Portable Magnetometer: 7 Kauj Ruam (nrog Duab)

2024 Tus sau: John Day | [email protected]. Kawg hloov kho: 2024-01-30 09:26

Ib lub tshuab ntsuas hluav taws xob, qee zaum tseem hu ua Gaussmeter, ntsuas lub zog ntawm cov hlau nplaum. Nws yog qhov cuab yeej tseem ceeb los ntsuas lub zog ntawm cov hlau nplaum tas mus li thiab cov tshuab hluav taws xob thiab kom nkag siab txog thaj chaw ntawm cov hlau nplaum uas tsis muaj kev cuam tshuam. Yog tias nws nkag siab txaus nws tseem tuaj yeem tshawb pom yog tias cov khoom hlau tau txais cov hlau nplaum. Lub sijhawm sib txawv ntawm cov cav thiab cov tshuab hloov pauv tuaj yeem kuaj pom yog tias qhov kev sojntsuam nrawm txaus.

Cov xov tooj ntawm tes feem ntau muaj 3-axis magnetometer tab sis lawv tau ua kom zoo rau lub ntiaj teb tsis muaj zog sib nqus ntawm ~ 1 Gauss = 0.1 mT thiab saturate ntawm thaj tsam ntawm ob peb mT. Qhov chaw ntawm lub ntsuas cua ntawm lub xov tooj tsis pom tseeb, thiab nws tsis tuaj yeem tso lub sensor sab hauv qhov nqaim xws li lub qhov nqus ntawm lub tshuab hluav taws xob. Ntxiv mus, koj yuav tsis xav coj koj lub xov tooj smartphone ze rau cov hlau nplaum muaj zog.

Ntawm no kuv piav qhia yuav ua li cas thiaj ua tau lub tshuab ntsuas hluav taws xob tau yooj yim nrog cov khoom siv sib xws: lub ntsuas hluav taws xob tso tawm ncaj qha, Arduino, tso saib thiab nias lub pob. Tus nqi tag nrho tsawg dua 5EUR, thiab qhov nkag siab ntawm ~ 0.01mT ntawm qhov ntau ntawm -100 txog +100mT yog qhov zoo dua li qhov koj tuaj yeem xav tau. Txhawm rau kom tau txais kev nyeem tsis raug, koj yuav tsum ntsuas nws: Kuv piav qhia yuav ua li cas nrog lub tsev ua ntev solenoid.

Kauj Ruam 1: Kev Tshawb Fawb Hauv Tsev

Hall-effect yog ib txoj hauv kev los ntsuas cov chaw sib nqus. Thaum cov hluav taws xob ntws los ntawm tus neeg xyuas pib hauv thaj chaw sib nqus lawv tau txais kev tiv thaiv ib sab thiab yog li tsim qhov muaj peev xwm sib txawv ntawm ob sab ntawm tus neeg xyuas pib. Nrog rau kev xaiv raug ntawm cov khoom siv hluav taws xob thiab cov duab geometry, lub cim ntsuas tau tsim tawm uas tuaj yeem ua kom nrov dua thiab muab kev ntsuas ntawm ib feem ntawm thaj chaw sib nqus.

Kuv siv SS49E vim tias nws pheej yig thiab muaj dav. Ob peb yam yuav tsum nco ntsoov los ntawm nws cov ntawv:

• Muab qhov hluav taws xob: 2.7-6.5 V, yog li sib xws nrog 5V los ntawm Arduino.
• Null-output: 2.25-2.75V, yog li kwv yees li ib nrab ntawm 0 thiab 5V.
• Rhiab heev: 1.0-1.75mV/Gauss, yog li nws yuav xav tau kev ntsuas kom tau txais cov txiaj ntsig tau tseeb.
• Cov zis hluav taws xob 1.0V-4.0V (yog ua haujlwm ntawm 5V): zoo npog los ntawm Arduino ADC.
• Ntau yam: +-650G yam tsawg kawg nkaus, +-1000G raug.
• Lub sijhawm teb 3mus, yog li nws tuaj yeem ua piv txwv ntawm ob peb kaum ntawm kHz.
• Muab khoom tam sim no: 6-10mA, qis txaus los ua lub roj teeb.
• Kub yuam kev: ~ 0.1% rau qib C. Zoo li me me tab sis 0.1% offset drift muab qhov yuam kev 3mT.

Lub ntsuas hluav taws xob yog qhov me me, ~ 4x3x2mm, thiab ntsuas cov khoom sib nqus ntawm qhov sib nqus rau nws lub ntsej muag. Nws yuav tso tawm qhov zoo rau thaj chaw uas taw tes los ntawm sab nraub qaum mus rau sab xub ntiag, piv txwv li thaum lub hauv ntej raug coj mus rau sab qab teb sab qaum teb. Lub sensor muaj 3 tus coj, +5V, 0V thiab tso tawm sab laug mus rau sab xis, thaum pom los ntawm sab xub ntiag.

