устройство не выдает показатели, однако позволяет услышать электромагнитное поле. Для его изготовления потребуется старый кассетный плеер и клей. Мини-магнитофон необходимо разобрать и вынуть аккуратно основную плату. рабочая деталь – это считывающая головка. Около нее имеется пара проводов на болтах. Крепление следует открутить, а головка останется висеть на шлейфе.

Затем плата помещается обратно в корпус, а оставшийся элемент приклеивается снаружи при помощи клея. В качестве динамика будет служить внешний аналог либо наушники. Прислонив считывающую головку к телевизору, вы услышите электромагнитное излучение.

Чем новее телевизионный приемник, тем слабее звук, что говорит о пониженном количестве ЭМИ. Считывать информацию можно на расстоянии до 400 мм. Примечательно, что излучение дают любые мобильные телефоны, зарядка для них и даже телевизионный пульт.

Детектор СВЧ-волн

Схема такого самодельного прибора состоит из нескольких блоков, включающих в себя измерительную головку, питающие источники, микроамперметр, рабочую плату.

Головка для измерения – это вибратор полуволнового типа, к которому присоединяются диоды типа Д-405, дающие возможность выпрямлять ток сверхвысокой частоты. Кроме того, на нем крепится конденсатор на 1000 пФ на текстолитовой пластине.

Полуволновой вибратор представляет собой пару отрезков трубок диаметром 10 мм и длиной 70 мм. Подойдут заготовки из алюминия или другого немагнитного материала.

Минимальное расстояние между краями элементов составляет не более 10 мм, чтобы была возможность размещения диода.

Предельная дистанция между торцами труб не должно превышать 150 мм, что соизмеримо с половиной длины волны частоты в 1ГГц.

Чем толще будут трубки, тем меньше вибратор подвергается искажению величины, в зависимости от частоты сигнала. Для точной градации шкалы необходимо использовать калиброванный генератор нужной частоты. Разметку желательно проводить нескольких частот.

Такое приспособление позволит ориентировочно измерить ЭМИ, но не является сверхточным устройством.

Как альтернатива, имеется возможность приобретения комплекта деталей для создания детектора, который можно собрать самостоятельно, однако погрешность будет и у него.

В заключение

Заботясь о своем здоровье в плане влияния ЭМИ на организм, многие пользователи задумываются, как называется прибор для измерения электромагнитного излучения? Выше рассмотрены несколько профессиональных и самодельных моделей. Если вы озабочены возможностью проявления негативного поля, лучше обратиться к специалистам. Приблизительные значения можно выявит при помощи бытовых и самодельных приспособлений.

Индикаторы магнитного поля своими руками

Полезная электроника

Промышленные приборы для измерения значений магнитных полей относительно мало распространены. В связи с этим на практике могут оказаться полезнымиu001f описываемые здесь простые индикаторы магнитных полей.

Индикаторы постоянного поля

В индикаторе,собранном по схеме рис.1, а, магниточувствительным элементом (датчиком) является гepкон SF1, с подвижным экраном, позволяющим частично ослаблять магнитное поле Н.

Геркон присоединен гибкими проводниками с вилкой ХТ 1 на концax к индикаторной лампе накаливания HLl и батарее питания GВ1. Под воздействием магнитного поля контакты геркона замыкаются, и лампа загорается.

Можнu001fо также присоu001fединить проводники от геркона к авометру любоrо типа,включенному как омметр на пределе X 1000. В этом случае действие магнитноrо поля будет вызывать отклонение стрелки авометра.

Экраном служит тонкостенниая u001fтрубка подходящеrо диаметра из магнитомягкой стали(например, корпyс конденсатора KБГ-M), в котu001fорой сделано окно 3 соответственно размерам геркона.

Порог срабатывания герконa и чувствительнu001fu001fость к полю зависят от положения экрана,u001f что позволяет снабдить индикатор простейшей шкалой 3. оцифрованной в относительных единицах. Индикатор реагирует на поля, создаваемые динамическими головками прямого излучения.

