[EMF-meter] Aanpassen naar microcontroller

[Intro]
Gisteren liep ik tegen een schema aan die ik graag zou willen nabouwen. Het gaat om een milli-Gauss meter. In het schema wordt gebruik gemaakt van aan LM3915. Deze werkt, voor zo ver ik kan begrijpen, met logaritmische schaalverdeling om uiteindelijk 10 LEDjes aan te sturen.

Het (aanklikbare) schema ziet er als volgt uit :

https://www.uploadarchief.net/files/download/emfs.jpg

[Net iets anders]
In het oorspronkelijke schema is te zien dat er een aansluiting is voor een DVM. In plaats van met 10 LEDjes de meetwaarden via de LM3915 aan te geven, leek het mij handiger om het het uit te lezen via een Atmega8 met een LCD, via die DVM-kant. De max. output is max. 200mV. Juist daarom leek het me verstandiger om het signaal 25x te versterken, tot 5.0V. Dat maakt het makkelijker voor AD-conversie met een Atmega8.
Zodoende kwam ik uiteindelijk op het volgende :

https://www.uploadarchief.net/files/download/emf-meters.jpg

A) Het blauwe gedeelte zorgt er voor dat er 3.0V is via een weerstand en 3.0V zenerdiode.
B) Met het rode gedeelte probeer ik een 25x versterking te krijgen.

[Vragen]
Mijn vragen zijn als volgt :

1) Heb ik het correct uitgewerkt in het nieuwe schema ?
2) Hoe bereken ik de conversie van mV naar mGauss ?

Betreffende puntje 2)
Ik veronderstel dat het met een logaritmische berekening gaat. Of nog specifieker : In de datasheet van de LM3915 staat "3 dB/ step". Ik heb geen idee hoe het moet worden omgezet of hoe ik bij het oorspronkelijke schema de 10 interval-gebieden kan berekenen. Of laat ik me onnodig de kop gek maken, omdat er ook een lineair verband is, bijvoorbeeld :

- 0 mV tot 10 mV = 100 nT
- 10 mV tot 14 mV = 140 nT
- ....
- 160 mV tot 230 mV = 1600 nT
- 230 mV en hoger => 2300 nT

Van elk bezoek aan CO leer ik weer meer...
elmowww

Golden Member

Ik zou een voeding van een referentie spanning niet creëren met een zener. En als je dat wel doet, zou ik hem goed bufferen. Alle opamps trekken er een beetje aan, nu zal dit geen al te snel schema zijn maar toch: ik zie meerdere weerstanden van 1k staan die aan de vref trekken, en de uitgangsimpedantie van jou zener schakeling is al groter.
Niet zo doen denk ik.

Berekening van spanning naar milligauss kan ik je zo niet vertellen. Ik denk dat dat sterk afhankelijk is van je spoel, en je frequenties ook als ik het schema een beetje begrijp. Dit ding kan geen DC meten. Verder zal zo`n ding gecalibreerd moeten worden om te kunnen gebruiken.

De LM3915 die gaat van zijn max ingangsspanning steeds 3dB naar beneden voor een ledje minder (3dB is factor 2):

Ik ga er van uit dat 200mV fullscale is.

200mV === 10 ledjes
100mV = 9 ledjes
50 = 8
25 = 7
12.5 = 6
6.25 = 5
3.125 = 4
...

www.eje-electronics.nl - e.jongerius[aapje]eje-electronics.nl - EJE Electronics - Elektronica/firmware ontwikkeling

Elmowww, bedankt voor je sneller reactie. Ik merk dat het verstandig is dat ik hier m'n vragen heb neergelegd.

Voeding
Tsja, een 3.0V zenerdiode is niet de mooiste oplossing, maar ik dacht wel een snelle en gemakkelijke oplossing. Wanneer ik de datasheet van de TLC294 bekijk, zou die per OpAmp iets van 30 mA kunnen leveren.
Ik denk dat ik beter voor een betrouwbare oplossing kan gaan kiezen : een LM317 of een MC34063.

