Sumaku inayobebeka: Hatua 7 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:50

Magnetometer, wakati mwingine pia huitwa Gaussmeter, hupima nguvu ya uwanja wa sumaku. Ni zana muhimu ya kupima nguvu ya sumaku za kudumu na sumaku za umeme na kuelewa umbo la uwanja wa usanidi wa sumaku isiyo ya kawaida. Ikiwa ni nyeti ya kutosha inaweza pia kugundua ikiwa vitu vya chuma vimepata sumaku. Sehemu tofauti za motors na transfoma zinaweza kugunduliwa ikiwa uchunguzi una kasi ya kutosha.

Simu za rununu kawaida huwa na sumaku ya mhimili 3 lakini zimeboreshwa kwa uwanja dhaifu wa sumaku ya ardhi ya ~ 1 Gauss = 0.1 mT na hujaa kwenye uwanja wa mT chache. Mahali pa sensa kwenye simu sio dhahiri, na haiwezekani kuweka kiwambo ndani ya vizuizi vyembamba kama vile kuzaa kwa sumaku ya umeme. Kwa kuongezea, huenda usitake kuleta smartphone yako karibu na sumaku kali.

Hapa ninaelezea jinsi ya kutengeneza sumaku rahisi inayoweza kubeba na vifaa vya kawaida: sensor ya ukumbi wa mstari, Arduino, onyesho na kitufe cha kushinikiza. Gharama yote ni chini ya 5EUR, na unyeti wa ~ 0.01mT kwa anuwai ya -100 hadi + 100mT ni bora kuliko ile ambayo unaweza kutarajia ujinga. Ili kupata usomaji sahihi kabisa, utahitaji kuiweka sawa: Ninaelezea jinsi ya kufanya hivyo na soli ya muda mrefu iliyoundwa nyumbani.

Hatua ya 1: Uchunguzi wa Ukumbi

Athari ya Ukumbi ni njia ya kawaida ya kupima uwanja wa sumaku. Wakati elektroni zinapita kati ya kondakta kwenye uwanja wa sumaku hupunguzwa kando na hivyo kuunda tofauti inayowezekana pande za kondakta. Pamoja na chaguo sahihi la vifaa vya semiconductor na jiometri, ishara inayoweza kupimika hutolewa ambayo inaweza kukuzwa na kutoa kipimo cha sehemu moja ya uwanja wa sumaku.

Ninatumia SS49E kwa sababu ni ya bei rahisi na inapatikana sana. Vitu vichache vya kumbuka kutoka kwa data yake:

• Ugavi voltage: 2.7-6.5 V, hivyo kikamilifu sambamba na 5V kutoka Arduino.
• Pato la batili: 2.25-2.75V, kwa hivyo karibu nusu kati ya 0 na 5V.
• Usikivu: 1.0-1.75mV / Gauss, kwa hivyo itahitaji usawa ili kupata matokeo sahihi.
• Voltage ya pato 1.0V-4.0V (ikiwa inaendeshwa kwa 5V): inafunikwa vizuri na Arduino ADC.
• Aina: + -650G kiwango cha chini, + -1000G kawaida.
• Wakati wa kujibu 3mus, kwa hivyo inaweza kuchukua sampuli kwa makumi ya kHz.
• Ugavi wa sasa: 6-10mA, chini ya kutosha kuendeshwa na betri.
• Hitilafu ya joto: ~ 0.1% kwa digrii C. Inaonekana kidogo lakini 0.1% ya kukabiliana na drift inatoa kosa la 3mT.

Sensor ni compact, ~ 4x3x2mm, na hupima sehemu ya uwanja wa sumaku ambayo ni sawa na uso wake wa mbele. Itatoa chanya kwa uwanja ambao unaonyesha kutoka upande wa nyuma kwenda upande wa mbele, kwa mfano wakati mbele imeletwa kwenye pole ya kusini ya sumaku. Sensor ina risasi 3, + 5V, 0V na pato kushoto kutoka kulia, linapoonekana kutoka mbele.

