Портативный магнитометр

Портативный магнитометр

Магнитометр, иногда называемый также гауссметром, измеряет силу магнитного поля. Это важный инструмент для проверки постоянных магнитов и электромагнитов и для понимания формы поля конфигураций нестандартных магнитов. При достаточной чувствительности, он также может обнаружить, намагниченные железные объекты. Изменяющиеся во времени поля от двигателей и трансформаторов могут быть обнаружены, если зонд достаточно чувствительный.

В этой статье мастер-самодельщик расскажет, как сделать простой портативный магнитометр с общими компонентами: линейным датчиком Холла, Arduino, дисплеем и кнопкой. Общая стоимость составляет менее 5 евро, а чувствительность

0,01 мТл в диапазоне от -100 до + 100 мТл. Это лучше, чем можно было ожидать от такого прибора. Чтобы получить точные показания, необходимо откалибровать прибор, и мастер также описывает этот процесс.

1 Гаусс = 0,1 мТл. Расположение сенсора на телефоне не известно, и невозможно разместить сенсор внутри узких отверстий, таких как отверстие электромагнита.

Эффект Холла является распространенным способом измерения магнитных полей. Когда электроны протекают через проводник в магнитном поле, они отклоняются вбок и, таким образом, создают разность потенциалов на сторонах проводника. При правильном выборе материала и геометрии полупроводника получается измеримый сигнал, который можно усилить и обеспечить измерение одного компонента магнитного поля.

Мастер использует дешевый и широкодоступный датчик SS49E.

Вот его характеристики:
• Энергетически эффективный
• Удобный PCB интерфейс
• Стабильный выходной сигнал с малым шумом
• Диапазон напряжения питания от 2.7В DC до 6.5В DC
• Чувствительность 1.4мВ/Гс
• Время отклика: 3мкс
• Линейность (% от диапазона) 0.7%
• Диапазон рабочей температуры от -40°C до 100°C

4x3x2 мм. Измеряет компонент магнитного поля, перпендикулярный его передней поверхности. Датчик биполярен и имеет 3 вывода — Vcс Gnd Out

Шаг второй: макетная плата
Сначала мастер собирает схему на макетной плате. Подключает датчик Холла, дисплей и кнопку: датчик Холла должен быть подключен к + 5В, GND, A1 (слева направо). Дисплей должен быть подключен к GND, + 5V, A5, A4 (слева направо). При нажатии кнопки необходимо установить соединение с землей на A0.

Мастер не был поклонником 9 В аккумуляторов, они дорогие и имеют небольшую емкость. Но местный супермаркет внезапно продал перезаряжаемую версию NiMH по 1 евро каждая. Их можно легко зарядить, если подать на них питание 11 В через резистор 100 Ом в течении ночи. Для подключения батареи мастер использует контакты от старой 9 В батареи. 9 В батарея компактна. От батареи + подается на Vin Arduino, минус на GND. На выходе +5 В будет иметься регулируемое напряжение 5 В для дисплея и для датчика Холла.

Зонд Холла, OLED-экран и кнопка подключаются так же, как на макетной плате. Единственное дополнение — кнопка включения / выключения устанавливается между батареей 9 В и Arduino.

Шаг пятый: калибровка
Калибровочная константа в коде соответствует числу, указанному в техническом описании (1,4 мВ / гаусс), но техническое описание допускает большой диапазон (1,0-1,75 мВ / гаусс). Чтобы получить точные результаты, нам нужно откалибровать зонд.

Самый простой способ создать магнитное поле с точно определенной силой — это использовать соленоид.

Для расчета берется следующая формула: B = mu0 * n * I. Магнитная постоянная является константой mu0 = 1.2566×10 ^ -6 Т / M / A. Поле является однородным и зависит только от плотности обмоток n и тока I, которые можно измерить с хорошей точностью (

1%). Приведенная формула в данном случае работает если отношение длины к диаметру L / D> 10.

Чтобы сделать подходящий соленоид, нужно взять полую цилиндрическую трубу с L / D> 10 и намотать обмотку. Мастер использовал трубку из ПВХ с наружным диаметром 23 мм. Количество витков — 566. Сопротивление 10 Ом.

