Зөөврийн соронзон хэмжигч: 7 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:02

Соронзон хэмжигчийг заримдаа Гауссметр гэж нэрлэдэг бөгөөд соронзон орны хүчийг хэмждэг. Энэ нь байнгын соронз ба цахилгаан соронзны хүчийг туршиж үзэх, соронзон бус соронзны тохиргооны талбарын хэлбэрийг ойлгох чухал хэрэгсэл юм. Хэрэв энэ нь хангалттай мэдрэмтгий бол төмрийн объект соронзжсон эсэхийг илрүүлэх боломжтой. Хэрэв датчик хангалттай хурдан байвал мотор, трансформатороос цаг хугацааны хувьд ялгаатай талбаруудыг илрүүлж болно.

Гар утас нь ихэвчлэн 3 тэнхлэгтэй соронзон тоолууртай боловч сул дорой дэлхийн соронзон орны хувьд ~ 1 Гаусс = 0.1 мТ байхаар оновчтой болгосон бөгөөд хэдэн мТ талбайд ханасан байдаг. Утсан дээрх мэдрэгчийн байршил нь тодорхой бус бөгөөд мэдрэгчийг цахилгаан соронзны цооног гэх мэт нарийн нүхний дотор байрлуулах боломжгүй юм. Үүнээс гадна та ухаалаг гар утсаа хүчтэй соронзонд ойртуулахыг хүсэхгүй байж магадгүй юм.

Энд би энгийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд бүхий энгийн зөөврийн соронзон хэмжүүрийг хэрхэн яаж хийхийг тайлбарлаж байна: шугаман танхимын мэдрэгч, Arduino, дэлгэц, товчлуур. Нийт өртөг нь 5EUR -аас бага бөгөөд -100 -аас +100mT хүртэл ~ 0.01mT -ийн мэдрэмж нь таны гэнэнээр хүлээж байснаас хамаагүй дээр юм. Үнэн үнэмлэхүй уншилт авахын тулд та үүнийг тохируулах хэрэгтэй болно: Би үүнийг гэртээ хийсэн урт ороомогтой хэрхэн яаж хийхийг тайлбарлаж байна.

Алхам 1: Танхимын шалгалт

Холл эффект нь соронзон орныг хэмжих нийтлэг арга юм. Электронууд соронзон орны дамжуулагчаар дамжин өнгөрөхөд тэдгээр нь хажуу тийш хазайж, улмаар дамжуулагчийн тал дээр боломжит ялгааг бий болгодог. Хагас дамжуулагч материал, геометрийг зөв сонгосноор соронзон орны нэг бүрэлдэхүүн хэсгийн хэмжээсийг хангахын тулд хэмжиж болох дохиог олшруулж болно.

Би SS49E -ийг ашигладаг, учир нь хямд бөгөөд өргөн боломжтой. Түүний мэдээллийн хуудаснаас анхаарах хэдэн зүйл:

• Нийлүүлэлтийн хүчдэл: 2.7-6.5 В тул Arduino-ийн 5V-тэй төгс нийцдэг.
• Null гаралт: 2.25-2.75V, тэгэхээр ойролцоогоор хагасаас 0 ба 5V хооронд.
• Мэдрэмж: 1.0-1.75mV/Gauss тул нарийвчилсан үр дүнд хүрэхийн тулд шалгалт тохируулга хийх шаардлагатай болно.
• Гаралтын хүчдэл 1.0V-4.0V (хэрэв 5V дээр ажилладаг бол): Arduino ADC-ээр сайн бүрхэгдсэн.
• Хамрах хүрээ: +-650G хамгийн бага, +-1000G ердийн.
• Хариу өгөх хугацаа 3mus тул хэдэн арван кГц давтамжтайгаар дээж авах боломжтой.
• Нийлүүлэлтийн гүйдэл: 6-10мА, батерейгаар ажиллахад хангалттай бага.
• Температурын алдаа: Нэг градус тутамд ~ 0.1% C. Бага зэрэг харагддаг, гэхдээ 0.1% -ийн зөрүү нь 3mT алдаа өгдөг.

Мэдрэгч нь авсаархан, ~ 4x3x2 мм хэмжээтэй бөгөөд соронзон орны бүрэлдэхүүн хэсгийг урд талын нүүрэн талдаа перпендикуляр хэмждэг. Энэ нь арын талаас урд тал руу чиглэсэн талбайн хувьд эерэг үр дүнг өгөх болно, жишээлбэл, урд талыг соронзон туйл руу аваачсан тохиолдолд. Мэдрэгч нь +5V, 0V гэсэн 3 утастай бөгөөд урд талаас нь харахад зүүнээс баруун тийш гаралт гардаг.

