Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Jak zrobić wykrywacz pola elektromagnetycznego? Problem z jednostkami.

Ingitre 07 Jul 2019 18:39 1107 31
Testo
  • #1
    Ingitre
    Level 6  
    Planuję zrobić na podstawie Arduino uno wykrywacz pola elektromagnetycznego. Zaciekawił mnie ten projekt: https://www.youtube.com/watch?v=y1Bke3750WE
    Chciałbym, aby docelowo na wyświetlaczu LCD 2x16 wyświetlała się informacja o natężeniu pola.

    Natknąłem się więc na układy KY-024, jednak nie mogę sobie poradzić z jednostkami.
    https://www.youtube.com/watch?v=pdz_F2jL71A

    Próbowałem doczytać w internecie w czym powinno się mierzyć natężenie pola elektromagnetycznego, jednak raz widzę jakieś Gaussy, raz V/m albo uT i już sam po prostu nie wiem o co w tym chodzi. Byłby mi ktoś skłonny wytłumaczyć?

    I jeszcze jedno pytanie - w datasheet do KY-024 jest podana czułość 1.75 mV/G. Czy to wystarczy, aby wykryć przez ścianę przewody?
    Do you have a problem with Arduino? Ask question. Visit our forum Arduino.
  • Testo
  • Helpful post
    #2
    TvWidget
    Level 36  
    Jednostką pola elektrycznego jest V/m
    Jednostką pola magnetycznego jest T lub G
    Jak sama nazwa sugeruje w przypadku pola elektromagnetycznego mamy składową magnetyczną i elektryczną. Cechą charakterystyczną są cykliczne zmiany wartości jego składowych w funkcji czasu. W przypadku kuchenki mikrofalowej następuje to ponad miliard razy na sekundę.
    Czujnik Halla KY-024 służy natomiast do pomiaru statycznego lub wolno zmieniającego się pola magnetycznego.
    Ingitre wrote:

    I jeszcze jedno pytanie - w datasheet do KY-024 jest podana czułość 1.75 mV/G. Czy to wystarczy, aby wykryć przez ścianę przewody?

    Policz jaka wartość napięcia będzie na wyjściu czujnika Halla posługując się wzorem: https://eszkola.pl/fizyka/pole-magnetyczne-wokol-przewodnika-z-pradem-3973.html
  • #3
    Ingitre
    Level 6  
    Quote:
    Czujnik Halla KY-024 służy natomiast do pomiaru statycznego lub wolno zmieniającego się pola magnetycznego.

    Więc jakimi układami powinienem zmierzyć pole elektromagnetyczne? Muszę mieć jeden czujnik mierzący pole magnetyczne, a drugi pole elektryczne czy jak? Mógłbym prosić o jakieś wskazówki?

    Na przykład tutaj pewien pan zrobił to za pomocą anteny zrobionej z nożyczek i chyba nie potrzebował dodatkowych układów. Tylko nie wiem na jakiej zasadzie to działa.
    https://www.youtube.com/watch?v=T30Gl6ieLz0
  • #4
    TvWidget
    Level 36  
    Cechą charakterystyczną pola EM jest częstotliwość zmian jego składowych.
    W praktyce można jednie zbudować miernik natężenia pole EM działający w określonym zakresie częstotliwości. Musisz więc ten zakres określić.
  • #5
    User removed account
    Level 1  
  • #6
    TvWidget
    Level 36  
    atari_robbo wrote:
    Analizator widma jest przyrządem który może wykonać pomiar pola EM w bardzo szerokim zakresie.

    Szeroki czy wąski to sprawa względna. Zawsze jest jednak ograniczony.
  • #7
    Ingitre
    Level 6  
    TvWidget wrote:
    Cechą charakterystyczną pola EM jest częstotliwość zmian jego składowych.
    W praktyce można jednie zbudować miernik natężenia pole EM działający w określonym zakresie częstotliwości. Musisz więc ten zakres określić.


    To znaczy? Interesuje mnie pomiar natężenia pola elektromagnetycznego emitowanego przez instalacje elektryczne.
  • #8
    TvWidget
    Level 36  
    Znajdź jakąś elektromagnes, transformator itp. Musi mieć dużo zwojów drutu i otwarty żelazny rdzeń. Podłącz to do wejścia mikrofonowego np. w PC.
    W zbliżając taką cewkę do przewodu przez jaki płynie prąd usłyszysz w głośniku warkot. Czym będzie głośniejszy tym natężenie pola będzie większe.
    Możesz w charakterze czujnika użyć też dużego gwoździa na jakim nawiniesz trochę drutu (min. 100 zwojów).
  • #9
    Ingitre
    Level 6  
    Czyli pomiar natężenia polega na zjawisku indukcji elektromagnetycznej? Im większe natężenie pola tym większe napięcie się wyindukuje w zwojach?

    Jeśli chodzi o niskie częstotliwości to mam rozumieć, że trzeba użyć większej liczby zwojów?

