Forum: HF, Funk und Felder Magnetfeld 3-Dimensional messen


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von Danjo (holister)


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Guten Tag allerseits,

wie im Betreff schon steht, würde ich gerne mit ein paar Tüfteleien mir 
eine Magnetfeldsonde bauen die 3-Dimensional misst.

1-Dimensional war recht einfach, dazu habe ich mir von Amazon für 10€ 
einen kleinen HF-Verstärker besorgt damit ich auch die schwächsten 
niederfrequenten Felder messen kann.

Nur reicht mein Fachwissen nicht ganz genau aus, wie nun am besten die 2 
weiteren Achsen miteinander kombiniere. Ich hatte mir überlegt mithilfe 
eines Summierverstärkers alle 3 Spulen mit Widerständen 
"zusammenzuführen" um die Magnetfeldstärke insgesamt zu messen.

Deshalb meine Frage an Euch, hättet ihr Ideen das ganze eleganter zu 
lösen?

Vielen Dank!

von Hp M. (nachtmix)


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Daniel schrieb:
> habe ich mir von Amazon für 10€
> einen kleinen HF-Verstärker besorgt damit ich auch die schwächsten
> niederfrequenten Felder messen kann.

Was immer das bedeuten soll.
Und: Warum kaufst du einen HF-Verstärker um niederfrequente Signale, 
vllt sogar DC zu messen?

Daniel schrieb:
> hatte mir überlegt mithilfe
> eines Summierverstärkers alle 3 Spulen mit Widerständen
> "zusammenzuführen" um die Magnetfeldstärke insgesamt zu messen.

Warum willst die Richtungsinformation wegwerfen?
Mit einer simplen Addition geht das wohl auch nicht, ein gewisser 
Phytagoras lässt grüßen.

von Danjo (holister)


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Hp M. schrieb:

> Was immer das bedeuten soll.
> Und: Warum kaufst du einen HF-Verstärker um niederfrequente Signale,
> vllt sogar DC zu messen?

Niederfrequent war wohl die falsche Wortwahl, die Idee dahinter war 
ungefähr ab 100kHz messen zu können.

> Warum willst die Richtungsinformation wegwerfen?
An sich ein guter Punkt, ich wollte mir bloß das Leben leichter 
machen...

> Mit einer simplen Addition geht das wohl auch nicht, ein gewisser
> Phytagoras lässt grüßen.

Als blutiger Anfänger weiß ich leider nichts damit anzufangen.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Daniel schrieb:
> Als blutiger Anfänger weiß ich leider nichts damit anzufangen.

Ein dreidimensionaler Raum wird durch 3 Vektoren definiert, die man als 
X, Y und Z bezeichnen kann. Die stehen im rechten Winkel zueinander. Ein 
resultierender Vektor wird meist aus mehreren Raumvektoren 
zusammengesetzt sein, und seine Grösse wird dann zerlegt auf die drei 
Grundrichtungen. Da das Dreiecke sind, kann man mit Pythagoras rechnen.

von Thomas W. (dbstw)


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Ich habe ja keine Ahnung welche Aufloesung (Zeit, Raum, B-Feld) Du Dir 
vorstellst: Aber es gibt fuer Geld Magnetsensoren, die Du mit I2C oder 
SPI auslesen kannst.

(z.B. 
https://eu.robotshop.com/de/collections/magnetische-sensoren-kompass)

Dann ist es relativ simpel zu messen und wenn Du nur den Absolutwert 
haben willst: Der Betrag des Vektors ist in der Art sqrt(x^2+y^2+z^2).

Oder gucke mal ob Du 9 TOF-Sensoren (Beschleunigung, Drehmoment und 
Magnetfeld) findest (sind in jedem Smartphone drin, deswegen gut und 
billig zu finden).

Zu den gewuenschten 100kHz Messfrequenz: Bist Du sicher dass Du das 
wirklich willst? Normalerweise wuerde ich fragen: Was ist Dein Begehr?

Wie sind Deine mathematischen Vorkenntnisse (Vorkurs Analysis / Algebra 
sollte eigentlich reichen). Wenn Du das gemessene Feld dann auch noch 
analysieren willst ist Analysis I/II und Algebra I/II notwendig.

von Danjo (holister)


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> Dann ist es relativ simpel zu messen und wenn Du nur den Absolutwert
> haben willst: Der Betrag des Vektors ist in der Art sqrt(x^2+y^2+z^2).


> Zu den gewuenschten 100kHz Messfrequenz: Bist Du sicher dass Du das
> wirklich willst? Normalerweise wuerde ich fragen: Was ist Dein Begehr?