Алхам 2: Шаардлагатай материал

• SS49E шугаман танхимын мэдрэгч. Эдгээр нь 10 ширхэг багцад ~ 1EUR үнэтэй байдаг.
• Прототипийн загвар самбар бүхий Arduino Uno эсвэл зөөврийн хувилбарт зориулсан Arduino Nano (толгойгүй!)
• I2C интерфэйстэй SSD1306 0.96 инчийн монохром OLED дэлгэц
• Түр зуурын товчлуур

Сорьцыг бүтээхийн тулд:

• Хуучин бөмбөг эсвэл бусад бат бөх хөндий хоолой
• Хоолойноос арай урт 3 нимгэн судалтай утас
• 12 см нимгэн (1.5 мм) агшилтын хоолой

Үүнийг зөөврийн болгохын тулд:

• Том хэмжээтэй tic-tac хайрцаг (18x46x83mm) эсвэл үүнтэй төстэй
• 9V батерейны хавчаар
• Асаах/унтраах унтраалга

Алхам 3: Эхний хувилбар: Arduino прототипийн самбар ашиглах

Үргэлж прототип хийж, бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүд ажиллаж, програм хангамж ажиллагаатай эсэхийг шалгаарай! Зургийг дагаж Hall танхимын датчик, дэлгэц болон null товчлуурыг холбохын тулд: танхимын датчикийг +5V, GND, A0 (зүүнээс баруун тийш) холбох шаардлагатай. Дэлгэцийг GND, +5V, A5, A4 (зүүнээс баруун тийш) холбох шаардлагатай. Товчлуур дарагдсан үед газраас A1 руу холболт хийх шаардлагатай.

Кодыг Arduino IDE 1.8.10 хувилбар ашиглан бичиж, байршуулсан болно. Энэ нь Adafruit_SSD1306 болон Adafruit_GFX номын сангуудыг суулгахыг шаарддаг.

Дэлгэц нь DC ба AC утгыг харуулах ёстой.

Алхам 4: Кодын талаархи зарим сэтгэгдэл

Хэрэв та кодын дотоод үйл ажиллагааг сонирхдоггүй бол энэ хэсгийг алгасах боломжтой.

Кодын гол онцлог нь соронзон орныг 2000 удаа дараалан хэмжих явдал юм. Үүнд ойролцоогоор 0.2-0.3 секунд шаардагдана. Хэмжилтийн нийлбэр ба квадрат нийлбэрийг хянаж байснаар тогтмол ба хувьсах гүйдлийн гэж мэдээлсэн дундаж ба стандарт хазайлтыг хоёуланг нь тооцоолох боломжтой болно. Олон тооны хэмжилтийг дунджаар хийснээр нарийвчлал нь онолын хувьд sqrt (2000) ~ 45 -аар нэмэгддэг. Тиймээс 10 битийн ADC-ийн тусламжтайгаар бид 15 битийн ADC-ийн нарийвчлалд хүрч чадна! Энэ нь маш том өөрчлөлтийг авчирдаг: ADC -ийн 1 тоо нь 5мВ буюу ~ 0.3мТ байна. Дундаж тооцооны ачаар бид нарийвчлалыг 0.3mT -аас 0.01mT болгон сайжруулдаг.

Урамшууллын хувьд бид стандарт хазайлтыг бас авдаг тул хэлбэлзэлтэй талбаруудыг ийм байдлаар тодорхойлдог. 50Гц давтамжтай хэлбэлздэг талбар нь хэмжих хугацаанд ~ 10 бүтэн мөчлөг хийдэг тул түүний АС утгыг сайн хэмжих боломжтой.

Кодыг эмхэтгэсний дараа би дараахь санал хүсэлтийг хүлээн авна: Sketch нь програмын хадгалах зайг 16852 байт (54%) ашигладаг. Хамгийн ихдээ 30720 байт байна. Глобал хувьсагчид 352 байт (17%) динамик санах ой ашигладаг бөгөөд локал хувьсагчид 1696 байт үлдээдэг. Хамгийн ихдээ 2048 байт байна.

Ихэнх орон зайг Адафрутын номын сан эзэлдэг боловч цаашид ажиллахад хангалттай зай бий

Алхам 5: Туршилтыг бэлтгэх

Сорьцыг нарийн хоолойны үзүүрт суулгах нь зүйтэй бөгөөд ингэснээр үүнийг нарийн нүхний дотор ч байрлуулж, байрлуулж болно. Соронзон бус материалын хөндий хоолой хийх болно. Би төгс тохирсон хуучин бөмбөгийг ашигласан.

Хоолойноос урт 3 нимгэн уян утас бэлтгэ. Би 3см тууз кабель ашигласан. Өнгөнд логик байхгүй (+5V -ийн улбар шар, 0V -ийн улаан, дохионы хувьд саарал), гэхдээ ердөө 3 утсаар л би санаж байна.