    Zasadę działania już mniej więcej znam, tylko nie jestem pewien jak to połączyć z Arduino. Żeby się nie okazało, że mi spali układ.
  • #10
    TvWidget
    Level 36  
    Dla niskich częstotliwości sprawdza się żelazny rdzeń i duża liczba zwojów.
  • Testo
  • #11
    Ingitre
    Level 6  
    A jakiego prądu i napięcia mogę się spodziewać? Czym zabezpieczyć układ przed spaleniem? 5V to max dla Arduino.
  • #12
    Krzysztof Kamienski
    Level 43  
    Litościiiiii. Zwykły dławik o otwartym obwodzie magnetycznym, 1 tranzystor i jeden rezystor w charakterze wzmacniacza i ogranicznika amplitudy. np.taki :
    https://www.tme.eu/pl/details/5800-822-rc/dlawiki-osiowe/bourns/
  • #13
    Ingitre
    Level 6  
    Mam dławik wpiąć szeregowo pomiędzy wejście mikrokontrolera, a antene? A tranzystor gdzie?
  • #14
    TvWidget
    Level 36  
    Anteną jest dławik. Bezpośrednio możesz go podłączyć do wejścia mikrofonowego. W przypadku uC potrzebny będzie wzmacniacz i ew. prostownik.
  • #15
    Ingitre
    Level 6  
    Czyli dławik będzie mógł robić za antenę i wystarczy wpiąć go do wejścia analogowego uC? Chodzi o to, że ten sygnał będzie przetwarzany przez przetwornik ADC. Wzmacniaczem ma być tranzystor, tylko jaki? BC547? Tu się będzie indukowany prąd zmieniać w zależności od natężenia pola?
  • Helpful post
    #16
    _jta_
    Electronics specialist
    Może nie taki miniaturowy dławik, bo sygnał będzie słabiutki. Jak zrobisz wzmacniacz na 1 tranzystorze NPN (BC548, BC547), z emiterem podłączonym do masy Arduino, i kolektorem zasilanym poprzez opornik z tego samego napięcia, co Arduino, to nie masz szans uzyskać na jego wyjściu napięcia, które by mogło uszkodzić Arduino, o ile nie podasz sygnału, który uszkodzi tranzystor. Warto jeszcze dodać diodę (np. 1N4148) emiter-baza (anoda do emitera, katoda do bazy) dla zabezpieczenia tranzystora (on chroni Arduino, dopóki sam nie zostanie uszkodzony, więc warto go chronić) przez ujemnym napięciem sygnału, i oczywiście wypada podać sygnał poprzez opornik, ograniczający prąd do około 10mA.

    Opornik do zasilania kolektora powinien być z 10k. Dla tranzystora z grupy B (takie są najczęściej w sprzedaży) opornik baza-kolektor od 1M5 do 2M2. Na bazę podajesz sygnał poprzez opornik z 10k i szeregowo kondensator np. 0.47uF, albo podobny. To już nieźle zabezpieczy (można podać ze 110V RMS), a niewiele pogorszy wzmocnienie. Albo tranzystor z grupy C, opornik 22k/2W, i układ powinien przeżyć podłączenie do napięcia sieci 230V~.
  • #17
    Ingitre
    Level 6  
    Zauważyłem, że niektórzy takie "merniki" robią na zwykłej antenie teleskopowej. Jaki to według was daje efekt? Co ta antena wyłapuje? Bo teoretycznie nawet kawałek drutu wyłapuje pole elektromagnetyczne.
  • #19
    TvWidget
    Level 36  
    Skuteczność takiej anteny dla częstotliwości 50Hz jest znikoma. Długość fali ma kilka tysięcy kilometrów. W stosunku do niej antena teleskopowa delikatnie mówiąc jest trochę mała.
  • #21
    Ingitre
    Level 6  
    Czyli wystarczy wzmocnić sygnał i antena może być nawet z drutu?
  • #22
    _jta_
    Electronics specialist
    Jeśli to ma być czujnik pola elektrycznego. Dla magnetycznego antena powinna być cewką.

    Trzeba jeszcze pamiętać o dopasowaniu impedancji - 1cm drutu przy 50Hz ma gigaomy, potrzebne jest wzmocnienie prądowe z kilka milionów, żeby sygnał wystarczył do sterowania słuchawek. Ale jak się da na wejściu FET-a, to nie ma problemu; na bipolarnych potrzebny jest 3-stopniowy wzmacniacz.
  • #23
    TvWidget
    Level 36  
    _jta_ wrote:
    Trzeba jeszcze pamiętać o dopasowaniu impedancji - 1cm drutu przy 50Hz ma gigaomy, potrzebne jest wzmocnienie prądowe z kilka milionów ...

    Myślę, że potrzebne jest jeszcze uziemienie lub coś co będzie pełniło rolę tzw. przeciwagi anteny.
  • #25
    TvWidget
    Level 36  
    Jeśli wzmacniacz będzie mały, zasilany bateryjnie i będzie leżał na dobrym izolatorze to 50 Hz raczej nie wykryje.
  • #26
    Adamcyn
    Level 38  
    Ingitre wrote:
    Zauważyłem, że niektórzy takie "merniki" robią na zwykłej antenie teleskopowej.

