Neco Marine NM3 transmitting compass

Hey fred101,heb je hier wat aan?

https://www.mcedata.se/electronics/autopilot.html

Er hoort een control unit bij,heb je die ook?

hier een draadje van iemand die zo'n systeem heeft.

https://www.circuitsonline.net/forum/view/160777

Die gaan over autopilots. Ik heb alleen het compass. Ik denk dat het ding mogelijk ooit deel uitmaakte van een autopilot. Is best een gaaf ding. Die onderkant is een redelijk zwaar massief koperen schijf. Mooie cardanische ophanging. Hij ligt nu buiten in de hoop dat de stank eraf gaat want dat rook niet echt gezond, moest er van hoesten en kreeg tranende ogen van een paar seconden open....

Het lijkt me gewoon leuk om het ding uit te lezen. Dan kan ik eens wat leuks met die pico doen. Er komen 5 groen uitgeslagen draden uit. Als de stank eraf is kan ik hem wat beter bestuderen.

Heeft zo'n ding voeding nodig ? Uit de heel weinige info die ik kon vinden zou het een flux gate kunnen zijn.

De sensor is inderdaad een fluxgate, die het veld van de magneet van het 'echte' kompas voelt. In het boekje van de NM692 (hieronder) zie je hoe de NM3 werd aangesloten.
Op twee draden zet je 400 Hz (was een paar volt). De overige drie gingen dan naar een resolver die aan de koersinstellingsknop van de autopilot zat. De zoekspoel van die resolver gaf dan de koersfout aan (grootte=hoeveel ernaast; fase=welke kant).
Ik geloof niet dat er repeaters waren die rechtstreeks met die NM3 werkten. Maar tegenwoordig zou je zelf iets kunnen maken met een Pi of zo, waarmee je dan die drie draden van de NM3 besnuffelt.

Bij mijn weten is het bij een fluxgate gebruikelijk door middel van een DC stroom een tegenveld op te bouwen in de oppik spoelen dat juist zo groot is dat het synchroon gedemoduleerde signaal precies nul is.
Zo meet het geheel lineair.

Het idee een kompas als "versterker" te gebruiken is wel .. interessant. Daar moet ik nog eens goed over denken.

Mooie uitleg video over fluxgates (en introduction lecture)

Op 22 april 2023 15:29:58 schreef Aart:
Bij mijn weten is het bij een fluxgate gebruikelijk ... [...]

Bij Neco werkte het zoals ik hierboven omschreef. Of, in elk geval tot 1998; daarna ben ik het bedrijf uit het oog verloren.

In iets meer detail: de excitation spoel is over de gehele 360 graden van de ronde kern gewikkeld. Hij wordt zover aangestuurd dat het kernmateriaal in verzadiging gaat.
Wáár precies dat het eerst gebeurt (en het laatst er weer uit), hangt af van de oriëntatie van de ringvormige kern t.o.v. het uitwendige magneetveld: in het ene deel van de ring werkt het aardmagnetisch veld mee, aan de andere kant juist tegen; ertussenin is 'neutraal'.
Doordat het 'waar' en 'wanneer' omklappen van de magnetisatie dus van de richting t.o.v. de uitwendige magneet afhangt, kun je uit de geïnduceerde spanninkjes in de drie oppikspoelen (die 120 graden uit elkaar rond de ring gewikkeld zijn) dus weer de koers afleiden. In het geval van de NM692 dus via een resolver en dan flink versterken.

De Neco fluxgate doet het 'los' ook, maar is daarvoor niet bedoeld en geeft dan maar weinig signaal. Hij is bedoeld om naar een kompasmagneet te kijken.

Heb ik het goed dat deze fluxgate niet direct het aardmagnetisch veld meet maar de (veel) sterkere magneet van de kompas-naald"

Heb jij een idee over hoeveel stroom er nodig is om de kern te verzadigen ?