Im Labor unserer Hochschule ist eine Helmholtz-Spule die bis 500kHz 
arbeitet, mein Prof. meinte ich könnte eine Sonde entwickeln, zum 
Austesten, erste Berührungspunkte zur EMV entwickeln etc. ein weiterer 
Ansporn wäre es, die Sonde 3-Dimensional zu gestalten.

Ich hatte eine recht simple Vorgehensweise, mit Hilfe von 
Induktionsspannung die Magnetfeldstärke  bzw. Flussdichte zu berechnen.

> Wie sind Deine mathematischen Vorkenntnisse (Vorkurs Analysis / Algebra
> sollte eigentlich reichen). Wenn Du das gemessene Feld dann auch noch
> analysieren willst ist Analysis I/II und Algebra I/II notwendig.

Diese mathematischen Vorkenntnisse bringe ich mit mir, sind jedoch etwas 
eingerostet (4. Semester :D)

von Thomas W. (dbstw)


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Daniel schrieb:
>> Zu den gewuenschten 100kHz Messfrequenz: Bist Du sicher dass Du das
>> wirklich willst? Normalerweise wuerde ich fragen: Was ist Dein Begehr?
>
> Im Labor unserer Hochschule ist eine Helmholtz-Spule die bis 500kHz
> arbeitet, mein Prof. meinte ich könnte eine Sonde entwickeln, zum
> Austesten, erste Berührungspunkte zur EMV entwickeln etc. ein weiterer
> Ansporn wäre es, die Sonde 3-Dimensional zu gestalten.


So richtig Sinn macht das nicht was Du da schreibst: Helmholtzspule 
haben eine aussergewoehnliche Geometrie, der Strom in der Spule sollte 
konstant sein. Als Konsequenz ist das B-Fled im Inneren des Spulen-Paars 
einigermassen homogen.

Gucke mal soetwas:
https://virtuelle-experimente.de/b-feld/b-feld/helmholtzspulenpaar.php

Und was heisst dann "bis 500kHz"? Willst Du das B-Feld mit 100kHz 
wobbeln oder einfach einen 100kHz-Sender bauen?

> Ich hatte eine recht simple Vorgehensweise, mit Hilfe von
> Induktionsspannung die Magnetfeldstärke  bzw. Flussdichte zu berechnen.
>
>> Wie sind Deine mathematischen Vorkenntnisse (Vorkurs Analysis / Algebra
>> sollte eigentlich reichen). Wenn Du das gemessene Feld dann auch noch
>> analysieren willst ist Analysis I/II und Algebra I/II notwendig.
>
> Diese mathematischen Vorkenntnisse bringe ich mit mir, sind jedoch etwas
> eingerostet (4. Semester :D)

Omnia mea mecum porto

Bonne Chance!

von Helmut -. (dc3yc)


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Du solltest mal schreiben, wieviel Tesla dein Messbereich betragen soll. 
Und dann würde ich dir mal empfehlen, nach "Fluxgate Magnetometer" zu 
suchen. Da gibt es fertige Module, die alle drei Raumachsen messen 
können und Mikrocontrollerkompatibel sind. Sogar das Erdmagnetfeld kann 
man damit messen!

von Tom (tom_major)


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Wie kommt man ohne Pythagoras oder Gauß ins 4. Semester? KI??

von Danjo (holister)


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> Omnia mea mecum porto
>
> Bonne Chance!

Nun ich möchte nicht das Rad neu entwickeln, mit der Helmholtzspule 
erzeuge ich mein homogenes Feld bei 100kHz. Die Feldstärke beträgt 1A/m 
bei 26mA Spulenstrom. Mit meiner selbstgebauten Feldsonde mit N=45 
Wicklungen und einer Fläche A von 0,015m² wird eine erwartete Spannung 
induziert.
Mit dieser Spannung möchte ich die Magnetfeldstärke "zurück rechnen". 
Die Feldstärke habe ich zuvor mit einem kalibriertem Messgerät, eine 
Sonde der Firma "Wavecontrol", verifiziert. Das hat gut geklappt.

Nun möchte ich 2 weitere Spulen hinzufügen y und z, doch wie löse ich 
das elegant?

Dankeschön!

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Daniel schrieb:
> Nun möchte ich 2 weitere Spulen hinzufügen y und z, doch wie löse ich
> das elegant?

Du kaufst noch zwei Messgeräte und Spulen und stellst sie senkrecht zu 
der schon vorhandenen in Richtung der Raumachsen.

Tom schrieb:
> Wie kommt man ohne Pythagoras oder Gauß ins 4. Semester?

Gute Frage...

