Научно-исследовательский сайт Вячеслава Горчилина
2020-11-23
Все заметки/Радиант, второе магнитное поле
Усовершенствованный индикатор второго магнитного поля
В этой заметке мы представим усовершенствованный вариант индикатора второго магнитного (скалярного) поля. Наш первый опыт в этом направлении был представлен здесь. Новая схема и конструктив позволили расширить частотный диапазон индикатора: от 1 кГц до 30 МГц — и это то, что было экспериментально проверено, а на самом деле частотный диапазон может быть более широким. Также, более широким стал и диапазон питающих напряжениий: 5-27 V. Кроме того, увеличилась стабильность параметров схемы и упростилась её настройка. Всё это стало возможно за счёт применения высокочастотного операционного усилителя и точных номиналов датчика L1, с констуктива которого мы и начнём наше описание.
Датчик
Датчик представляет из себя броневой ферритовый сердечник типоразмером P14/8, это означает, что его внешний диаметр составляет 14 мм, а высота — 8 мм. В приведенной таблице он подчёркнут красной линией. На этот типоразмер рассчитана и плата, представленная ниже в разделе «Промышленный вариант».
Собирается этот датчик следующим образом. На каркас от броневого сердечника наматывается 50 витков провода димаетром 0.1-0.15 мм. Это и будет наша катушка L1. Она помещается в сердечник, состоящий из двух половинок, между которыми необходимо сделать зазор в 0.3-0.5 мм. Такой зазор можно сделать при помощи тонкой картонной бумаги, вырезав круг диаметром 15 мм, в котором нужно также вырезать отверстие в 12 мм. Ещё один вариант зазора — разрезать пополам изолирующую шайбу M3, и проложить эти две половинки между сердечником и каркасом, тогда зазор образуется автоматически за счет разности высот. Этот вариант и представлен ниже на фото. Надев на каркас обе половинки, необходимо зафиксировать эту конструкцию при помощи лаутнной стойки M2 и двух винтов с диаметром резьбы в 2 мм. Такая стойка хорошо вставляется в центр броневого сердечника и не вносит искажений в поле; её официальное название — «стойка металлическая TFF-M2x8».
Можно поступить ещё проще, не примененяя латунную стойку и шайбы: просто склеить всю эту конструкцию. Это будет не очень технологично и не ремонтопригодно, но зато такой вариант потребует меньше деталей.
Самое удивительное в данном индикаторе то, что в качестве датчика L1 может быть применено ферритовое кольцо с равномерно намотанным на него проводом. Хотя чувствительность датчика при этом и уменьшится в несколько раз, но сам факт получения данных для индикации из полностью замкнутых магнитных линий такого кольца, представляет собой теоретический и практический интерес. Диаметр и высота кольца должны быть как можно меньше. Хорошо работают кольца с диаметром 8 мм и с числом витков — 15-20.
Схема
Схемотехника этого индикатора рассчитана на широкий диапазон питающих напряжений: от 5 V до 27 V. Кроме того, индикатор может запитываться от USB-разъёма или трёх батареек типа «AAA».
Принципиальная схема индикатора второго магнитного поля
Если планируется питание индикатора от сетевого блока питания, то его нужно осуществлять от разъёма XS1. В этом случае, блок питания может быть рассчитан на любое напряжение в диапазоне от 9-ти до 27-и вольт. Если же индикатор будет запитываться от USB-разъёма, то питание на схему нужно подавать от разъёма XS2. Туда же нужно подавать питание от трёх последовательно включённых батареек типа «AAA», если вы будете применять такой вариант запитки. В двух последних случаях, элементы DA3 и C6 на плату можно не устаналивать.
Детали
Перечень элементов схемы:
  • L1 — броневой ферритовый сердечник типоразмером P14/8;
  • DA1 — сдвоенный операционный усилитель MCP6022. Замена на другие ОУ не допускается;
  • DA2 — измеритель уровня сигнала KA2284 (AN6884, LB1403);
  • DA3 — стабилизатор напряжения на 5V — L78L05;
  • VD1..VD5 — светодиоды синего или красного цвета свечения;
  • C1..C2 — полипропиленовые конденсаторы с допустимым отклонением в 10%;
  • C3..C6 — керамические конденсаторы с допустимым отклонением в 10%;
  • R1..R10 — резисторы на 0.065-0.125 Вт с допустимым отклонением в 5%;
  • SW1 — любой переключатель с фиксацией, например PB22E06;
  • XS1 — разъём питания DC-005 5.5/2.1.
Настройка
Для настройки схемы установите два подстроечных сопротивления в среднее положение (так они и стоят по умолчанию). Поднесите скалярную катушку на некотором расстоянии. Если такая чувствительность вас устраивает, то на этом настройка закончена. Если чувствительность недостаточна, то сначала немного уменьшите сопротивление R4, затем R9, добиваясь нужной чувствительности устройства. Но следует помнить, что при отсутствие поля светодиоды не должны светиться.
Промышленный вариант: печатная плата (открыть)
Промышленный вариант предусматривает комплект документации для промышленного изготовления платы: GERBER-файл для производства печатной платы, BOM-файл спецификации комплектующих и принципиальную схему с указанием номиналов элементов. Всё это позволяет сразу заказать печатную плату, например, здесь, а затем быстро её собрать.
Для скачивания файлов необходимо авторизоваться и оплатить абонемент на месяц или на год, а затем обновить эту страницу. Если вы ещё не зарегистрированы, то сделайте это прямо сейчас!
 
1 2