Schaltung: DIY Magnetometer

Möchten Sie Änderungen im Magnetfeld erkennen? Schauen Sie sich diese interessante Magnetometer-Schaltung aus dem Jahr 2007 an. Das Projekt war so konzipiert, dass selbst kleinste Änderungen der Feldstärke erkannt werden konnten.

Erkennung von Magnetfeld Änderungen

Es gibt im Wesentlichen zwei Arten von Magnetometern: solche, die den absoluten Wert des Magnetfeldes in Magnetfeldstärke messen, und solche, die Änderungen der Feldstärke erfassen. Wie Thomas Scarborough erklärte, wurde diese Schaltung entwickelt, um Änderungen zu erkennen.

"Als diese Schaltung zum ersten Mal entworfen wurde, wollte der Autor ein Seismometer entwickeln, das kostengünstig ist und eigenständig (d. h. ohne den Einsatz eines PCs oder Datenloggers) betrieben werden kann. Das Ergebnis war eine relativ einfache Schaltung, die Standardkomponenten verwendete, darunter ein Netztransformator als Sensor und ein LED-Balkendiagramm als Anzeige. Es gibt auch einen Trigger-Ausgang (Alarm), der sich einschaltet, wenn die volle Skala des LED-Balkendiagramms erreicht ist."
  Das Herzstück des Magnetometers ist die Detektionsspule. Im Prototyp verwendete der Autor einen Netztransformator (230 V/12 V, 2 A), aber theoretisch könnte fast jeder Transformator oder jede Spule verwendet werden. Er fand heraus, dass sein Transformator gut funktionierte und der Schaltung eine hervorragende Empfindlichkeit verlieh. Die Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators wurden in Reihe (und in Phase) geschaltet, um die Empfindlichkeit weiter zu erhöhen.



Die Spule wurde an die Eingänge eines Operationsverstärkers (LM380) angeschlossen. Dieser war zwar eigentlich ein Kleinleistungs-Endverstärker, der 2,5 W liefern konnte, aber er erwies sich als genau richtig für diese Schaltung, da er eine feste Verstärkung (50-fach) hatte und der Ausgang sich automatisch auf die Hälfte der Versorgungsspannung einpendelte, ohne dass separate Bias-Widerstände an den Eingängen erforderlich waren.
  Das niederfrequente Signal wurde dann mit Gates von einem ungepufferten 4069UB CMOS-IC weiter verstärkt. Der Autor erklärte, dass ein ungepufferter CMOS-Wechselrichter so gestaltet werden könnte, dass er als Verstärker fungiert, indem ein Widerstand zwischen Eingang und Ausgang hinzugefügt wird. In diesem Fall wurden vier Wechselrichter als sequentielle Verstärkerstufen (IC2A/B/C/E) mit dazwischen liegenden passiven RC-Tiefpassfiltern (R5/C3, R6/C4, R7/C5) verwendet. Dies sorgte für eine bemerkenswerte Verstärkung des Ausgangssignals des LM380. Alle Filterstufen (zwei weitere folgen) reduzierten Frequenzen oberhalb von etwa 20 Hz, hauptsächlich um Störungen durch netzübertragene Signale zu unterdrücken. 

IC2D fügte dem Signal eine weitere Dosis Verstärkung hinzu, wobei der DC-Offset zum Eingang des Gates durch den Potentialteiler R4/P2/P3 eingestellt wurde. Nach einem weiteren RC-Filter (R9/C9) wurde das Signal durch IC3A gepuffert und einem Halbwellen-Peak-Gleichrichter (D11/C13) zugeführt, der eine Gleichspannung an den Eingang der LED-Ansteuerschaltung lieferte.
 

Magnetometer-Projekte und mehr

Thomas Scarboroughs interessanter Artikel "Magnetometer: Erkennt kleinste mechanische Schwingungen" erschien im  Mai 2007 in Elektor, der allen Elektor-Mitgliedern zur Verfügung steht. Mitglieder haben mehrere Vorteile: ein Abonnement für das ElektorMag, einen 10% Rabatt im Elektor Store auf viele Produkte und vollen Zugriff auf die Online-Bibliothek. Sie haben keine Elektor-Mitgliedschaft? Registrieren Sie sich noch heute, um mehr über vergangene und aktuelle DIY-Elektronikschaltungen zu erfahren und auf hilfreiche technische Lösungen zuzugreifen.