    _jta_ wrote:
    Jak zrobiłem wzmacniacz o sporym wzmocnieniu, to 1cm drutu wystarczał jako antena, nie trzeba było teleskopowej...

    To spore uproszczenie.
    Powinien być dipol.

    Są też hi tech sensory na bazie krzemu:

    Jak zrobić wykrywacz pola elektromagnetycznego? Problem z jednostkami.

    https://medizin-und-technik.industrie.de/tech...ische-feldstaerke-mit-robusten-sensor-messen/

    Diabeł tkwi w szczegółach:

    Der neue Sensor hat den großen Vorteil, dass er das elektrische Feld, dessen Stärke er messen soll, nicht stört. „Die Geräte, die man heute verwendet, um elektrische Feldstärken zu messen, haben gravierende Nachteile“, erklärt Andreas Kainz vom Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme der TU Wien. „Sie enthalten Teile, die beim Messen elektrisch geladen werden, leitende Metallkomponenten können das Feld, das man messen will, deutlich verändern. Diese Störungen werden noch schlimmer, wenn das Gerät noch dazu geerdet werden muss, um einen Referenzpunkt für die Messung zu haben.“ Außerdem sind solche Messgeräte oft relativ unhandlich und schwer transportabel.
  • #27
    Ingitre
    Level 6  
    Da się kupić coś gotowego, co będzie pełniło rolę anteny do tak niskich częstotliwości? Skoro ten miniaturowy dławik się nie nada, to co się nada?
  • Helpful post
    #28
    _jta_
    Electronics specialist
    Pewnie i miniaturowy się nada, ale będzie potrzebne duże wzmocnienie, bo im większy dławik, tym większy sygnał - jest kwestia, jakie (na ile silne) pole chcesz wykrywać.

    Nie wiem, czy udałoby ci się znaleźć cewkę wysokiego napięcia od transformatora wytwarzającego wysokie napięcie w telewizorze - jakiś czas temu (chyba ze 30 lat) zaczęto stosować trafopowielacze, i one już się nie nadają. W każdym razie, cewka powinna mieć otwarty rdzeń i oporność rzędu kilooma - a to oznacza, że należałoby nawinąć np. z pół kilometra drutu 0.1mm, albo ze 100m drutu 0.05mm - to drugie np. dla średnicy 1cm oznacza ponad 3000 zwojów, pierwsze kilkanaście tysięcy.

    Chyba najlepsze z małych dławików, co udało mi się znaleźć, to dławik 100mH. Ma oporność 120 omów - trochę mało, ale może się nada. Lepszy byłby o większej indukcyjności, ale nie widzę, żeby były.

    Dość łatwo można policzyć czułość ramki z drutu/przewodu: jeśli przez przewód znajdujący się w odległości 1m (ale to musi być jedna żyła - powrót prądu musi być inną drogą) płynie prąd 1A o częstotliwości 50Hz, to wytworzy pole 200nT i w ramce o powierzchni 1cm2 wytworzy się napięcie około 6nV - bardzo trudno jest wykrywać tak małe napięcie, ale można nawinąć wiele zwojów, użyć ramki o większej powierzchni...

    Przy dwóch przewodach umieszczonych blisko siebie, którymi płynie prąd 1A (drugim wraca) podobne pole będzie w odległości około 5cm.

    Cewka wysokiego napięcia powinna w takich warunkach dać spory ułamek mV nawet bez rdzenia (a z rdzeniem wielokrotnie więcej).
  • #29
    Krzysztof Kamienski
    Level 43  
    _jta_ wrote:
    Cewka wysokiego napięcia powinna w takich warunkach dać spory ułamek mV nawet bez rdzenia (a z rdzeniem wielokrotnie więcej)

    Zobacz, jakie parametry dławika podałem, choćby rezystancje uzwojenia. Spora jest, czyli sporo tam zwojów. Można dać ich parę szeregowo. Można by też zastosować antenę ferrytową z cewka długofalową od starego radia, to też niezły ,,dinks" :D na te niskie częstotliwości. Cewka zapłonowa...owszem, ale np. z lampy błyskowej.
  • #30
    _jta_
    Electronics specialist
    Akurat ten dławik, który podałeś, ma 8.2mH, co przy 50Hz daje reaktancję 2.5Ω, a jego opór to tylko 20.8Ω; dławik 100mH jest dużo lepszy, jakkolwiek i jego reaktancja jest za mała na dopasowanie do wzmacniacza. Cewka antenowa na fale długie ma pewnie 7.5mH (żeby uzyskać rezonans przy 150kHz z kondensatorem 150pF), albo i mniej, jak kondensator miał większą pojemność (do 220pF około 5mH). Jakkolwiek ma dużo większe wymiary, i może spisać się lepiej od takiego miniaturowego dławika - jak będzie z prętem ferrytowym. Powinna mieć ze 300 zwojów i dawać kilkanaście uV - to już będzie zdecydowanie powyżej szumów rozsądnie zrobionego wzmacniacza.