Ihr kennt vielleicht diese Magnetometer, bei denen ein Lichtstrahl von einem Spiegel abgelenkt wird, der an einem Magneten klebt, der drehbar aufgehängt ist. Äußere Magnetfelder bewegen den Magneten und die Bewegung des Lichtstrahls kann man an der gegenüberliegenden Wand gut verfolgen. Ich habe mir jetzt gedacht, ich lasse den LASER auf eine Quadranten-Dioden-Anordnung strahlen, und sobald er sich von der Mitte weg bewegt, werden über einen Regelkreis 4 Spulen mit Strom versorgt, die den Magneten zurück lenken. Der verwendete Strom ist proportional zur Auslenkung. (Kann man ja noch kalibrieren). Wahrscheinlich kann man das gut mit Operationsverstärkern lösen. Da ich aber auf dem Gebiet nicht so viel Ahnung habe, wollte ich mal fragen, was ihr davon haltet, und ob ihr noch Ideen oder Bedenken dazu habt.
Wozu soll das gut sein? Warum 4 Dioden? Warum reichen 2 nicht? Warum 4 Spulen? Warum reicht eine nicht? "Drehbar" heißt für mich erstmal 1 Freiheitsgrad.
Martin E. schrieb: > Wahrscheinlich kann man das gut mit Operationsverstärkern lösen. > Da ich aber auf dem Gebiet nicht so viel Ahnung habe Schau mal unter "Sonnenfolger-Schaltungen".
Wer schrieb: > Wozu soll das gut sein? > Warum 4 Dioden? Warum reichen 2 nicht? > Warum 4 Spulen? Warum reicht eine nicht? > > "Drehbar" heißt für mich erstmal 1 Freiheitsgrad. Der Magnet-Spiegel wird an einen Faden geklebt. Und, falls ich ca 5m Zeigerlänge nehmen wollte, wirkt sich Inklination und Deklination aus. Das mag zwar wenig sein, aber wird sich auf diese Entfernung wahrscheinlich auswirken. Zudem hätte ich auch die Möglichkeit das Ganze kardanisch aufzuhängen, dann wären es auf jeden Fall zwei Dimensionen. Eventuell reichen aber tatsächlich 2 Spulen, vielleicht aber auch ein Helmholtz-Spulenpaar @Melinda Werde ich mal machen.
Martin E. schrieb: > Und, falls ich ca 5m Zeigerlänge nehmen wollte, wirkt sich > Inklination und Deklination aus. Das mag zwar wenig sein, > aber wird sich auf diese Entfernung wahrscheinlich auswirken. Die Deklination des Erdmagnetfeldes ist nur der Winkeloffset der Horizontalkomponente gegen Geographisch Nord und beeinflusst die Richtung des Feldes genauso wie das zu messende horizontale Feld. Die Vertikalkomponente des Erdmagnetfeldes auf 55°N, 10°E ist fast 3mal so groß, wie die Horizontalkomponente (47.1 nT zu 17.5 nT). Bei einem Magnetkompass wird diese meist durch ein Gegengewicht (unsymmetrische Nadel) kompensiert und die Empfindlichkeit durch die Konstruktion der Aufhängung verringert. Das gilt genauso für den Lichtzeiger.
Das mit der Laserablenkung mittels Motoren habe ich mir auch schon überlegt. Jetzt habe ich erst mal mit einem Spiegel der von 4 Elektromagneten bewegt wird experimentiert. Das funktioniert im Prinzip, ist aber schwierig zu dimensionieren. Ich habe mir mal einen Magneten mit Spiegel aufgehängt, um zu testen wie empfindlich das Messgerät ist. Wenn ich in einer Entfernung von 1.5 m meinen Arm mit der Armbanduhr bewege sehe ich, dass der Laser tatsächlich abgelenkt wird. Wenn ich einen 4 cm Neodym-Stabmagneten in 2 m Entfernung drehe, sieht man, dass sich der Strahl um etliche Zentimetern bewegt. Da sich das Erdmagnetfeld dauernd ändert, (vertikal und horizontal) werde ich beide Bewegungen ausgleichen müsen. Mit Motoren werde ich aber Störungen bekommen, da diese halt mal magnetisch sind. Spulen sind da gleichmäßiger, und ich kann theoretisch (so hoffe ich) direkt aus dem Spulenstrom die Kraft auslesen. Hier mal ein Beispiel von einem Aufbau: ( Wie fügt man hier Links ein?) https://www.1010.co.uk/org/geophysics.html
Martin E. schrieb: > Da sich das Erdmagnetfeld dauernd ändert, Über welchen Zeitraum sollen deine Messungen (welche auch immer) denn laufen? Die Erdkruste verschiebt sich auch dauernd. Das juckt den Straßenbau im Dorf aber wenig.