Verder zal ik de uitleg nog beter door moeten nemen, over hoe het met de OpAmps werkt. Ik ben nog niet zo in thuis in de wereld / werking van OpAmps. Wat ik eigenlijk wil bereiken is dat het signaal versterkt wordt, daarna het signaal positief worden (tussen 0 en 3V) en dan dat het signaal "vlak gestreken" wordt.
Ik denk dat ik op YouTube wat uitleg ga zoeken om wat meer te leren over OpAmps.

Verder is het goed om te weten wat die 3dB nu inhoudt. Daar kan ik ook wel wat mee.

P.S. Ik merkte dat ik een foutje had in het schema, doordat ik IC1b en IC1c fout had getekend. Dat heb ik alsnog aangepast.

Van elk bezoek aan CO leer ik weer meer...
Frederick E. Terman

Golden Member

Als je een DVM gebruikt, heb je met dB's niets meer te maken: je gebruikt de LM3915 dan immers niet.
Zoals in de beschrijving staat, is 200 mV dan 2 µT:

If the meter is linked to a DVM, this must be set to its 200 mV direct- voltage range. The measurement range is then 50 nT – 2 µT.

100 mV is dus 1 µT, etc., kortom, 1 mV per 10 nT (0,1 mG).
Als je met 25 versterkt, zodat 'volle schaal' 2 µT overeenkomt met 5 V, dan geldt eenvoudig dat je 25 mV per 10 nT afleest.

--
De aflezing klopt natuurlijk alleen bij een bepaalde spoel. De beschrijving vertelt hoe deze gemaakt wordt.

The induction coil is a DIY job. The core on to which it is wound is made from two strips cut off the PCB. [...]

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Die Mega8 heeft een 10-bit A/D converter. Als je dan aan elke bit een lampje koppelt dan krijg je ook een logaritmische schaal. 3dB is een ander woord voor '2 keer zoveel'.

Frederick E. Terman

Golden Member

3dB is een ander woord voor '2 keer zoveel'

Ja... zoals van 100 nT naar 140 nT. :)

Maar zoals gezegd, je zet gewoon om van mV naar nT en displayt dat. Ik zie niet waar de dB's nog gebruikt gaan worden.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ik zou de AREF gebruiken van de ATMega ipv een losse zenerdiode.

It's the rule that you live by and die for It's the one thing you can't deny Even though you don't know what the price is. It is justified.

3dB is een factor 1.4 voor spanning, een factor 2 voor power.

Schema en tekst zijn overigens afkomstig uit Elektuur, voor de Nederlandse uitgave zie januari 1997.
De gelijkrichter doorzie ik ook niet onmiddelijk.

Aanpassen aan een Uc ADC zou ik proberen door de verzwakker in de DVM output weg te laten. R20 wordt dan 15k, R18 en R19 weg. Je hebt dan iets van 0-800 mV, en kunt dezelfde 1,25V referentie gebruiken voor de ADC en de schakeling.

flash2b

Golden Member

Ik heb het originele schema in 2013 ook al eens gebouwd, zie: https://www.circuitsonline.net/forum/view/message/1526624#1526624

In mijn post kan je ook goed de constructie van de oppik spoel zien.

@FET:
Ik werd dus inderdaad op het verkeerde been gezet door die LM3915 met een log-schaal. Er is dus een lineair verband en dat maakt het een stuk makkelijker.

@DeKees:
Ik wil heel erg graag af van die log-schaling (factor 1.4). Ik dacht dat ik het met een omreken-trucje terug moest vertalen naar een lineair verband. Maar het blijkt gelukkig niet nodig te zijn.

@Roland van Leusden:
De interne VRef is dacht ik 2.56V bij een Atmega8. Een Atmega328 kan 1.1V geselecteerd worden.

@Aart:
Je voorstel is precies wat ik heel graag zou willen toepassen. Daarnaast, met een Atmega328 kan er nog beter gemeten worden (1.1V). Inmiddels heb ik het schema dan ook aangepast.
Verder heb ik op de Elektuur CD gezocht (1997), en kon zo het artikel vinden. Klein probleempje is, dat ik installatieprogramma op de CD niet opgestart kan worden. Lijkt iets van een compatibiliteitsprobleem te zijn onder Windows. Maar de Nederlandse tekstbestanden heb ik op zich kunnen vinden. Dat maakt het lezen / begrijpen wat gemakkelijker.