Hatua ya 2: Nyenzo Inayohitajika

• Sensor ya ukumbi wa SS49E. Gharama hizi ~ 1EUR kwa seti ya 10 mkondoni.
• Arduino Uno na bodi ya mfano ya mfano au Arduino Nano (bila vichwa!) Kwa toleo linaloweza kusambazwa
• Onyesho la SSD1306 0.96”OLED ya monochrome na kiolesura cha I2C
• Kitufe cha kushinikiza cha muda mfupi

Kuunda uchunguzi:

• Mpira wa zamani au bomba lingine lenye nguvu
• 3 nyembamba waya zilizokwama kwa muda mrefu kuliko bomba
• 12cm ya bomba nyembamba ya kushuka (1.5mm)

Ili kuifanya iweze kusonga:

• Sanduku kubwa la tic-tac (18x46x83mm) au sawa
• Sehemu ya 9V-betri
• Kitufe cha kuwasha / kuzima

Hatua ya 3: Toleo la Kwanza: Kutumia Bodi ya Mfano ya Arduino

Daima mfano kwanza ili uangalie kwamba vifaa vyote vinafanya kazi na kwamba programu inafanya kazi! Fuata picha na unganisha uchunguzi wa Ukumbi, onyesho na kitufe batili: Uchunguzi wa Ukumbi unahitaji kushikamana na + 5V, GND, A0 (kushoto kwenda kulia). Onyesho linahitaji kushikamana na GND, + 5V, A5, A4 (kushoto kwenda kulia). Kitufe kinahitaji kufanya unganisho kutoka ardhini hadi A1 wakati umebanwa.

Nambari iliandikwa na kupakiwa kwa kutumia toleo la Arduino IDE 1.8.10. Inahitaji kusanikisha maktaba ya Adafruit_SSD1306 na Adafruit_GFX Pakia nambari kwenye mchoro ulioambatishwa.

Maonyesho yanapaswa kuonyesha thamani ya DC na thamani ya AC.

Hatua ya 4: Baadhi ya Maoni Kuhusu Kanuni

Jisikie huru kuruka sehemu hii ikiwa haupendezwi na utendaji wa ndani wa nambari.

Kipengele muhimu cha nambari ni kwamba uwanja wa sumaku hupimwa mara 2000 mfululizo. Hii inachukua kama sekunde 0.2-0.3. Kwa kuweka wimbo wa jumla na jumla ya vipimo vya mraba, inawezekana kuhesabu maana na upotovu wa kawaida, ambao unaripotiwa kama DC na AC. Kwa wastani wa idadi kubwa ya vipimo, usahihi huongezeka, kinadharia na sqrt (2000) ~ 45. Kwa hivyo na ADC ya 10-bit, tunaweza kufikia usahihi wa ADC 15-bit! Inafanya tofauti kubwa: 1 hesabu ya ADC ni 5mV, ambayo ni ~ 0.3mT. Shukrani kwa wastani, tunaboresha usahihi kutoka 0.3mT hadi 0.01mT.

Kama bonasi, pia tunapata mkengeuko wa kawaida, kwa hivyo sehemu zinazobadilika zinatambuliwa kama hizo. Sehemu inayobadilika kwa 50Hz haina ~ 10 mizunguko kamili wakati wa kipimo, kwa hivyo thamani yake ya AC inaweza kupimwa vizuri.

Baada ya kukusanya nambari napata maoni yafuatayo: Mchoro hutumia kaiti 16852 (54%) ya nafasi ya uhifadhi wa programu. Upeo ni ka 30720. Vigeuzo vya ulimwengu hutumia kaiti 352 (17%) ya kumbukumbu yenye nguvu, ikiacha kaiti 1696 kwa vigeuzi vya hapa. Upeo ni 2048 ka.

Nafasi nyingi huchukuliwa na maktaba za Adafruit, lakini kuna nafasi nyingi za utendaji zaidi

Hatua ya 5: Kuandaa uchunguzi

Probe imewekwa vyema kwenye ncha ya bomba nyembamba: kwa njia hii inaweza kuwekwa kwa urahisi na kuwekwa katika msimamo hata ndani ya viboreshaji vyembamba. Bomba yoyote ya mashimo ya nyenzo zisizo za sumaku itafanya. Nilitumia mpira wa zamani ulioweka sawa.

Andaa waya nyembamba nyembamba 3 ambazo ni ndefu kuliko bomba. Nilitumia 3cm ya kebo ya utepe. Hakuna mantiki katika rangi (machungwa kwa + 5V, nyekundu kwa 0V, kijivu kwa ishara) lakini kwa waya 3 tu naweza kukumbuka.

