Как сделать измеритель магнитного поля
Приставка «Тестер магнитов»
Здравствуйте, уважаемые авторы, журналисты, читатели!
Эта приставка к мультиметру позволяет определять и сравнивать силу магнитов, направление магнитного поля и экранирующее (антимагнитное) действие различных материалов.
Ножовка по дереву
Ножовка по металлу
Дрель со сверлом диаметром 1 мм
Напильник плоский
Надфиль плоский
Кусачки
Пассатижи
Круглогубцы
Линейка
Маркер
Паяльник 25 Вт
Ножницы
Наждачная бумага
Кисть
Брус сосновый
Стеклотекстолит
Скотч
Клей
Припой
Канифоль
Растворитель 646
Ветошь
Провод многожильный
Герконы
Линейка пластмассовая
В качестве датчика магнитного поля я использовал магнитоуправляемый герметизированный контакт (геркон), а в качестве индикатора мультиметр.
Всё просто? Давайте подробнее рассмотрим мою самоделку. Вот её принципиальная схема.
Два параллельно включённых геркона подключены к мультиметру, включённому в режиме прозвонки полупроводников.
Такой режим можно найти даже в самых недорогих мультиметрах. В этом режиме прибор подаёт звуковой сигнал при малом сопротивлении измеряемой цепи, разумеется, и при её замыкании.
Геркон, применённый в данной самоделке имеет нормально разомкнутый контакт. Это означает, что контакт разомкнут в отсутствии магнитного поля. При появлении поля контакт замыкается.
Почему я использовал два геркона, а не один? Дело в том, что геркон, в силу своих конструктивных особенностей, реагирует на магнитное поле не одинаково с разных направлений. По – хорошему, чем больше герконов, соединённых параллельно, тем лучше. Но, руководствуясь своим опытом работы с магнитоуправляемыми контактами и принципом разумной достаточности, я остановился на двух, расположив их особым образом.
На этом фото показаны детали, из которых я собрал эту самоделку. Их совсем немного.
Два одинаковых геркона от датчиков охранной сигнализации, дощечка, линейка, провода, кусочек стеклотекстолита.
Герконы я расположил один над другим в виде буквы Х. При таком расположении, когда один геркон перестаёт реагировать на магнитное поле определённого направления, на поле начинает реагировать другой геркон.
Для этого вырезал небольшой кусок стеклотекстолита, разметил и просверлил отверстия. В отверстия вставил ножки герконов, загнул их с обратной стороны стеклотекстолита. Приклеил.
Концы проводов сделал в виде облуженных петелек, так как у моего мультиметра на щупы могут надеваться зажимы типа «крокодил».
Вставил плату с герконами в заранее сделанную в дощечке – основании прорезь, для надёжности добавив немного клея.
Закрепил провода скотчем.
Небольшое дополнение. Собирал эту конструкцию так.
Взял подходящий по ширине сосновый брус для изготовления основания.
Примерил к нему линейку, которая в конструкции служит для определения расстояния до исследуемого магнита.
Прикинул, сколько места нужно для крепления платы с герконами и крепления проводов.
Суммировал, дал запас в большую сторону, разметил и отпилил ножовкой по дереву нужный кусок бруса.
Ножовкой и плоским надфилем сделал в брусе поперечную прорезь для установки платы с герконами.
Ножовкой по металлу вырезал нужный по размерам кусок стеклотекстолита. Разметил и просверлил в нём четыре отверстия для выводов герконов.
Обработал напильником края бруска, зачистил наждачной бумагой и для облагораживания покрыл брусок тёмным лаком.
Отмерил два куска многожильного монтажного провода. С концов снял изоляцию и залудил.
Остальное описано выше.
Теперь о том, что может приставка и как с ней работать.
Включаем мультиметр в режиме прозвонки полупроводников. Исследуемый магнит медленно приближаем по линейке к плате с герконами до появления звукового сигнала. Считываем по шкале (линейке) расстояние до магнита. Записываем результат в тетрадь. Уводим магнит назад до пропадания звукового сигнала. Разворачиваем магнит другой стороной. Повторяем операцию по приближению магнита. Записываем в тетрадь новый результат. Подобным образом получаем множество данных о воздействии магнита на объект в зависимости от положения магнита относительно неподвижного объекта. Сложно, да? Но понятно.
Далее берём другой магнит и повторяем эти операции. Теперь у нас появилась возможность сравнить два магнита в одинаковых условиях.
Теперь исследуем антимагнитные свойства материалов, насколько они ослабляют действие магнитного поля. Для этого берём любой магнит, желательно, помощнее. Согласно вышеописанной методике, определяем и записываем расстояние до магнита, при котором начинает звучать сигнал. Не меняя положения магнита, уводим его по шкале – линейке до прекращения сигнала. Непосредственно перед герконами помещаем исследуемый антимагнитный материал. Площадь образца материала должна быть такой, чтобы полностью закрывать герконы от магнита. Приближаем магнит. При появлении звукового сигнала, останавливаем. Считываем и записываем результат. Расстояние (результат) должно уменьшиться. Отсюда делаем вывод, на сколько данный материал ослабляет магнитное поле. Это похоже на то, как материалы ослабляют радиоактивное излучение. Было очень интересно сравнивать свойства жести, латуни, ленты из пермаллоя, экраны трансформаторов и другое. Теперь подумайте, почему для основания приставки я использовал дерево, а для шкалы пластмассовую линейку.