Электроизмерительными приборами магнитоэлектрической систеu001fмы и т. п., на расстоянии нескольких сантиметров.

Индикатор по схеме рис. 1. в. состоит из датчика поля, катушки L1 с магнитопроводом-концентратором и микроамперметра РА} (авометра) или вольтметра РU1 (рис. 1, г) на наименьшем пределе измерения. Датчик(pиu001fc.

1, д) представляет собой стержень из магнu001fитоu001fмягкогo материала сечением 0.5…1.5 см 2 и длиной 10….15 см с каркасом, на котором намотано внавu001fал 10000… 15000 витков провода ПЭВ-l 0,05…0,1.

Можно использовать катушку с сердечником от реле РКН или РПН,удалив якорь и контактные пружины.

При перемещении (повороте) датчика относительно силовых линий магнитногo поля возникающая в катушке ЭДС индукции вызывает кратковременный бросок стрелки авометра. Большей напряженности поля соответствует и большее отклонение стрелки.

Индикатор низкочастотных полей

Индикатор по схеме на рис. 2,а отличается от предыдущего включением в цепь датчика L1 полупроводникового диода VD1. Индикатор обнаруживает поля рассеяния трансформаторов питания, электродвигателей и т. п.

на расстоянии до 10 см и более. Еще чувствительнее устройство со звуковым индикатором (рис. 2, б) головными телефонами ВF1 ТОН-2, ТОН-2А или другими высокоомными.

Как известно, звукоотдача телефонов на низких частотах невелика, а чувствительность слуха u001f понижена.

Это позволяет с успехом использовать eгo для обнаружения и оценки полей рассеяния катушек и даже одиночных проводников, по которым протекают токи силой около нескольких ампер, например в цепях питания нитей накала радиоламп.

Возможно также использование индикатора для обнаружения скрытой в стенах — электроu001f или радиопроводки.

В преu001fдельно упрощенном устройстве, выполненном по схеме на рис. 2, в, один из излучателей высокоомногo головноrо телефона ВF1.

1, снятый с оголовья и освобожденный от амбушюра и мембраны, используется в качестве датчика переменного магнитного поля, а другой излучатель (ВF1.2) является звуковым u001fиндикатором.

Диод VD1 присоединен к штепсельной вилке ХТ1 телефонов. Чувствительность этого индикаторu001fа меньше чем предыдущего.

h3>Индикатор полей ультразвуковой частоты

Индикатор магнитного поля ультразвуковой частоты может быть выполнен по схеме рис.2,а, если применить в нем катушку L1 с u001f ферритовым сердечником. Катушка должна содержать неu001fколько десятков или cотен витков,намотанных на cтeнкe диаметром 8…10 и длиной 100…200 мм из феррита марки М400НН или М600НН. Возможно также использование Г-u001fобразных или П-u001fобразных сердечников.

В телевизорах магнитные поля ультразвуковой частоты (15625 Гц) создаются выходными траu001fнсформаторами строчной развертки, строчными катушками отклоняющей системы, катушками регуляторов линейности и размера строк, а в телевизорах цветного изображения- катушками блока динамического сведения лучей кинескопа.

Он содержит датчик u001f катушку LI с ферритoвым сердечником, который служит магнитопроводом-концентратором, и миниатюрную лампу накаливания HL1. Можно использовать и менее чувствительную лампу накаливания, включив ее по схеме рис. 3, б.

В этом случае катушкаu001fдатчик L1, конденсатор Сl и лампа HL1 образуют последовательный колебательный контур,в котором возникает резонанс напряжений на частоте строчной развертки.

Конструкция такого индикатора показана на рис. 3, в. Катушка 3 содержит 50 витков провода ПЭВ-1.