@Flash2b:
Bedankt voor die link ! Ik zie dat je zelf de spoel hebt gewikkeld, en de waarde ervan erop hebt vermeld. Maar ik dacht dat standaard klein spoeltje (1mH) opgezet kon worden. Ik heb hier veel spoeltjes liggen van 1 mH (2-poters, 4 x 6 mm, +/- 7 Ohm). Maar het wordt dus een kwestie van berekenen en zelf wikkelen.

Hieronder het hernieuwde schema. Ik ben van plan om het geheel op 3.3V te voeden, zodat ik een Li-Ion zou kunnen gebruiken ipv een 9V blokje. Daarnaast heb ik toch weer de 3.0V zener (2% nauwkeurig) gekozen en de weerstandswaarde aangepast voor een spanningsval van 0.3V bij 10 mA.
Toch ben ik nog niet helemaal zeker over de 3.3V. In het oorspronkelijke schema wordt de TLC274 op 8.4V aangesloten, nu dus op 3.3V. Is dat wel voldoende ?

Nieuwe schema :
https://www.uploadarchief.net/files/download/emf-m1s.jpg

En natuurlijk wil ik iedereen die een reactie heeft geplaatst, bedanken voor de input / hulp / adviezen.

Van elk bezoek aan CO leer ik weer meer...

Ik heb toch nog een vraag vanwege de spoel. In het artikel van Elektuur staat :

Zonder in te gaan op de afleiding geldt voor deze schakeling dat het product van het aantal windingen (N) en de oppervlakte van de spoel (A) gelijk moet zijn aan 51.66x 1E-3.
Ter controle : de voorgeschreven spoel meet 426 x 1E-6 m2. Het aantal windingen bedraagt dan dus :
(51.66 x 1E-3) / 426 x 1E-6) = 121
Als de afmetingen van de nieuwe spoelkern bekend zijn, dan is het aantal windingen snel te berekenen.

Het is me niet duidelijk wat er bedoeld wordt met de oppervlakte van de spoel. Gaat het dan om :
A) de omtrek van de koperdraad maal de draadlengte, of
B) oppervlakte van de kern / as van de spoel ?

Waarom is het voor mij onduidelijk ? Ik heb eens zitten rekenen aan de spoel van flash2b, waarbij ik uitging van optie A).
De spoel is gewikkeld met 0.1mm draad en heeft een totale weerstand van 26.5 Ohm. Wikipedia meldt dat dergelijk (geëmailleerd) koperdraad een weerstand heeft van 4.55 Ohm / meter.
26.5 / 4.55 = 5.82 meter.

0.1mm geëmailleerd koperdraad, komt overeen met 0.07mm blank koperdraad, met een omtrek van (pi x diameter =) 2.2 x 10-4 mm. Vervolgens kom ik uit op een totale draad-oppervlakte van 1.28 x 10-3 m2.

Ik zou dan verwachten dat dan gerekend moet worden via optie B). Maar dat zou inhouden dat de draaddikte helemaal niet uitmaakt. En dat klinkt mij niet logisch. Vandaar dat ik de vervolgvraag hier stel.

Van elk bezoek aan CO leer ik weer meer...
flash2b

Golden Member

De originele spoel in elektuur was gemaakt met 0.2mm draad.

De spoel bestaat uit 121 windingen dus 121 * 2 * (L * B) is de totale lengte van de spoel waarbij L=3,9cm en B=0,9cm. Totale lengte is dus 121 * 9,6cm = 1161,6cm = 11,616 m !!

Dat is 2x zo lang als via jouw formule met 4,55Ω / m.

@Flash2b :
Dank je wel voor dit antwoord. Ik kan met je antwoord weer verder werken. Ik begrijp nu dat het om optie B) gaat, namelijk de as-omtrek van de spoel waarover het draad gewikkeld wordt.
Top !

Dan nog een andere vraag : heeft de richting van de spoel ook nog effect op een meting ? Of anders gezegd, maakt het wat uit in welke richting de spoel gericht is, t.o.v. van het te meten voorwerp (loodrecht of 90 graden gedraaid) ?

[Bericht gewijzigd door oxurane op 3 augustus 2019 16:34:24 (51%)]

Van elk bezoek aan CO leer ik weer meer...