Natürlich interessiert mich auch das Erdmagnetfeld, aber noch mehr eventuelle Sonnenstürme, da wäre dann die Wahrscheinlichkeit größer Polarlichter zu sehen. Also auf deine Frage zu antworten. Dauerhaft. Wobei ich dann bei der Lebensdauer von Lasern wäre. Aber das ist erst mal ein anderes Thema.
Prinzipiell funktioniert nun mein Aufbau. Der Laser wird vom Galvanometerspiegel auf eine polierte Stahlkugel abgelenkt und von dort zu zwei Fotodioden. Diese werden mit einem Arduino ausgewertet und das Ergebnis der Berechnung auf zwei Spulen gegeben, die sich links und rechts des Galvanometermagneten befinden. Bei langsamen Änderungen des Magnetfeldes klappt die Regelung auch ganz ordentlich. Der Lichtstrahl ist durch die Kugel etwas aufgeweitet und beleuchtet die Dioden nur teilweise. Schön wäre es, wenn es einen kontinuierlicheren Übergang von dunkel nach hell gäbe. Denn leider springt der Messwert manchmal ziemlich stark. Also entweder dunkel oder hell. Das gefällt mir noch nicht. Ich versuche das Problem bisher durch eine gleitende Mittelwertbildung zu kompensieren. Leider habe ich dann Probleme bei schnellen Änderungen, weil dann der Lichtstrahl manchmal außerhalb der Dioden ankommt, und dann nicht mehr gefangen werden kann. Ich überlege gerade, ob ich das Problem mittels einer dritten Diode in der Mitte verkleinern könnte. Die Drehbewegung des Spiegels ist bereits bedämpft. Vielleicht hat jemand noch Ideen, wie ich dem Problem begegnen könnte?
Martin E. schrieb: > Prinzipiell funktioniert nun mein Aufbau. Kannst du darüber etwas mehr Infos geben? Wie sieht der aus. Im Vakuum, oder wie sorgst du dafür dass 1. keine Luftströmung den Spiegel auslenkt? 2. Durch Änderung der Luftfeuchte sich der verdrillte Faden verdreht? 3. ...?
Setze vor jede Fotodiode eine Linse. Die Diode im Brennpunkt oder sogar innerhalb. Der reflektierte Strahl ist wegen der Kugelfläche divergent. Mit der Sammellinse wird er wieder konvergent und trifft die Diode besser. Die grafische Methode bei der Lösung der Abbildungsgleichung ist hier einfacher und anschaulicher als die rein mathematische.
Martin E. schrieb: > Wahrscheinlich kann man das gut mit Operationsverstärkern lösen. Macht jeder CD Player so beim Tracking, nutzt PID Analogregelschleife dazu. Aber bei dir wäre eine PDS besser, wie sie in Sharp Triangulations-Entfernungsmessern verwendet wird Bloss wie will man das Spulenmagnetfeld vom zu messenden Magnetfeld fernhalten, und wie will man die Federkonstante über alle Umgebungseinflüsse hinweg wirklich konstant halten.
Luftzug und Feuchte sind zuerst einmal unwichtig für die finde ich noch eine Lösung. Im Moment geht es nur um die Regelung. Das Spulenmagnetfeld soll das Erdmagnetfeld kompensieren. Der Strom den ich brauche ist mehr oder weniger proportional. Das könnte man noch über eine Kalibrierkurve ausgleichen. Der Absolutwert ist auch nicht so wichtig, eher die Dynamik. Wichtig ist mir jetzt, wie ich aufschaukelnde Schwingungen und starke plötzliche Änderungen behandle.
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