0,23…0,31, намотанных в один слой на бумажной гильзе 2, которая может перемещаться вдоль стержня 1 диаметром 10 и длиной 200 мм из феррита марки М400НН или М6ООНН. Стержень закреплен в картонной или пластмассовой (но не металлическойl) трубке 4 длиной 200…300 мм, на которой может быть также конденcaтop 5 МБМ или БМ.

Трубка вставлена в пластмассовую или деревянную ручку 6 (например, от ненужного электропаяльника). В отверстии ручки укреплена лампа накаливания 7.

Оптимальное положение гильзы 2 находят, приставив стержень 1 торцом к магнитопроводу выходного трансформатора строчной развертки работающего Телевизора, по максимальной яркости свечения лампы 7, после чeго фиксируют гильзу лаком или клеем.

При oцeнке с помощью индикатора неисправностей в телевизорах следует учесть, что поле рассеяния строчного трансформатора ослабевает при наличии междувитковых замыканий в регуляторах размера и линейности строк или в строчных отклоняющих катушках и особенно-при пробое конденсатора вольтодобавки.

В случае же замыкания в обмотках caмoгo трансформатора eгo поле рассеяния вообще не обнаруживается.

При наличии короткозамкнутых витков в строчных u001fотu001fклоняющих катушках их поле ослабевает, а если расколот ферритовый сердечник отклоняющей системы — оно может возрасти в месте расположения трещины.

Индикаторы полей радиочастоты

Индикатор магнитной составляющей поля радиочастоты (рис.

4) представляет собой ненастраиваемый широкополосный приемник прямого усиления с катушкой Ll (магнитной антенной WAl) на диапазоны дв и св и катушкой L2 диапазона КВ, которые соединены, соответственнo, с детекторами на диодах VDl и VD2.

Кроме основной функции диоды также являются разделительными, устраняя взаимное влияние катушек Ll и L2. Постоянная составляющая тока детекторов усиливается транзисторами VТ1 и VT2.

При этом сопротивление участка коллектор — эмиттер транзистора VT2 оказывается зависящим от напряженности поля, что позволяет выполнить индикатор в виде приставки к авометру PRl,включенному на пределе измерения X 1000. При измерении необходимо соблюдать указанную на схеме полярность напряжения на гнездах ХТ2 авометра, которую легко определить, подключив к ним любой полупроводниковый диод.

Дело в том, что контактная разность потенциалов, возникающая на гpaнице p-u001fn переход а в легированном германии, значительно меньше чем в кремнии.

Поэтому прямой ток в несколько миллиампер протекает через германиевый диод уже при напряжении 0,2…0,3 В, а через кремниевый u001fлишь при 0,8…0,9 В. Следовательно, индикатор с германиевыми диодами более чувствителен.

Это свойство присуще не только полупроводниковым диодам, но также и pu001fn переходам транзисторов. Поэтому для повышения чувствительности индикатора кремниевый транзистор VТ1 можно заменить германиевым, например серий МП37 — u001fМП38.

Данные катушек LI и L2 выбирают в зависимости от требуемого диапазона радиочастот. Катушка L1 может состоять из 100…150 витков однослойной намотки проводом ПЭВu001f1 0,23…0,31. продолжением которой служат две-u001fтри секции по 100…150 витков провода ПЭВu001f1 0,12…

0,18, намотанные внавал в том же направлении на стержне диаметром 8…10 и длиной 100…200 мм из феррита марки М400НН или М600НН.

Такое выполнение магнитной антенны уменьшает собственную распределенную емкость катушки L1, что способствует расширеu001fнию полосы пропускания входной цепи индикатора.

Приставка к мультиметру М830 для измерения электромагнитного излучения

Человек в современном мире подвержен нарастающему воздействию электромагнитных полей различых частот, при этом основными источниками такого воздействия являются различные носители электроэнергии.

Определено, например, что имеется связь между заболеваемостью злокачественными опухолями и степенью удаленности мест обитания человека от ЛЭП.

