Замер напряженности электромагнитного поля своими руками

Делаем высокочувствительный детектор электромагнитного поля

Простой в сборке, но высокочувствительный, детектор электромагнитного поля на Arduino

Это простое устройство способно обнаруживать даже очень слабые электромагнитные поля. Относительная напряженность поля отображается в графическом виде на ЖК-индикаторе, дополнительно прибор сигнализирует звуковым зуммером и светодиодом (Рисунок 1).

Рисунок 1.	Внешний вид детектора электромагнитного поля.

Схема соединений компонентов прибора в среде Fritzing изображена на Рисунке 2. (Схема в более высоком разрешении доступна для скачивания в разделе загрузок). Как видно на рисунке, схема очень проста и состоит из платы Arduino Nano, двустрочного ЖК-индикатора, зуммера, светодиода, переключателя и батареи питания 9 В.

Рисунок 2.	Принципиальная схема высокочувствительного детектора электромагнитного поля.

Основой прибора является плата Arduino Nano. В качестве датчика используется отрезок медного провода диаметром 1.5 мм, но вы можете использовать любой тип провода. Чувствительность прибора можно регулировать программно (в исходном коде), а также путем изменения номинала резистора, включенного между землей и аналоговым входом A0. Можно предусмотреть в конструкции несколько резисторов и подключать их в схему с помощью переключателя. В авторском варианте с помощью переключателя выбирается один из двух резисторов и, соответственно, степень чувствительности прибора. Таким образом, прибор можно откалибровать, сравнивая его показания с промышленным решением.

Светодиод подключен к выходу D10, звуковой зуммер к выходу D9. ЖК индикатор 16×2 подключается к плате Arduino по параллельному 4-битному интерфейсу. Для регулировки контрастности индикатора используется подстроечный резистор.

Программная часть прибора (скетч Arduino) представляет собой комбинацию двух Arduino-проектов: из проекта измерителя уровня громкости на Arduino KTAudio используется часть для работы с ЖК-индикатором, а из проекта детектора электромагнитного поля Aaron ALAI EMF Detector используется часть для работы с сенсором. Автор внес некоторые коррективы для повышения стабильности работы устройства. Скетч доступен для скачивания в разделе загрузок.

На видео ниже видно, что прибор может легко обнаруживать электромагнитные поля, создаваемые скрытыми силовыми кабелями электрической сети в доме, даже если они не подключены к потребителю. Электромагнитное поле от старого ЭЛТ-монитора может быть обнаружено на расстоянии 3 м и более.

Все компоненты прибора можно разместить в небольшом корпусе (Рисунок 3).

Рисунок 3.	Вариант расположения компонентов детектора электромагнитного поля в корпусе.

Загрузки

Перевод: Vadim по заказу РадиоЛоцман

Источник

Простой измеритель электромагнитного поля

Благодаря распространенности электроники и электричества в современном мире, электромагнитные поля всегда вокруг нас. Но из-за крайне ограниченного набора чувств, мы, люди, проводим большую часть времени совершенно не замечая их. Было бы здорово, сделать что-то, что не просто может их обнаружить, но и позволит нам взглянуть на их осциллограммы на экране осциллографа. Другими словами, приставка-пробник электромагнитного поля.

Стоит отметить, что это устройство не предназначено для любых серьезных и научных работ. Это просто забавная игрушка.

Некоторое время назад, гугля об обнаружении ЭДС и применении таких устройств, я наткнулся на статью «Contactless Sensing of Appliance State Transitions Through Variations in Electromagnetic Fields». Это была интересная статья, и в ней использовалась довольно простая схема на основе измерительного усилителя. Я решил попробовать сделать нечто подобное.

У меня уже были некоторые измерительные усилители производства Texas Instruments, INA122s. Я время от времени получаю их в качестве бесплатных образцов от TI. В качестве индуктора я использовал тот индуктор, который у меня был. Вероятно, его индуктивность находится в пределах 100мкГн -1мГн. Я сделал прототип устройства на макетной плате, чтобы настроить измерительный усилитель, но мне хотелось чего то более постоянного. В моем университете есть фрезерный станок для производства ПП и я могу его использовать, поэтому я разработал и сделал простую плату.
Схема очень простая. В ней есть источник питания и выключатель питания (он поставлен на GND для удобства трассировки). Напряжение подается на резистивный делитель, чтобы сделать виртуальную землю. Потом идет измерительный усилитель, который усиливает напряжение с катушки. Также там есть RC ФНЧ, но это наверно не имеет смысла. Я добавил его на плату только для того, чтобы у меня было место для фильтра низких или высоких частот, если он понадобится. На выходе установлен BNC разъем. Все, что вам нужно сделать, это прикрепить BNC кабель между пробником и осциллографом, и вы можете махать этой штукой во все стороны где есть электроника!

Во время испытаний, я установил плату в держатель, чтобы я мог двигаться. При экспериментах с ЭЛТ-мониторами результаты были особенно интригующими. Поля были сильными и даже менялись в зависимости от изображения на экране.

Все файлы прилагаются к статье, и вы можете скачать их, если хотите повторить это устройство.

Источник

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/µ_o(A/м),
где µ_o— магнитная постоянная
(µ_o=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

Источник

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