Ik snap hier niet helemaal de constructie.
- De transmitter heeft een drive spoel en daaromheen de 3 sense spoelen.
- Maar in de controller/amp zitten ook drie spoelen en ook een losse spoel. Is dat een complete 2e fluxgate ?
- Die 3 staan elk in serie (of zie je dat als parallel) met de sense spoelen in het kompas.
- Die drive spoel doet zijn werk, de kompas magneet beïnvloed het veld in drive spoel, de 3 sense spoelen pikken die verrandering op. Die stroompjes veroorzaken magneetvelden in de 3 spoelen van de controller, die daar dus nu eigenlijk driver spoelen zijn. Die ene controller spoel is nu de sense spoel
Klopt dat een beetje ?

Lijkt me een leuk project met analoge meettechniek. Ik heb een fluxgate probe van TTI, dat ding kun je ook als kompas gebruiken, is super gevoelig en gebruik ik om contactloos stroom door traces te meten.

Ik moet dus een 400 Hz blokgolf generator bouwen (ik ga eerst gewoon een FG gebruiken), daarachter een versterker (kan als test een audio amp gebruiken) Dat bouwen is niet zo moeilijk. Maar het lastigste is dat ik feitelijk een zelfde "spoelen blok" moet bouwen als dat in het kompas zit.
Dan het signaal uit de controller sense spoel versterken (Kan om te beginnen al door veel windingen) met bv een paar opamps.
Als de spanning dan maximaal is staat de body van het kompas naar het noorden gericht. Om west/oost te onderscheiden zal het signaal symmetrisch om 0V staan. bv negatief voor oost en positief voor west.

Komt dat in de richting ?

De resolver is geen fluxgate. De 'zoekspoel' is gewoon draaibaar, en geeft een spanning die afhangt van zijn stand in het veld van de drie 'ontvangstspoelen'. Als het kompas bijv. op 230 graden staat, dan komt er uit de zoekspoel 0 V als die ook op 230 staat.
Als je zó een repeaterkompas zou willen maken, dan zou je de resolver met een synchroonmotortje kunnen aandrijven. Eigenlijk hetzelfde als bij een ADF.

De drive coil in de fluxgate is helemaal rond gewikkeld maar beweegt zelf niet. De sense spoelen bewegen zelf ook niet.

Als je nu zelf iets met de output van de NM3 wilt doen, hoef je niet per met een resolver te werken. Je zou ook de outputs van de drie spoelen kunnen meten met de ADC-ingangen en dan rekenkundig verder gaan, in software dus.
Misschien moet je met drie weerstandjes een sterpunt maken dat je dan aan massa legt. Daar kom je snel achter.

Hoeveel de drive coil verbruikt zou ik niet weten. Niet veel; hij werd met een paar simpele torretjes aangestuurd.
Je merkt gauw genoeg hoeveel je nodig hebt: de sense spoelen geven bij voldoende aansturing mooie piekerige uitgangsspanningen. Drive je te weinig, dan klapt de kern niet mooi om, en zie je die pieken niet. Drive je te veel, dat komt er te weinig verschil in de timing van de pieken.
Drive wel met een sinus, of hoogstens een trapezium: met een blokgolf zou je nooit timingverschillen kunnen krijgen.

Er zijn ic,s waar je een resolver aan kan knopen, die geeft dan een digitaal signaal af.Helaas ben ik er te lang uit.

Het wordt geen repeater kompas, ik wil hem gewoon als kompas gebruiken waarbij de pico mag berekenen in welke richting het kompashuis wijst (en dus de boot) .

Ik heb er net een FG aan gehangen en de spoelen op zelfinductie gemeten. Als testje het middenaftak punt (wordt niet naar buiten gevoerd maar er zat intern wel een pin) en een van de spoel aansluitingen aan een scoop. Hij lag op zijn kop dus de naald draait niet maar als ik met een magneet er omheen draai dan zie ik de response stijgen en dalen.

De drive is inderdaad minimaal. Moest de FG maar een heel klein beetje open draaien. Geen idee of ik zo de saturatie kan zien maar ik weet van de velen testen met mijn saturatie-tester voor smps spoelen dat ze dan beginnen te piepen en dat hoorde ik hier ook

Met een blokgolf zie ik het signaal van sinus vorming naar "driehoek" pulsen veranderen. (korte Tr, trage Tf) Bij een sinus zie ik de amplitude variëren en de boel meer of minder vervormen. Alles op 400 Hz. Ook even een sweep gedaan, de output piekt bij iets van 800 Hz.