Выявлено также четкое воздействие электромагнитного излучения на некоторые части головного мозга — в частности, на эпифиз — железу, ответственную за выработку гормона мелатонина.

 Мелатонин отвечает за ход биологического ритма человека (чередование дневного бодрствования и ночного сна), и сбой в его выработке способен вызвать непроходящую усталость, потерю работоспособности, нарушение концентрации внимания, состояние депрессии и другие негативные эффекты.

Поэтому важно проводить измерения электромагнитного излучения в различных частотных диапазонах от следующих источников: радио- и телевизионных вещательных станций и радиолокационных установок, систем радиосвязи и установок в промышленности, трансформаторных подстанций и линий электропередач (ЛЭП), а также бытовых электроприборов, например, СВЧ печей, компьютеров и многого другого. Конечно, использовать стандартные промышленные приборы и установки в домашних условиях невозможно [1,2]. Поэтому важно в домашних условиях дать хотя бы оценку величины напряженности электромагнитного высокочастотного излучения [3,4]. В простых гаусметрах [3, 4] используются некалиброванные датчики Холла типа ДХК-0.5А. Однако эти приборы могут измерять только наличие поля постоянного магнита. Предлагается простой измеритель напряженности электромагнитного поля на основе мультиметра М830. Применив простые измерения, человек сможет снизить риск своего нахождения под значительным по величине электромагнитным полем. Известно, что напряженность магнитного поля H связана с индукцией магнитного поля В по формуле:

H=B/µo(A/м),

где µo- магнитная постоянная
(µo=4π10-7Гн/м). Обычно измерения производят в единицах магнитной индукции (Тл), а поэтому измерители величины магнитного поля иногда называют тесламетрами.

На рис. 1 представлена схема, позволяющая просто и надежно измерять напряженность электромагнитного поля от различных домашних установок — от мобилок и компьютеров до мощных АТС радиостанций и их антенн и т.д.

Схема состоит всего лишь из двух конденсаторов и двух диодов. К конденсатору С1 подключена телескопическая антенна от радиоприемника «Олимпик». Выход приставки подсоединен к мультиметру М830 на его стандартные входы. Возможно приставку вставить и в сам мультиметр. Тогда в этом случае антенну стоит прикрепить снаружи мультиметра. Такая компоновка приставки сделает прибор компактным. При измерении необходимо антенну приставки вытянуть на полную ее длину. Путем установки переключателя мультиметра в положение 200 мВ проводят измерение оценки индукции магнитного поля. Достаточно умножить значение, появляющегося на дисплее мультиметра, на 0,25 и получить величину магнитной индукции в мкТл. Если измерять напряженность магнитного поля, то значение в мВ необходимо умножать на 0,2. В этом случае мы получаем значение напряженности магнитного поля в А/м. Диапазон измерений, а в этом случае и точность измерения, можно увеличить, если в мультиметре установить положение 100 мВ. Это необходимо делать только в том случае, если он будет использоваться только в режиме тесламетра. Настройки мультиметра в этом случае изменяются путем установки более высокоомного резистора в цепи положения в 200 мВ. Когда значение магнитной индукции составляет менее 0,3 мкТл, то такое электромагнитное излучение не является опасным. При повышении значения индукции магнитного поля до 2,5 мкТл необходимо удалится от источника излучения на безопасное расстояние, где показания его на мультиметре будут показывать величину индукции не более 0,3 мкТл. Забить тревогу необходимо тогда, когда значение индукция поля достигает более 10 мкТл, и совсем недопустимым является нахождение человека в поле излучения более 25 мкТл.

Диоды VD1 и VD2 можно заменить на 1N4148.

Петр Бобонич Эрик Бобонич г. Ужгород

Литература

1. Измерители электромагнитного излучения EMR-20, EMR-30 фирмы Wandel & Goltermann. 2. Анализататор поля Protek 3201 фирмы Wandel & Goltermann.

