Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
OptexOptex
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Pole elektromagnetyczne - Wykrywanie

05 Lip 2013 19:22 8685 71
  • Poziom 9  
    Witam,

    Buduje pewne urządzenie i trafiłem na pewien dylemat, potrzebuję wykrywać pole elektromagnetyczne kabla.
    W kablu będzie płynąć ok ~20V AC, chciałbym aby układ wykrywał pole z jak najmniejszymi zakłóceniami z zewnątrz, tzn. wykrywał kabel tylko w tedy gdy rzeczywiście znajduje się on POD czujnikiem.
    W kablu niestety nie będzie płynął jakiś ogromny prąd, gdyż służył on będzie tylko po to aby zdołał być wykrywany przez czujniki, więc możliwie minimalny.
    Wynik działania układu interesuje mnie tylko :1/0 (Pole jest lub nie) -gdyż układ ma pracować z mikroprocesorem a niepotrzebna mi dokładna wartość pola,co w jakimś stopniu ułatwia sprawę.
    Myślałem o Darlingtonie zrobionym z 3 tranzystorów i czegoś typu detektor na baze pierwszego i jakimś ekranowaniu detektora, który umożliwi w jakimś stopniu kierunkowość działania.
    Przydało by się jakoś regulować czułość układu, bo myślę że przy 3 tranzystorach wzmocnienie może być tak silne, że wyjście będzie stale nasycone śmieciami z kosmosu :)
    Co myślicie o takim rozwiązania? może jakiś lepszy pomysł?? Z góry dzięki za jakiekolwiek sugestie, pozdrawiam! :)
  • OptexOptex
  • Poziom 43  
    Witam!
    Noffly napisał:
    ... pole elektromagnetyczne w kablu ...
    aby takie pole wykryć, musiał byś umieścić czujnik W KABLU.
    Czujnikiem umieszczonym poza kablem wykryjesz pole w miejscu umieszczenia czujnika, czyli też poza kablem.
    Dla niskich częstotliwości (50Hz AC) najłatwiej wykryć składową magnetyczną pola elektromagnetycznego - tu wystarczy cewka z rdzeniem ferromagnetycznym.
    Jeśli nie masz z czego, lub nie umiesz zrobić takiej cewki, to wykorzystaj gotową głowicę magnetofonową.
    Dla zapewnienia "czystości" sygnału należy zastosować filtr aktywny selektywny na 50Hz.
    Cała konstrukcja: głowica - filtr - wzmacniacz - detektor - dyskryminator, jest do zbudowania na tanim, łatwo dostępnym 4-krotnym wzmacniaczu operacyjnym LM324.
    Koszt materiałów poniżej 4-paka Żywca i pół godziny montażu na ogryzku płytki uniwersalnej ...
  • OptexOptex
  • Poziom 9  
    No tak, może źle się wyraziłem, chcę oczywiście wykryć obecność pola elektromagnetycznego, które generuje prąd w kablu :)
    Częstotliwość 50Hz..

    Zaraz zgłębie temat, dziękuje za szybką odpowiedź.
  • Specjalista elektronik
    Pytanie, do czego to ma służyć - szukania kabla w ścianie, czy rozpoznawania przewodu? W drugim przypadku przyrząd mógłby mieć "cęgi" do obejmowania przewodu i móc odróżniać pole magnetyczne tego przewodu od innych (na zasadzie pasa Rogowskiego).
  • Poziom 9  
    Co tu dużo mówić, buduje autonomiczną kosiarkę i takim kablem chce ograniczyć jej obszar pracy.
    kabel równo z powierzchnią ziemi, 'czujniki' kilka cm nad ziemią mają wykryć ten kabel pionowo w dół.
  • Poziom 9  
    Ok, tak myslalem ze lepiej wieksza czestotliwosc. a jak wyliczyc częstotliwość która będzie najlepsza?