Недавно я занимался научно – исследовательской работой «о влиянии магнитного поля на счётчики воды». Благодаря этой приставке, мне удалось объяснить «феномен», почему хвалёный неодимовый магнит не может остановить некоторые счётчики, а обычный, ферритовый, от динамика, может.
Можно сделать не приставку, а функционально законченное устройство. Заменить мультиметр в этом случае можно всего двумя деталями. Батарейкой и «пищалкой» со встроенным генератором, собрав такую схему.
Выключатель питания не требуется, в отсутствие магнитного поля схема ничего не потребляет.
Или, заменив мультиметр тремя деталями. Батарейкой, резистором и светодиодом, как на схеме.
Выключатель питания также не требуется, в отсутствие магнитного поля схема ничего не потребляет.
В заключение, хочу добавить. Магниты, если они имеют большие размеры, можно приближать и с боков приставки, также считывать результат по линейке. Именно по этой причине, в качестве основания я взял брусок, а не плоскую дощечку. Линейка имеет шкалу с двух сторон, что делает удобным работу при различном положении приставки относительно экспериментатора.
Надеюсь, эта статья была вам интересна и полезна.
Магнитометр / компас: инструкция, схемы и примеры использования
Используйте магнитометр для определения углов между собственными осями сенсора X, Y, Z и силовыми линиями магнитного поля Земли. Отсюда второе имя модуля — электронный компас для определения азимута.
Если вам необходимо определить положение вашего девайса в пространстве, обратите внимания на IMU-сенсор на 10 степеней свободы.
В связи с искажениями от внешних магнитных полей, откалибруйте магнитометр для работы в режиме электронного компаса.
Видеообзор
Магнитометр в обзоре IMU-модуля.
Пример работы для Arduino и XOD
В качестве мозга для считывания показаний с датчика рассмотрим платформу из серии Arduino, например, Uno.
На аппаратном уровне инерционный модуль общается с управляющей электроникой по шине I²C. Но не переживайте о битах и байтах: используйте библиотеку TroykaIMU и на выходе получите готовы данные.
Схема устройства
Подключите магнитометр к пинам питания и шины I²C — SDA и SCL платформы Arduino Uno. Для коммуникации используйте соединительные провода «мама-папа». 
Для быстрой сборки и отладки устройства возьмите плату расширения Troyka Shield, которая одевается сверху на Arduino Uno методом бутерброда. Для коммуникации используйте трёхпроводной шлейф «мама-мама», который идёт в комплекте с датчиком. 
С Troyka Slot Shield провода не понадобятся вовсе. 
Вывод данных
В качестве примера выведем в Serial-порт значения напряженности магнитного поля по осям X, Y, Z.
Пример для Espruino
В качестве мозга для считывания показаний с датчика рассмотрим платформы из серии Espruino, например, Iskra JS.
Схема устройства
Подключите магнитометр к пинам питания и шины I²C — SDA и SCL платформы Iskra JS. Для коммуникации используйте соединительные провода «мама-папа». 
Для быстрой сборки и отладки устройства возьмите плату расширения Troyka Shield, которая одевается сверху на Iskra JS методом бутерброда. Для коммуникации используйте трёхпроводной шлейф «мама-мама», который идёт в комплекте с датчиком. 
С Troyka Slot Shield провода не понадобятся вовсе. 
Вывод данных
В качестве примера выведем в консоль значения азимута.
Пример для Raspberry Pi
В качестве мозга для считывания показаний с датчика рассмотрим одноплатные компьютеры Raspberry Pi, например, Raspberry Pi 4.
Схема устройства
Подключите магнитометр к пинам SDA и SCL шины I²C компьютера Raspberry Pi. 
Для быстрой сборки и отладки устройства возьмите плату расширения Troyka Cap, которая надевается сверху на малину методом бутерброда. 
Программная настройка
Вывод данных
А написать пример кода для Raspberry Pi оставим вам домашним заданием.
Элементы платы
Магнитометр/Компас на LIS3MDL
Магнитометр выполнен на чипе LIS3MDL и представляет собой миниатюрный датчик магнитного поля в трёхмерном пространстве, разработанный по технологии MEMS от компании STMicroelectronics. Адрес устройства по умолчанию равен 0x1С, но может быть изменен на 0x1E. Подробности читайте в разделе смена адреса модуля.
Регулятор напряжения
Линейный понижающий регулятор напряжения NCP698SQ33T1G обеспечивает питание MEMS-чипа и других компонентов сенсора. Диапазон входного напряжения от 3,3 до 5 вольт. Выходное напряжение 3,3 В с максимальным выходным током 150 мА.
Преобразователь логических уровней
Преобразователь логических уровней PCA9306DCT необходим для сопряжения датчика с разными напряжениями логических уровней от 3,3 до 5 вольт. Другими словами сенсор совместим как с 3,3 вольтовыми платами, например, Raspberry Pi, так и с 5 вольтовыми — Arduino Uno.
Troyka-контакты
Датчик подключается к управляющей электронике через две группы Troyka-контактов:
Смена адреса модуля
Иногда в проекте необходимо использовать несколько магнитометров. Для этого на модуле предусмотрены контактная площадка. Для смена адреса капните каплей припоя на отведённую контактную площадку.