3. Простой гаусметр  http://permob.narod.ru/analys04.htm

4. Простой гаусметр  http://www.valtar.ru/Magnets4/mag_4_08.htm

Предлагаемый прибор, кроме обычного измерения частоты сигналов, может измерять их период, а также длительность положительных и отрицательных импульсов. Вдобавок к этому частота сигналов менее 1 кГц вычисляется как величина, обратная их периоду, а период повторения сигналов, меньший 1000 мкс, — как величина, обратная их частоте. Это повышает точность измерения.

Page 3

Датчики магнитных полей

В продолжение обзоров по готовым модулям различных датчиков к Ардуино платформе, перейдём к датчикам магнитных полей.

Модуль датчика Холла KY-003

Данный модуль предназначен для обнаружения магнитного поля при помощи эффекта Холла. Этот эффект состоит в том, что в проводнике с постоянным током, помещенном в магнитное поле возникает поперечная разность потенциалов [1-3].

Габариты 28 х 15 мм, масса модуля 1,2 г. На плате имеется два крепежных отверстия диаметром 2 мм на расстоянии 10 мм друг от друга. Для подключения служит трехконтактный разъем. Центральный контакт – питание +5В, контакт «-» — общий, контакт «S» — информационный.

В качестве иллюстрации можно загрузить на плату Arduino UNO программу LED_with_button [4], и подключить вместо кнопки данный модуль.

Модуль срабатывает только на северный полюс магнита, порог срабатывания достаточно высокий, магнит нужно подносить вплотную. Потребляемый ток 6,3 мА в ждущем режиме и составляет 11 мА при срабатывании.

Из недостатков следует отметить, что довольно сложно найти взаимную конфигурацию магнита и датчика для надежного срабатывания.

Поскольку модуль реагирует на определенное пороговое значение магнитного поля, то самым очевидным применением такого датчика может быть использование этого датчика вместо геркона.

Хотя геркон это весьма надежный прибор, все же в его конструкции имеются подвижные механические контакты, в отличие от него датчик Холла никаких подвижных деталей не имеет.

К примеру, можно установить данный модуль на дверном косяке, на полотне двери напротив него установить магнит, получится датчик открывания двери для сигнализации или умного дома, аналогично можно организовать подсчет оборотов колеса, закрепив на нем магнит и поместив в непосредственной близости от него этот датчик.

Модуль на основе геркона KY-021

Датчик представляет собой нормально разомкнутый геркон с добавочным сопротивлением 10 кОм [5-6].

Габариты модуля 24 х 17 мм, масса 1,2 г. Для подключения служит трехконтактный разъем. Центральный контакт – питание +5В, контакт «-» — общий, контакт «S» — информационный.

Потребляемый ток равен нулю в ждущем режиме и составляет 0,5 мА при срабатывании.

Модуль подключается и испытывается абсолютно аналогично тактовой кнопке [4,7]. Геркон можно использовать в системах сигнализации, для подсчета числа оборотов и т.п. Способов использования герконов великое множество [8-9].

Модуль датчика Холла (линейный) KY-024

Модуль предназначен для измерения напряженности постоянного магнитного поля [10-11].

Габариты модуля 44 х 15 х 13 мм, масса 2,8 г., в плате модуля имеется крепежное отверстие диаметром 3 мм. Чувствительным элементом служит датчик Холла SS49E. Индикация подачи питания осуществляется светодиодом L1.

Датчик имеет четыре контакта. «A0» — аналоговый выход, напряжение на котором меняется в зависимости от индукции магнитного поля. Выводы питания «G» — общий провод, «+»– питание +5В.

Порог срабатывания цифрового канала датчика можно менять многооборотным подстроечным резистором. При срабатывании датчика загорается светодиод L2.

Полезное:  Тестер USB, аккумуляторов и зарядных устройств

Потребляемый ток 9 мА в ждущем режиме и 11 мА при срабатывании.

Модуль срабатывает только на северный полюс магнита. Максимальное расстояние срабатывания 6 мм.