Далее подает питание на катушку и измеряет ток с помощью мультиметра. Для контроля тока использует источник переменного напряжения или резистор переменной нагрузки. Измеряет магнитное поле для нескольких текущих настроек и сравнивает его с показаниями.

До калибровки датчик показывал 6,04 мТл, в то время как по теории 3,50 мТл. Поэтому мастер умножил калибровочную константу в строке 18 кода на 0,58. Магнитометр теперь откалиброван.

[Перевод] Собираем переносной магнитометр

Клиентам

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 [микротесла] 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 можн&#1
086; 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.

• 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 = μ * n * I. Магнитная постоянная (или магнитная проницаемость вакуума) – это природная константа: μ = 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 те&#10
86;рии должно было быть 3,50 мТл/A. Поэтому я умножил константу калибровки в 18-й строчке кода на 0,58. Готово – магнитометр откалиброван!

Прецизионный магнитометрический измерительный комплекс MagniProX4 (магнитометр)

MagniProX4 предназначен для измерения абсолютного значения индукции магнитного поля Земли, а также поиска, оценки величины и локализации магнитных аномалий (естественных и техногенных) на местности.

MagniProX4 – это прецизионный измерительный комплекс, состоящий из первичного преобразователя (датчика*) и электронного блока (блока преобразования). Работа прибора основана на принципе статической поляризации протонов и последующем измерении частоты их свободной прецессии.

Благодаря использованию современной элементной базы и оригинальных технических решений измерительный комплекс обладает высокими эксплуатационными характеристиками, включая гибкую систему адаптации под специфические магнитометрические задачи.

MagniProX4 может быть использован в археологии и геологоразведке для проведения магнитометрических исследований, в области строительства для обнаружения скрытых в земле ферромагнитных объектов,(трубопроводы, металлоконструкции, железобетонные изделия и др.).

Основные особенности комплекса MagniProX4

• Интуитивно понятный интерфейс с единственным многофункциональным органом управления и возможность полностью автоматического режима работы прибора без необходимости корректировки пользователем настоечных параметров.
• Широкий диапазон измеряемых значений напряженности магнитного поля (20 000 – 99 000 нТл) и высокая скорость работы прибора – до двух измерений в секунду.
• Возможность использования прибора в местах с повышенным уровнем электромагнитных помех благодаря применению эффективных методов аналогово-цифровой обработки и анализа сигнала.
• Благодаря интегрированному высокочувствительному 72-канальному навигационному модулю, работающему одновременно в системах GPS и GLONASS, и активной антенне, данные измерения магнитного поля привязываются к координатам места измерения с высокой точностью даже в сложных условиях приема сигнала со спутников.
• Встроенная энергонезависимая память позволяет сохранять данные о более чем миллионе измерений, включая дату, время, и координаты для каждого из них.
• Небольшая масса и компактный размер прибора обеспечивают высокую мобильность при проведении пешеходной магнитометрической съемки.
• Защищенный корпус электронного блока и датчика, а также элементная база и конструкционные материалы с расширенным температурным диапазоном эксплуатации, позволяют использовать прибор в сложных климатических и метеорологических условиях.
• Цветной 4.3” LCD-дисплей с яркостью до 500 кд/м 2 и разрешением 480х272 обеспечивает комфорт эксплуатации и четкость восприятия информации на экране даже в условиях повышенной освещенности.
• Работа электронного блока возможна с различными типами датчиков, использующих принцип статической поляризации, и имеющих активное сопротивление от 10 Ом и индуктивность от 20 мГн.
• Полная настройка прибора под датчик производится автоматически при выборе соответствующего пункта в меню (по желанию заказчика возможна адаптация прибора под датчики, использующие принцип динамической поляризации).
• Реализация фазовой синхронизации начала каждого нового цикла измерения с сигналом прецессии предыдущего дает возможность проводить качественные измерения напряженности однородного магнитного поля при малых временах поляризации (от 0,3 с) и интервалах между измерениями (от 0,1 с).