Ik neem aan dat ik morgen als test de massa van de probes aan de centrum pin
van de ster hang en dan 3 probes voor de 3 "uiteinden" En dan de FG via een isolatie trafotje op de drive spoel.
Jij hebt het over timing, hoe relateer ik dat nu naar de locatie van de magneet.

De drivespoel loopt helemaal rond, en magnetiseert op zich (als er geen uitwendig magneetveld was) dus de hele ronde kern overal gelijk, linksom of rechtsom, al naar je drivespanning positief of negatief is.
De drie sensespoelen reageren op de fluxverandering, ieder in HUN richting. Zonder uitwendig veld, dus met alleen de drive, zouden ze alle drie steeds op hetzelfde moment een omklappen van het veld zien, en hun uitgangsspanningen zouden hetzelfde zijn.
Maar als er wel een extern magneetveld is, dan zal het stuk van de kern dat dezelfde kant op loopt éérder in die richting verzadigen, en pas láter weer uit verzadiging komen en de andere kant op verzadigen. De kern is dan dus niet meer overal gelijk gemagnetiseerd; de magnetisatie hangt af van de richting.
Elke spoel kijkt in zijn eigen richting naar die wisselingen, en reageert dus verschillend.

Een fluxgate kan driefasen zijn, maar ook tweefasen komt voor. Voor de uitleg hoef je maar naar één sensespoel te kijken; de andere werken net zo. Zie ook hier: https://www.imperial.ac.uk/space-and-atmospheric-physics/research/area…
De drive is daar een trapezium. Dat kan ook; waar het om gaat is het stuk rond de nul, dat moet geleidelijk verlopen. Het 'omklappen' gebeurt niet met de stroom in de drivespoel, maar met de magnetisatie in de ringkern; afhankelijk van de plaats dus eerder of later.

Mooie link, had al het nodige gevonden maar nog geen signaal vormen. Het lastige bij info zoeken is dat fluxgates blijkbaar populair zijn in de free energie regionen en dat is niet echt betrouwbare informatie

Ik zag trouwens dat ze ook vaak een BPF toepassen.

[Bericht gewijzigd door fred101 op zaterdag 22 april 2023 20:52:01 (11%)]

Ik heb in 1992 wel eens een fluxgate kompas gebouwd naar een artikel in Wireless World.
Het werkte vebazingwekkend goed.
https://worldradiohistory.com/UK/Wireless-World/90s/Wireless-World-199…

Aha, dat is leuk, en nu herinner ik me opeens ook weer iets:
Die drive coil torretjes van de NM692 (waar de NM3 aan hing) schakelden inderdaad alleen maar (en bleven dus koud), maar de drive coil werd op 400 Hz in resonantie gebracht met capaciteit, zodat de stroom toch sinusvormig werd.

Leuk artikel, misschien bouw zoiets wel met de Neco als basis. Gaaf een 7 segment LED display die de koers weergeeft.

Eigenlijk speelt Neco een beetje vals. Ze meten niet het aardmagnetisch veld maar de naald magneet die op het aardmagnetisch veld reageert. Scheelt een hoop versterking en minder gevoelig voor externe velden.

FET, in dat manual zie je bij de resolver spoel ook een condensator. Ik had zelf al het idee om de frequentie van de driver op zijn eigen resonantie aan te sturen. Vandaar die sweep. Maar met een condensator de resonantie naar 400 Hz brengen is misschien beter.

Het heet ook een 'transmitting compass': een echt kompas, met een 'transmitter' erboven.
Neco had groot gelijk. Niet alleen is zo gemakkelijker een goede S/N te halen, maar veel belangrijker: dit kompas kan op dezelfde manier en met dezelfde middelen (je weet wel, met ijzeren ballen en/of magneetjes) gecompenseerd worden als een normaal standaardkompas of stuurkompas.