Аналоговый канал позволяет организовать измерение количественных характеристик магнитного поля. Показания на аналоговом порте Arduino UNO меняются от 550 до 200 единиц в зависимости от расстояния до магнита (в память Arduino UNO была загружена программа AnalogInput2).

Модуль с герконом KY-025

Чувствительным элементом модуля является обычный геркон, работающий вместе с компаратором на микросхеме LM393YD, по заверениям продавцов [12-13] это позволяет уменьшить, ток, протекающий через контакты геркона, и тем самым увеличить его ресурс.

Габариты модуля 45 х 18 х 13 мм, масса 2,8 г., аналогично предыдущему случаю в плате модуля имеется крепежное отверстие диаметром 3 мм. Индикация питания осуществляется светодиодом L1.

При срабатывании геркона загорается светодиод L2. Потребляемый ток 3,7 мА в ждущем режиме и 5,8 мА при срабатывании.

Какой порог чувствительности должен регулироваться переменным резистором неясно, видимо данные модули с компаратором LM393YD являются стандартными и к ним припаивают различные датчики в зависимости от назначения конкретного модуля.

Разумеется, модуль срабатывает дискретно как кнопка, в чем можно убедиться с помощью программы LED_with_button [4]. На выводе «A0» постоянно присутствует напряжение питания +5В. Выводы питания «G» — общий провод, «+»– питание +5В.

На цифровом входе «D0» присутствует низкий логический уровень, при срабатывании геркона низкий уровень меняется на высокий.

Целесообразность данного модуля, по мнению автора, спорна, учитывая, что и в простейшем случае включения геркона типа модуля KY-021 сила тока, протекающая через контакты геркона, существенно меньше одного миллиампера.

Модуль датчика Холла KY-035

Данный модуль представляет собой микросхему SS49E, без каких либо дополнительных устройств [14]. Установка микросхемы на плате в данном случае может быть объяснена, только требованиями унификации при создании данного набора датчиков.

Габариты модуля 29 х 15 мм, масса 1,2 г. Для подключения служит трехконтактный разъем. Центральный контакт – питание +5В, контакт «-» — общий, контакт «S» — информационный.

Потребляемый модулем ток составляет около 6 мА и не зависит от состояния датчика.

При отсутствии внешнего магнитного поля на информационном выходе присутствует напряжение равное половине напряжения питания. Внешнее постоянное магнитное поле приводит к тому, что напряжение на информационном выходе начнет увеличиваться или уменьшатся в зависимости от полярности магнита. В этом легко убедиться, используя программу AnalogInput2

С помощью данного модуля можно организовать контроль расстояния до источника магнитного поля, подсчет числа оборотов и т.п. Микросхема чувствительна к магнитному полю с индукцией в диапазоне 600-1000 Гс [15].

Полезные ссылки

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Эффект_Холла
2. http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-holla
3. http://www.14core.com/wiring-hall-effect-sensor-switch-magnet-detector-module/
4. http://robocraft.ru/blog/arduino/57.html
5. http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-na-osnove-gerkona
6. http://www.zi-zi.

   ru/module/module-ky021

7. http://2shemi.ru/mehanicheskie-datchiki-dlya-arduino/
8. https://electrosam.ru/glavnaja/slabotochnye-seti/oborudovanie/gerkony/
9. http://electrik.info/main/school/419-gerkony-sposoby-upravleniya.html
10. http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-holla-_lineynyiy_
11. http://www.zi-zi.

    ru/module/module-ky024

12. http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-magnitnyiy-datchik-s-gerkonom
13. http://www.zi-zi.ru/module/module-ky025
14. http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-holla_
15. https://ru.wikipedia.org/wiki/Гаусс_(единица_измерения)

Все файлы документации и программ находятся в общем архиве.

Обзор подготовил Denev.

2— 5,00

НАЖМИТЕ ТУТ И ОТКРОЙТЕ