    Wygeneruje to na ne555 bez większych problemów ?
    Wzmacniacz selektywny ewentualnie ustawie na wieksze pasmo przepustowosci jesli ne555 bedzie spory blad generowal..
    Chyba że jest jakiś pewniejszy sposób/ scalak ?
  • Poziom 43  
    Dla NE555 nawet 100kHz nie jest problemem, ale osobiście bym proponował generator na jakimkolwiek wzmacniaczu akustycznym (np. TDA2003) z mostkiem Wiena w sprzężeniu zwrotnym - daje piękny i stabilny sinus.
    Oczywiście w takiej sytuacji czujnikiem może być cewka na pręcie ferrytowym (antena).
  • Poziom 9  
    Pole elektromagnetyczne - Wykrywanie

    Te 9kHz wygeneruje na NE555..
    Co powiecie na coś takiego ?
  • Specjalista elektronik
    Może dobrze byłoby wiedzieć, jakiego sygnału można się spodziewać: u=µ0*i*f*N*S/D, gdzie 'u' to napięcie indukowane w cewce, 'i' to składowa zmienna prądu w przewodzie, 'f' to jej częstotliwość, 'N' to ilość zwojów, 'S' to powierzchnia zwoju, 'D' to odległość od przewodu, µ0 to przenikalność magnetyczna próżni = 0.4π µH/m, H = V*s/A. Powiedzmy, że N=1, S=1cm², D=10cm, f=8kHz, i=10mA - wychodzi u=0.1 µV, zdecydowanie za mało, trzeba zwiększyć S (np. do 10cm²) i N (np. do 100) - wtedy uzyskamy 100 µV, potrzebny będzie 2-stopniowy wzmacniacz tranzystorowy (i to nie Darlington, a 2 stopnie w układzie wspólnego emitera), żeby było co podać na detektor.

    Trzeba odpowiednio ustawić cewkę - ona jest czuła na pole w określonym kierunku, wzdłuż osi, a prostopadle do płaszczyzny zwojów; przewód z prądem wytwarza pole obiegające go "w kółko"; można cewkę ustawić tak, by jej oś była pionowa, ale wtedy nad samym przewodem ona nie odbierze nic; natomiast jeśli oś cewki będzie pozioma, to ona nic nie odbierze, jeśli jej oś będzie równoległa do przewodu.

    I pytanie: czy silnik tej kosiarki, albo jakiś układ nim sterujący, nie wytworzy takich zakłóceń, że zagłuszą sygnał z przewodu? Może trzeba dać znacznie większy prąd w przewodzie, żeby przebić się przez te zakłócenia?
  • Poziom 43  
    W układzie odbiorczym wzmacniacz operacyjny (WO) wymaga mniej elementów, niż "prosty" WE, a dysponuje znacznie większym wzmocnieniem. Filtr aktywny na WO jest też prosty. Zamiast mostka - detektor (też z WO), a zamiast stabilizatora (po co?) dyskryminator z nastawianym progiem zadziałania i niewielką histerezą. Po nim dzielnik (2 oporniki) dla dopasowania poziomu sygnału dla procesora.
    Jeśli pętla "nadawcza" będzie miała długość 100m, a przekrój drutu będzie 0,25mm2, to oporność pętli będzie 6,8Ω - stanowczo za mało (ok. 20 razy!) dla bezpośredniego dołączenia do "555", a "w sam raz" dla TDA2003. Dla krótszej pętli będzie oczywiście jeszcze niższa oporność.
  • Poziom 9  
    _jta_ napisał:


    I pytanie: czy silnik tej kosiarki, albo jakiś układ nim sterujący, nie wytworzy takich zakłóceń, że zagłuszą sygnał z przewodu? Może trzeba dać znacznie większy prąd w przewodzie, żeby przebić się przez te zakłócenia?


    Tutaj postaram się jakoś ekranować i czujniki i silnik noży.
    Prąd w kablu powiedzmy, że dam ok 500mA, ale jednak nadal będzie to jeden kabel nie gigantyczna cewka.
    Pytanie jaki kabel, żeby mnie to nie wyniosło kosmicznej kwoty za obszarowanie całej działki, koło 100m będzie na pewno.
    I pytanie jak dokładnie wyglądać ma taka cewka w 'czujniku' aby była kierunkowa, wystarczy nawinąć na jakiś 80mm gwóźdź prostopadly do ziemi, lub pochylony do przodu jakies 20st. od pionu, z 500 zwojów i ten sygnał z cewki wzmacniać TDA2003?

    _jta_ napisał:
    Powiedzmy, że N=1, S=1cm², D=10cm

    Myślę, że D będzie maksymalnie 5cm.

    Rzuuf napisał:
    Jeśli pętla "nadawcza" będzie miała długość 100m, a przekrój drutu będzie 0,25mm2, to oporność pętli będzie 6,8Ω - stanowczo za mało (ok. 20 razy!) dla bezpośredniego dołączenia do "555", a "w sam raz" dla TDA2003. Dla krótszej pętli będzie oczywiście jeszcze niższa oporność.