Использование современных цифровых интерфейсов позволяет существенно расширить возможности обмена данными между измерительным комплексом и другими устройствами.

В приборе реализованы:

1. USB интерфейс для экспорта данных измерений на ПК;

2. USB интерфейс для подключения встроенного высококачественного навигационного модуля к ПК с целью расширения навигационных возможностей;

3. разъем подключения карты памяти типа SD;

4. беспроводной Bluetooth-интерфейс** с дальностью до 1000 м для связи с ПК или аналогичным измерительным комплексом.

Применение качественной встроенной в корпус электронного блока LiFePo аккумуляторной батареи** с номинальным напряжением 12,8 В, емкостью 7 А/ч и ресурсом более 2 000 циклов заряд/разряд позволяет обеспечить более 8 ч непрерывной работы***.

ООО «ПРОТОН СПБ»
Санкт-Петербург

дом 19, литера А, пом. 7-Н

Оборудование / Протонный магнитометр МИНИМАГ-М

Протонный магнитометр МИНИМАГ-М

МИНИМАГ-М – одноканальный портативный протонный магнитометр, предназначен для применения при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых, а также для других работ по обнаружению скрытых намагниченных объектов.

Магнитометр МИНИМАГ-М может быть использован также в качестве автономной магнитовариационной станции (МВС) с программируемым циклом работы при максимальном быстродействии 1 изм. в 2 секунды.

Преимущества протонного магнитометра МИНИМАГ-М:

• Малые габариты и вес магнитометра обеспечивает удобство выполнения полевых работ;
• Контрастный ЖК-индикатор, цифровая индикация результата измерения дополнена графическим отображением регистрируемого поля;
• Автономность действия прибора за счет увеличенного объема памяти;
• Возможность подключения кнопки дистанционного пуска обеспечивает удобство съемки одним оператором.

Технические характеристики протонного магнитометра МИНИМАГ-М:

• Диапазон измерения магнитного поля: 20 000 — 100 000нТл с погрешностью отсчитывания 0,01нТл;
• Систематическая погрешность абсолютных измерений: не более 2 нТл;
• Среднеквадратическая погрешность: не хуже 0,03нТл;
• Режимы: ручной и автоматический (с программируемым циклом работы от 2c до 24 часов с шагом 1 с);
• Время одного измерения: не более 2с;
• Время установления рабочего режима: не более 1 мин.;
• Объем памяти: 4 Mb (500 тыс. измерений в режиме пешеходной съёмки и не менее 1 млн. измерений в режиме записи вариаций);
• Цифровой выход: RS-232;
• Питание от аккумуляторного источника 12В;
• Средняя потребляемая мощность (при цикле 1 изм. в 10 с): ≤1,0Вт;
• Рабочая температура: от -10 до +50;
• Масса рабочего комплекта: 4кг;

Комплектация протонного магнитометра МИНИМАГ-М:

• Преобразователь магнитоизмерительный;
• Пульт управления;
• Аккумулятор (12В,емкость 3,4 а/час), запасной аккумулятор, зарядное устройство для аккумуляторов;
• Комплект кабелей: кабель МИП-ПУ, кабель питания (аккумуляторный), кабель ДП, кабель RS-232 , кабель питания камеральный, кабель-конвертор RS-232-USB:
• Ранцевый подвес;
• Футляр;
• Руководство по эксплуатации;
• Диск с программным обеспечением.

Страна производитель: Россия

Чтобы купить протонный магнитометр МИНИМАГ-М, свяжитесь с нами. Запросите дополнительную информацию с помощью формы ниже или закажите обратный звонок. Ваши данные в безопасности и не будут переданы третьим лицам.

Вас могут заинтересовать

Продажа геофизического оборудования с доставкой по России.

Геофизическая аппаратура: купить электроразведочное оборудование, магнитометр, измеритель магнитной восприимчивости (каппаметр), сейсмограф, спектрометр, оборудование для магнитотеллурики, аппаратура для электропрофилирования, оборудование метода переходных процессов, система видеокаротажа, скважинная камера, георадар, неполяризующиеся электроды, каротажное оборудование и другие геофизические приборы.