Werken op 400 Hz is in elk geval goed, maar ik heb geen idee wat-ie op andere frequenties doet. Zolang je het niet ál te gek maakt zal het niet veel uitmaken, denk ik.

De condensator in het schema resoneert inderdaad de zoekspoel van de resolver. Allebei werd gedaan: de drive (serieresonant) om sinusvormig aan te sturen met schakeltorren, en de resolver (parallel) om de piekerige van de sense coils ontvangen pulsen weer een beetje te temmen.

Ik heb hem met een blok en een sinus aangestuurd. Ik heb elke spoel in serie met 100 ohm gezet. Die 100 ohm samen gepakt aan een kant en dan drie probes aangesloten die de spanningval over de weerstanden meten.

Ik kreeg hem niet in resonantie, heb van pF tot uF er over gezet maar dat deed eigenlijk niets. Ook verstemmen niet behalve als ik ver omlaag in frequentie ging. Zou kunnen komen doordat de drivespoel achter een -5x of 20x isolatie-trafotje van GR zit.

Met een sinus verandert de amplitude maar dat is lastig te zien. Zeker het omslag punt. Met een blok krijg je de rising edge als een soort naald te zien (soort overshoot idee) Ik meet de stroom van de drivespoel. Ik kan zo zien wanneer de spoel verzadigd maar echt gevoelig daarvoor lijkt hij niet. Het ding werkt over een heel groot stroom bereik (groot als in 1 tot 10 mA ofzo)

De response zijn dus drie signalen rond om nul. Wat er gebeurd als ik de behuizing draai, dan wordt een van die pieken steeds lager totdat de hele amplitude ervan nul is. Draai ik dan verder dan wordt de volgende 120 graden verder nul. Dat gaat echt heel precies en heel mooi geleidelijk. Er zit alleen vreselijk veel rotzooi op de signalen. Als ik de boel zou gelijkrichten ben ik een stuk resolutie kwijt (Vf van de diode) maar ik zou dat met een opamp-gelijkrichter kunnen doen. Het verschil in amplitude over 120 graden is dan een analoge maat voor 120 graden op de kompasroos. Of misschien eerst eens een grotere weerstand kiezen voor meer resolutie. Daarnaast een low pass filtertje er tussen.

Door dat er 3 spoelen zijn kan ik uit de waarde en polariteit op de 2 andere waarschijnlijk de richting en positie halen. Dat moet ik nog analyseren. Kon niet verder meten, moest even een diepte meter display van een vriend zijn boot repareren.

Die spoelen kunnen wel wat rommel uit de omgeving oppikken, maar die zal niet gecorreleerd zijn met het excitatie signaal; dit zou je dus kunnen filteren door het te vermenigvuldigen met de polariteit van de excitatiestroom, en dat over veel cycles middelen.

Je bedoeld het signaal niet hardwarematig filteren maar dat in de software te doen ?
Ik zou de ADC alleen de eerste 200 us ofzo laten meten. Dan ben ik het meeste al kwijt en die eerste piek ligt al boven het gras. Dan hoef ik niets gelijk te richten. Als ik de pico dan ook nog het 400 Hz signaal laat maken (en dan via een ampje de spoel in) dan weet ik ook zeker dat er op het juiste moment wordt gemeten. Alleen moet ik dan 3 signalen tegelijk meten. Dat zal niet kunnen maar een kompas is heeeeel traag dus ik kan in periode 1 spoel 1 meten, dan in de 2e periode spoel 2 etc. Zou ik via een analoge switch kunnen doen. En ik denk dat jij dit dan bv 5x achter elkaar voor 1 spoel wilt doen voor je naar de meting van spoel 2 gaat, klopt dat ?

De verleiding is groot alles analoog te doen (alleen is het niet zo'n aantrekkelijk idee om 360 ledjes in een cirkel te moeten solderen )
Digitaal kan ik fancy gaan en het kleuren schermpje gebruiken. In Python kan ik zelfs een kompas met naald tekenen. En ik moet oefenen in programmeren want python vind ik een fijne logische taal.