    Wnioskuje, że rezystancja obwodu kabla ograniczającego obszar, musi być ok. 150Ohm aby NE555 dała rade? Mam go jakoś sztucznie obciążyć? czy zmniejszyć przekrój? To raczej kosztem SEM.. Więc sam nie wiem.
  • Poziom 43  
    TDA powinin byc użyty jako generator - NADAJNIK - dla niskoomowej pętli, masz tolerancję: każda oporność większa niż 4Ω jest OK.
    "555" użyty jako nadajnik daje moc w pętli SETKI razy mniejszą (prąd dopuszczalny tylko 100mA), dopuszczalna oporność obciążenia jest >120Ω - włączenie dodatkowych oporników w pętlę to też strata mocy, więc taki nadajnik jest za słaby i wtedy musisz rozbudować odbiornik.
  • Poziom 9  
    Czyli w 555 generuje te 8-9kHz, wzmacniam TDA i puszczam w kabel 4Ω+, kabel rozumiem że tym lepszy im większy przekrój przy zachowaniu 4Ω+ ?

    Ok, teraz czym to najlepiej i najeokomiczniej odbierać? czy wspomniany "gwóźdź, z cewką będzie odpowiedni ? Sygnał z cewki potem wzmacniać też na TDA i dopiero wpuszczać na filtr pasmowoprzepustowy ?
  • Specjalista elektronik
    W rdzeniu z żelaza wystąpi efekt naskórkowy - głębokość wnikania pola magnetycznego dla stali przy częstotliwości 9kHz to około 0.1mm. Poza tym, jeśli rdzeń będzie mały, to wynik będzie gorszy, niż dla większej cewki bez rdzenia - wypadałby użyć sporej garści gwoździ.

    555 generuje prostokąt, więc sygnał będzie zawierał sporo harmonicznych - może komuś w pobliżu zakłócać odbiór audycji radiowej. Należy stosować sygnał sinusoidalny (można generować na samym TDA2003, bez 555), żeby nie zakłócać.

    Co do kabla: trzeba by sprawdzić, jaki jest najtańszy o sensownym przekroju. Telefoniczny 4-żyłowy kosztuje od 22 zł / 100 m (w hurtowni), nie pamiętam, jaki ma opór; alarmowy 2-żyłowy po 37 zł / 100 m - jedna żyła ma 9.5Ω (można połączyć 2 równolegle), niestety drut; albo jednożyłowy - 50 zł / 100 m, linka (ale nie wiem, czy 0.5 to grubość, czy przekrój w mm2, i jaki to ma opór; 0.35 jest po 40 zł / 100 m).
  • Poziom 9  
    Mam takie może głupie pytanie.
    Co mam rozumieć przez TDA powinien służyć jako nadajnik?

    To znaczy, że ma się znajdować w obwodzie nadawczym, tzn.
    9kHz generuje w jakims LC/ne555 i wzmacniam TDA?

    Czy może TDA ma możliwość generowania sygnału ? tutaj proszę o jakiś stosowny i poprawny schemat/aplikację która będzie ze mną współpracować.

    Zrobiłem schemat, ale nie jestem pewien czy to ma prawo działać, na TDA z ds wynika że na wejście podaje się napięcie rzędu mV, nie wiem więc czym miałbym zasilić segment z generatorem, żeby na wyjściu mieć odpowiednią amplitude. segment 2 wydaje mi się być poprawny, przy zasilaniu 12V (?)
  • Poziom 43  
    Schemat jest prawidłowo skopiowany, ale 555 jest zbędny (bedziesz miał tylko prostokąt, a nie sinus): tu masz to, co masz zrobić na samym TDA: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons...osc.svg/490px-Wien_bridge_classic_osc.svg.png .
    W gałęzi ujemnego sprzężenia zwrotnego jest użyta żaróweczka telefoniczna 12V/50mA dla stabilizacji amplitudy.

    Tutaj: http://www.mikrocontroller.net/attachment/108427/oszillator.png masz podobną kombinację, tylko wzmacniacz operacyjny i tranzystory wykonawcze zastępujesz jednym TDA. Diody są tu elementem nieliniowym dla stabilizacji amplitudy.
  • Poziom 9  
    No tak, wiem że prostokąt. Ale z tego co czytałem pole wytworzone przez prostokątteż jest ok. Więc czy w takiej aplikacji będzie mi cięzko je wykryć ? Suma sumarum, jeśli lepiej sinus. Możesz mi rozjaśnić dokładnie jak to ma wyglądać z tym TDA bo nie rozumiem do końca jak to mam podłączyć. Aplikacja samego TDA w schemacie który wstawiłem, rozumiem że jest poprawna, więc co dokładnie mam podać na wejście wzmacniacza ?