Kauj Ruam 2: Cov Khoom Uas Xav Tau

• SS49E linear Hall sensor. Cov nqi no ~ 1EUR rau txheej ntawm 10 online.
• Arduino Uno nrog lub rooj tsav xwm tsab rau tsab ntawv lossis Arduino Nano (tsis muaj lub taub hau!)
• SSD1306 0.96 "monochrome OLED zaub nrog I2C interface
• Lub sijhawm thawb-khawm

Los tsim qhov kev sojntsuam:

• Lub pob ballpen qub lossis lwm lub raj khov kho
• 3 cov hlua xaim xaim me me ntev dua li lub raj
• 12cm ntawm nyias (1.5mm) raj ntsws

Ua kom nws nqa tau:

• Lub thawv tic-tac loj (18x46x83mm) lossis zoo sib xws
• 9V-roj teeb clip
• On/off hloov

Kauj Ruam 3: Thawj Tsab Ntawv: Siv Arduino Prototype Board

Ib txwm ua qauv ua ntej txhawm rau txheeb xyuas tias txhua lub Cheebtsam ua haujlwm thiab qhov software ua haujlwm tau zoo! Ua raws daim duab thiab txhawm rau txuas nrog Hall sojntsuam, tso saib thiab lub pob nyem: Lub Tsev sojntsuam yuav tsum txuas nrog +5V, GND, A0 (sab laug mus rau sab xis). Cov zaub yuav tsum txuas nrog GND, +5V, A5, A4 (sab laug mus rau sab xis). Lub pob yuav tsum tau txuas nrog hauv av los ntawm A1 thaum nias.

Cov cai tau sau thiab rub tawm siv Arduino IDE version 1.8.10. Nws yuav tsum tau teeb tsa Adafruit_SSD1306 thiab Adafruit_GFX cov tsev qiv ntawv Upload cov cai hauv daim duab txuas nrog.

Cov zaub yuav tsum qhia tus nqi DC thiab tus nqi AC.

Kauj Ruam 4: Qee Cov Lus Hais Txog Txoj Cai

Xav tias dawb hla ntu no yog tias koj tsis txaus siab rau kev ua haujlwm sab hauv ntawm txoj cai.

Qhov tseem ceeb ntawm txoj cai yog tias qhov sib nqus tau ntsuas 2000 zaug uake. Qhov no yuav siv li 0.2-0.3 vib nas this. Los ntawm kev taug qab cov lej thiab cov lej sib npaug ntawm qhov ntsuas, nws tuaj yeem suav ob qho tib si nruab nrab thiab tus qauv sib txawv, uas tau tshaj tawm tias yog DC thiab AC. Los ntawm qhov nruab nrab ntau qhov kev ntsuas, qhov tseeb nce ntxiv, kev xav los ntawm sqrt (2000) ~ 45. Yog li nrog 10-ntsis ADC, peb tuaj yeem ncav cuag qhov tseeb ntawm 15-ntsis ADC! Nws ua qhov sib txawv loj: 1 ADC suav yog 5mV, uas yog ~ 0.3mT. Ua tsaug rau qhov nruab nrab, peb txhim kho qhov tseeb ntawm 0.3mT txog 0.01mT.

Raws li qhov tau txais txiaj ntsig, peb kuj tau txais tus qauv sib txawv, yog li cov kev hloov pauv tau teev tseg xws li. Ib qho kev hloov pauv ntawm 50Hz ua ~ 10 lub voj voog tag nrho thaum lub sijhawm ntsuas, yog li nws AC tus nqi tuaj yeem ntsuas tau zoo.

Tom qab suav cov lej kuv tau txais cov lus tawm tswv yim hauv qab no: Sketch siv 16852 bytes (54%) ntawm qhov chaw khaws cia. Qhov siab tshaj plaws yog 30720 bytes. Kev hloov pauv thoob ntiaj teb siv 352 bytes (17%) ntawm lub cim xeeb hloov pauv, tawm hauv 1696 bytes rau qhov hloov pauv hauv zos. Qhov siab tshaj plaws yog 2048 bytes.

Feem ntau ntawm qhov chaw tau nqa los ntawm Adafruit cov tsev qiv ntawv, tab sis muaj chaw txaus rau kev ua haujlwm ntxiv

Kauj Ruam 5: Npaj Soj Ntsuam

Kev sojntsuam tau zoo tshaj plaws ntawm qhov taub ntawm lub raj nqaim: txoj hauv kev no nws tuaj yeem tso tau yooj yim thiab khaws cia rau hauv txoj haujlwm txawm tias sab hauv qhov nqaim. Ib lub raj hollow ntawm cov khoom siv tsis sib nqus yuav ua. Kuv tau siv lub ballpen qub uas muab haum zoo.

Npaj 3 txoj kab xaim hloov tau yooj yim uas ntev dua lub raj. Kuv siv 3cm ntawm ribbon cable. Tsis muaj qhov laj thawj hauv cov xim (txiv kab ntxwv rau +5V, liab rau 0V, grey rau teeb liab) tab sis nrog tsuas yog 3 xov tooj kuv tuaj yeem nco tau.