Прототип дээр датчик ашиглахын тулд зарим хэсгийг нь салгасан хатуу цөмт утсыг төгсгөлд нь гагнаж, агшилтын хоолойгоор хамгаална. Хожим нь үүнийг таслах боломжтой бөгөөд ингэснээр датчикийн утсыг шууд Arduino руу гагнах боломжтой болно.

Алхам 6: Зөөврийн хэрэгсэл бүтээх

9V батерей, OLED дэлгэц, Arduino Nano нь Tic-Tac (том) хайрцагт тухтай байрлана. Ил тод байх давуу талтай бөгөөд дэлгэцийг дотор нь хүртэл сайн уншдаг. Бүх тогтмол эд ангиудыг (датчик, асаах/унтраах унтраалга, товчлуур) дээд талд байрлуулсан бөгөөд ингэснээр батерейг солих эсвэл кодыг шинэчлэх хайрцгийг бүхэлд нь гаргаж авах боломжтой болно.

Би хэзээ ч 9В батерейны фен байгаагүй: тэд үнэтэй, багтаамж багатай. Гэхдээ миний орон нутгийн супермаркет гэнэт цэнэглэдэг NiMH хувилбарыг тус бүрийг нь 1 еврогоор зарсан бөгөөд 11В хүчдэлд 100Ohm эсэргүүцэл дамжуулж шөнийн турш байлгаснаар цэнэглэхэд хялбар болохыг олж мэдэв. Би клипийг хямд үнээр захиалсан боловч тэд хэзээ ч ирээгүй тул хуучин 9V батерейг салгаж, дээд хэсгийг клип болгон хувиргав. 9V батерейны сайн тал нь авсаархан бөгөөд Arduino нь Вин -д холбосноор сайн ажилладаг. +5V дээр OLED болон Hall датчикт зориулсан зохицуулалттай 5V байх болно.

Hall датчик, OLED дэлгэц, товчлуур нь загвартай ижил аргаар холбогдсон байна. Цорын ганц нэмэлт бол 9V батерей ба Arduino хооронд асаах/унтраах товчлуур юм.

Алхам 7: Калибровк хийх

Кодын шалгалт тохируулгын тогтмол нь өгөгдлийн хүснэгтэд заасан тоотой тохирч байна (1.4mV/Gauss), гэхдээ өгөгдлийн хүснэгт нь өргөн хүрээг (1.0-1.75mV/Gauss) зөвшөөрдөг. Нарийвчилсан үр дүнд хүрэхийн тулд бид шалгалт тохируулгыг хийх шаардлагатай болно!

Сайн тогтоогдсон хүч чадлын соронзон орон үйлдвэрлэх хамгийн хялбар арга бол цахилгаан ороомог ашиглах явдал юм: урт ороомгийн талбайн хүч нь: B = mu0*n*I. Вакуум нэвчилт нь байгалийн тогтмол: mu0 = 1.2566x10^-6 T/m/A. Талбар нь нэгэн төрлийн бөгөөд зөвхөн ороомгийн нягтралаас хамаардаг ба гүйдэл I, хоёуланг нь сайн нарийвчлалтай хэмжих боломжтой (~ 1%). Үнийн томъёог хязгааргүй урт ороомогоор гаргаж авсан боловч уртын диаметр ба L/D> 10 харьцаатай байхад төвийн талбайн хувьд маш сайн ойролцоо утга юм.

Тохиромжтой ороомог хийхийн тулд цилиндр хэлбэртэй хөндий хоолой L/D> 10 авч, пааландсан утсаар тогтмол ороомог хийнэ. Би гаднаасаа 23 мм диаметртэй, 206 см -ээс илүү 566 ороомогтой PVC хоолой ашигласан бөгөөд үүний үр дүнд n = 28/cm = 2800/m болсон. Утасны урт 42м, эсэргүүцэл 10.0 Ом байна.

Ороомог руу тэжээл өгч, одоогийн урсгалыг мултиметрээр хэмжинэ. Гүйдлийг хянаж байхын тулд хувьсах хүчдэл эсвэл хувьсах ачааллын эсэргүүцэл ашиглана уу. Соронзон орныг хэд хэдэн одоогийн тохиргоогоор хэмжиж, уншилттай харьцуулна уу.

Тохируулахын өмнө би 6.04 мТ/А хэмжсэн бол онол нь 3.50 мТ/А гэж таамаглаж байна. Тиймээс би кодын 18 -р мөрөнд тохируулгын тогтмолыг 0.58 -аар үржүүлсэн. Магнитометрийг одоо тохирууллаа!

Соронзон сорилтын тэмцээнд хоёрдугаар байр эзэлсэн