    To tak ? Mostek wiena
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    Dokładnie tak!
    Tyle tylko, że między elementy mostka a wejścia TDA dodasz kondensatory oddzielające składową stałą.

    W sinusie 100% mocy jest sygnałem użytecznym, a w prostokącie tylko połowa mocy - reszta to bezużyteczne harmoniczne.
  • Poziom 9  
    Okej, przyjmując że wzmacniacz zasilam z 12V, mogę tym samym zasilić mostek? Jeśli tak, to jak obliczyć te 2xR i 2xC dla 9kHz ?
  • Poziom 43  
    Tu masz schemat:
    Pole elektromagnetyczne - Wykrywanie
    Dodajesz elementy mostka Wiena: R (2 sztuki po 1,5kΩ), C (2 sztuki po 10nF), lampka telefoniczna 12V/50mA, potencjometr montażowy P o oporności 470Ω z szeregowym opornikiem 22Ω. Częstotliwość powinna "wyjść" ok. 10kHz.
    Kondensatory dołączone do wejść TDA2003 mogą być 1µF.
    Częstotliwość, jaka będzie generowana, określa iloczyn RC (popatrz do literatury na temat mostka Wiena).
  • Poziom 9  
    Rzuuf napisał:
    potencjometr montażowy P o oporności 470Ω z szeregowym opornikiem 22Ω...


    W jakim on jest dokładnie celu ?

    I czy to jest wszystko policzone pod 12V ? Pisząc o lampce 12V rozumiem, że tak. Upewniam się co do obliczeń.
    Pole elektromagnetyczne - Wykrywanie



    Edytuj
  • Specjalista elektronik
    Lampka może być na mniejsze napięcie - amplituda na wyjściu będzie może około 5V, napięcie skuteczne 3.5V, a na lampce 1/3 tego, czyli 1.2V... Ona jest po to, żeby stabilizować amplitudę: jak się nagrzeje, to zwiększa oporność, a to zwiększa tłumienie. Podejrzewam, że ten potencjometr może mieć dużo mniejszy opór, jaki ma ta lampka przy napięciu 1.2V? Trzeba to pomnożyć przez 2 i taka ma być suma oporności tego opornika i potencjometru nastawionego na środek - pewnie potencjometr 100R będzie w sam raz. Nastawia się go tak, żeby generator jeszcze nie dawał zniekształceń.
  • Poziom 9  
    hoho, chcialbym miec oscyloskop ;)
    No cóż, wiec zabieram sie za płytke jeśli elementy pasują.

    Potem kolejna sprawa. Wykrywanie dokładnie tylko tego pola które pochodzi od tego sygnału..
  • Poziom 43  
    Noffly napisał:
    Wykrywanie dokładnie tylko tego pola które pochodzi od tego sygnału.

    Najprościej: wzmacniacz selektywny (filtr aktywny).
  • Poziom 9  
    A jak na wejście TDA podepnę detektor a na wyjscie w szeregu filtry dolno i górno przepustowy, kolejno na 9.5 i 10.5 kHz ? Będzie ok ?

    Czy może przefiltrować sygnał od razu z detektora? ale czy ta znikoma amplituda nie będzie za mała?
  • Specjalista elektronik
    Filtr rezonansowy działa znacznie skuteczniej, niż łączenie dolno- i górnoprzepustowych. W odbiorniku wzmacniacz operacyjny, nie mocy.
    Można zrobić dwie "anteny" przeciwnie ustawione - żeby inne sygnały odjęły się na nich. Albo prościej, cewkę w kształcie "ósemki poziomo".
  • Poziom 9  
    Pole elektromagnetyczne - Wykrywanie

    rozumiem, że coś takiego.. teraz w jakiej aplikacji i jaki wzmacniacz operacyjny najlepszy ?
  • Specjalista elektronik
    Cewka sama z siebie ma indukcyjność, wystarczy dodać pojemność (równolegle), pytanie czy uzyskasz wystarczającą indukcyjność, żeby wystarczyła jakaś sensowna pojemność - nawiniesz paręset "ósemek"? Cewka antenowa + kondensator to byłby pierwszy obwód rezonansowy, za wzmacniaczem wypadałoby dać drugi, bo ten pierwszy będzie mało selektywny. Wzmacniacz powinien być niskoszumowy.