Txhawm rau siv qhov kev sojntsuam ntawm daim ntawv pov thawj, muab tshuaj txhuam ib co daim ntawm cov hlua uas tau muab tshem tawm ntawm cov tub ntxhais hlau txuas rau qhov kawg thiab tiv thaiv lawv nrog lub raj ntsws. Tom qab qhov no tuaj yeem raug txiav tawm kom cov xov hlau sojntsuam tuaj yeem muab ncaj qha mus rau Arduino.

Kauj Ruam 6: Tsim Lub Ntsuas Ntsuas Hluav Taws Xob

Lub roj teeb 9V, lub vijtsam OLED thiab Arduino Nano haum haum hauv lub thawv (loj) Tic-Tac. Nws muaj qhov zoo ntawm kev ua pob tshab, rau lub vijtsam nyeem tau zoo txawm tias sab hauv. Txhua yam khoom siv ruaj khov (sojntsuam, qhib/tawm thiab thawb-khawm) tau txuas rau sab saum toj, kom tag nrho lub rooj sib txoos tuaj yeem tshem tawm ntawm lub thawv rau hloov roj teeb lossis hloov kho cov cai.

Kuv yeej tsis yog tus kiv cua ntawm 9V roj teeb: lawv kim thiab tsis muaj peev xwm. Tab sis kuv lub khw muag khoom hauv zos tam sim muag cov roj teeb NiMH uas tau them rov qab rau 1 EUR txhua, thiab kuv pom tias lawv tuaj yeem them tau yooj yim los ntawm kev khaws lawv ntawm 11V dhau ntawm 100Ohm resistor hmo ntuj. Kuv xaj xaj kom pheej yig tab sis lawv tsis tuaj txog, yog li kuv tau muab lub roj teeb qub 9V tig los rau saum daim duab. Qhov zoo tshaj plaws ntawm 9V roj teeb yog tias nws me me thiab Arduino ua haujlwm zoo ntawm nws los ntawm kev txuas nws mus rau Vin. Ntawm +5V yuav muaj kev tswj hwm 5V muaj rau OLED thiab rau Hall sojntsuam.

Lub Tsev sojntsuam, lub vijtsam OLED thiab lub laub khawm tau txuas nrog tib yam li rau tus qauv. Qhov sib ntxiv nkaus xwb yog qhib/kaw khawm ntawm 9V roj teeb thiab Arduino.

Kauj ruam 7: Calibration

Kev ntsuas ntsuas tsis tu ncua hauv cov lej sib raug rau tus lej muab hauv cov ntawv teev npe (1.4mV/Gauss), tab sis cov ntawv tso cai rau ntau yam loj (1.0-1.75mV/Gauss). Txhawm rau kom tau txais cov txiaj ntsig raug, peb yuav tsum ntsuas qhov sojntsuam!

Txoj hauv kev yooj yim tshaj plaws los tsim qhov sib nqus ntawm qhov muaj zog txiav txim siab yog siv lub solenoid: lub zog ntawm lub solenoid ntev yog: B = mu0*n*I. Lub tshuab nqus tsev nqus dej yog qhov xwm txheej tsis tu ncua: mu0 = 1.2566x10^-6 T/m/A. Teb yog homogeneous thiab nyob ntawm seb qhov ntom ntom ntom nt n, thiab tam sim no kuv, ob qho tib si uas tuaj yeem ntsuas nrog qhov raug zoo (~ 1%). Cov mis hais los tau muab rau qhov ntev tsis tu ncua ntev solenoid, tab sis yog qhov kwv yees zoo heev rau thaj tsam hauv nruab nrab tsuav yog qhov sib piv ntawm qhov ntev rau txoj kab uas hla, L/D> 10.

Txhawm rau ua kom lub solenoid haum, nqa lub raj kheej kheej kheej nrog L/D> 10 thiab siv cov cua tsis tu ncua nrog cov xaim xaim. Kuv siv PVC lub raj nrog thiab sab nraud ntawm 23mm thiab lub qhov txhab 566 windings, dua li ncua 20.2 cm, ua rau n = 28/cm = 2800/m. Cov xov hlau ntev yog 42m thiab tiv taus 10.0 Ohm.

Muab lub zog rau lub kauj thiab ntsuas qhov ntws tam sim no nrog lub multimeter. Siv cov khoom siv hluav taws xob sib txawv lossis hloov pauv qhov sib txawv kom tiv thaiv qhov tam sim no hauv kev tswj hwm. Ntsuas qhov sib nqus rau ob peb qhov teeb tsa tam sim no thiab muab piv rau qhov nyeem.

Ua ntej ntsuas ntsuas, Kuv ntsuas 6.04 mT/A thaum txoj kev xav kwv yees 3.50 mT/A. Yog li kuv tau suav qhov ntsuas qhov ntsuas nyob hauv kab 18 ntawm txoj cai los ntawm 0.58. Tam sim no lub ntsuas hluav taws xob tau ntsuas!

Khiav Tawm Hauv Kev Sib Tw Magnets