Ili kutumia uchunguzi juu ya mfano, tengeneza vipande kadhaa vya waya wa mwisho-msingi na uvilinde na bomba la kupungua. Baadaye hii inaweza kukatwa ili waya za uchunguzi ziweze kuuzwa moja kwa moja kwa Arduino.

Hatua ya 6: Kuunda Chombo cha Kubebeka

Betri ya 9V, skrini ya OLED na Arduino Nano inafaa vizuri ndani ya sanduku (kubwa) la Tic-Tac. Inayo faida ya kuwa wazi, kwa skrini inasomeka vizuri hata ndani. Vipengele vyote vilivyowekwa (uchunguzi, kitufe cha kuwasha / kuzima na kitufe cha kushinikiza) zimeambatanishwa juu, ili mkutano wote uweze kutolewa nje ya sanduku kwa kubadilisha betri au kusasisha nambari.

Sikuwahi shabiki wa betri 9V: ni ghali na zina uwezo mdogo. Lakini duka langu kuu la ghafla liliuza toleo linaloweza kuchajiwa la NiMH kwa 1 EUR kila moja, na nikagundua kuwa zinaweza kuchajiwa kwa urahisi kwa kuziweka kwenye 11V kupitia kontena la 100Oh mara moja. Niliamuru video kwa bei rahisi lakini hazijawahi kufika, kwa hivyo nilichukua betri ya zamani ya 9V kugeuza juu kuwa kipande cha picha. Jambo zuri juu ya betri ya 9V ni kwamba ni kompakt na Arduino inaendesha vizuri juu yake kwa kuiunganisha na Vin. Kwenye + 5V kutakuwa na 5V iliyosimamiwa inayopatikana kwa OLED na uchunguzi wa Jumba.

Uchunguzi wa Ukumbi, skrini ya OLED na kitufe cha kushinikiza zimeunganishwa kwa njia sawa na mfano. Nyongeza tu ni kitufe cha kuwasha / kuzima kati ya betri ya 9V na Arduino.

Hatua ya 7: Usawazishaji

Urekebishaji wa mara kwa mara kwenye nambari hiyo unalingana na nambari iliyopewa kwenye lahajedwali (1.4mV / Gauss), lakini data ya data inaruhusu anuwai kubwa (1.0-1.75mV / Gauss). Ili kupata matokeo sahihi, tutahitaji kurekebisha uchunguzi!

Njia ya moja kwa moja zaidi ya kutengeneza uwanja wa nguvu ya nguvu iliyowekwa vizuri ni kutumia solenoid: nguvu ya uwanja wa solenoid ndefu ni: B = mu0 * n * I. Upenyezaji wa utupu ni asili ya kila wakati: mu0 = 1.2566x10 ^ -6 T / m / A. Shamba ni sawa na inategemea tu wiani wa vilima n, na mimi wa sasa, ambazo zote zinaweza kupimwa kwa usahihi mzuri (~ 1%). Fomula iliyonukuliwa imetokana na soli ya muda mrefu isiyo na kipimo, lakini ni ukadiriaji mzuri sana kwa uwanja katikati ikiwa tu uwiano wa urefu na kipenyo, L / D> 10.

Ili kutengeneza solenoid inayofaa, chukua bomba la cylindrical lenye mashimo na L / D> 10 na upake vilima vya kawaida na waya iliyoshonwa. Nilitumia bomba la PVC na kipenyo cha nje cha 23mm na kujeruhi vilima 566, kuliko urefu wa cm 20.2, na kusababisha n = 28 / cm = 2800 / m. Urefu wa waya ni 42m na upinzani 10.0 Ohm.

Sambaza nguvu kwa coil na upime mtiririko wa sasa na multimeter. Tumia ama usambazaji wa voltage inayobadilika au kipingaji cha mzigo anuwai ili kudhibiti sasa. Pima uwanja wa sumaku kwa mipangilio michache ya sasa na ulinganishe na usomaji.

Kabla ya upimaji, nilipima 6.04 mT / A wakati nadharia inatabiri 3.50 mT / A. Kwa hivyo nilizidisha mara kwa mara ya usawa katika mstari wa 18 wa nambari na 0.58. Magnetometer sasa imesanibishwa!

Mkimbiaji Juu katika Changamoto ya Sumaku