: Bearbeitet durch User
von Jens G. (jensig)


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Tom schrieb:
> Wie kommt man ohne Pythagoras oder Gauß ins 4. Semester? KI??

Wenn man alle 10 Jahre ein Semester macht, kann dass Wissen dazu 
schonmal zwischendurch verlustig gehen ...

von Rainer W. (rawi)


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Danjo schrieb:
>> einer simplen Addition geht das wohl auch nicht, ein gewisser
>> Phytagoras lässt grüßen.
>
> Als blutiger Anfänger weiß ich leider nichts damit anzufangen.

Der Satz des Phytagoras  sollte Thema des Mathematikunterrichts 9 Klasse 
sein - einfach mal in die Suchmaschine deiner Wahl eingeben.

von Motopick (motopick)


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Danjo schrieb:

> Mit meiner selbstgebauten Feldsonde mit N=45
> Wicklungen und einer Fläche A von 0,015m² wird eine erwartete Spannung
> induziert.

So etwas ist uebrigens durchaus praktisch nuetzlich. Eine Kombination
aus resonanter "Schnueffelspule" und einem Spitzenwertgleichrichter
mit eindm Digitalmultimeter dahinter, erlaubte eine grobe visuelle
Kontrolle des Abstrahlfeldes einer Antenne fuer RFID-Anwendungen.
Mit 200 mW Sendeleistung erreichte die Spannung im Maximum um die 30 V.

An den anderen Orthogonalvektoren war ich aber nicht interessiert. :)
Die RFID-Transponder waren diesbezueglich uebrigens meiner Meinung.

von Danjo (holister)


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Jens G. schrieb:

> Wenn man alle 10 Jahre ein Semester macht, kann dass Wissen dazu
> schonmal zwischendurch verlustig gehen ...

Was ich meinte war, was haben Verktoranalysis und Pythagoras mit der 
Auswertung von 3 verschiedenen Wechselspannung auf elektronischer Ebene 
für einen Sinn?
Im nachhinein ist mir klar, dass ich es einfach nicht zusammenrechnen 
darf, da ich sozusagen ein "stärkeres Feld" ausrechne.

Motopick schrieb:

> So etwas ist uebrigens durchaus praktisch nuetzlich. Eine Kombination
> aus resonanter "Schnueffelspule" und einem Spitzenwertgleichrichter
> mit eindm Digitalmultimeter dahinter, erlaubte eine grobe visuelle
> Kontrolle des Abstrahlfeldes einer Antenne fuer RFID-Anwendungen.
> Mit 200 mW Sendeleistung erreichte die Spannung im Maximum um die 30 V.
>
> An den anderen Orthogonalvektoren war ich aber nicht interessiert. :)
> Die RFID-Transponder waren diesbezueglich uebrigens meiner Meinung.

Die Idee mit einem Multimeter hatte ich auch, habe aber dann doch den 
Oszi genommen :D. Tatsächlich besitzt die Hochschule einen Tastkopf der 
das Signal per LWL über einen optischen Receiver am Oszi darstellt, das 
wäre auch mein nächster Schritt, aber ich vermute 1 Tastkopf für eine 
3-Dimensionale Spule wird nichts taugen...

: Bearbeitet durch User
von Motopick (motopick)


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Danjo schrieb:

> Die Idee mit einem Multimeter hatte ich auch, habe aber dann doch den
> Oszi genommen :D.

Hinter dem Spitzenwertgleichrichter ist nur DC.
Ein Oszi waere damit unterfordert.

> Tatsächlich besitzt die Hochschule einen Tastkopf der
> das Signal per LWL über einen optischen Receiver am Oszi darstellt, das
> wäre auch mein nächster Schritt, aber ich vermute 1 Tastkopf für eine
> 3-Dimensionale Spule wird nichts taugen...

Der Vorteil der LWL ist, dass sie als elektrischer Nichtleiter keine
Verzerrung des Feldes hervorruft. Man koennte die 3 Einzelspannugen
auf Traeger modulieren und per LWL ausleiten. Dann muesstest du deinen
Messkopf aber auch geeignet (nichtleitend) versorgen.
Oder 3 Lichtwellenleiter benutzen.

von Purzel H. (hacky)


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Ein AC-Magnetfeldsensor ... ist eine Zylinderspule. Ich verwende zB 
0.25mm Draht um einen kleinen Dorn (1mm) gewickelt. zB 4 Windungen. Wenn 
man nun 3 solche Spulen senkrecht zueinander verwendet, misst man die 3 
Achsen. Also mit 3 Verstaerkern.

von Danjo (holister)


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Nun denn, ich vermute ich werde es dann über 3 verschiedene Leitungen 
vorerst lösen.

Ich danke euch zwei!

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