Je kunt het in hardware of in software doen, maar wat ik bedoel is dat je het signaal in de positieve deel van de cyclus vermenigvuldigd met +1, tijdens het negatieve deel met -1, en dat over meerdere cycli gaat middelen; de stoorsignalen van buitenaf zullen dan gemiddeld 0 worden.

Hoe je uit die signalen de koers bepaald is nog een andere vraag. Het feit dat je 3 signalen hebt betekend dat je uit elke set van 2 signalen de koers kunt bepalen, kunt controleren dat je 3x ongeveer dezelfde uitkomst hebt, en dan ofwel gewoon het gemiddelde nemen, of bepalen welke het meest nauwkeurig is en die gebruiken.

De Pi Pico is een beetje analoog gehandicapt; hij heeft maar 1 ADC, gelukkig nog wel 12 bit, met maar 3 in kanalen, en 500ksps. Ik weet niet hoe goed de kwaliteit van die ADC is.

500ksps op 400Hz verdeeld over 3 kanalen geeft 208 samples per halve cyclus per kanaal, dat is niet heel veel maar wellicht genoeg.

Grappig, ik heb best wel heel veel programmeer ervaring, en python is voor mij alles behalve logisch!

Ik heb een web pagina gemaakt over de eerste resultaten. Daar staan oa wat scoop fotos op.

Op deze foto zie je in wit de drive stroom. De groene trace is wanneer de magneet precies boven die sense spoel staat. De andere twee zijn tegengesteld in polariteit. De amplitude is nul onder een magneet en stijgt naar een max als het max ver weg van de magneet is. Aan de hand hiervan moet de positie worden berekent, hoe ben ik nog niet uit. Wiskunde is niet mijn forté.

De trace is dankzij twee filters achter elkaar nu redelijk schoon. Het kan nog beter maar dan moet ik wat met de waarden spelen.

De spanning wordt gemeten met een 10x probe over een weerstand naar aarde ,na die filters De beste waarden vinden komt na de volgende stap. Het maken van een blokvorm generatortje. De boel draait nu op zelfresonantie (256 Hz) Maar dat komt doordat er nu een 1:5 isolatie trafotje tussen FG en drivespoel zit.

Nu bedenken wat voor generatortje ik ga maken. Daarna de signaal behandeling van de sense spoelen (filtering en isolatie naar de raspberry middels optos of trafotjes en dan het lastigste. Het signaal omzetten naar zinnige koers info.

Ik vraag me af of ik ze niet kan sommeren, de polariteit zegt wat over de richting, de amplitude over de positie. Die drie opgeteld geeft 1 getal. Als daar geen doublures voorkomen zou dat voldoende kunnen zijn. Als er wel doublures zijn dan kan de polariteit van de naast gelegen spoelen wat zeggen over de draairichting. Maar zover ben ik nog niet.

Ik heb de driver nu werkend, ook het filter veranderd. 4,7 uF MKTs van ingang naar massa. Was per ongeluk. Ik wilde de filter caps verhogen maar de test cap stoot ik op een verkeerde plaats aan. Soort van resonantie denk ik.

Nu heb ik een hogere amplitude van de sense spoelen.

Het nivo (100 mVpp) is echter te laag om er iets digitaals mee te doen.

Wat kan ik nu heb beste doen als volgende stap. Ik moet deze signalen vertalen naar een 0-360 graden uitlezing (Het wordt een compass) Hoe weet ik nog niet. Maar eerst moet de amplitude omhoog.

Ik heb nu een AC signaal waar de polariteit belangrijk is. Ik wil de boel het liefst op singel rail 12V houden (Boardnet van de boot) Maar dat is niet zo'n probleem. Ik denk eerst een opamp versterker, dan een piek detector of sample en hold en dan een ADC van de pico of een losse ADC die ook negatieve signalen kan meten.

Intussen heb ik me wat meer herinnerd over de Neco kompas-fluxgate combinatie. Houd er rekening mee dat ik met de scheepvaart een kwart eeuw geleden gestopt ben, dat het kompas voor mij eigenlijk een black box was (ik heb er nooit een tekening van gezien), én dat de NM3/NM692 nog tien jaar eerder al vervangen werd door de NM728. 'Bear with me'.

Elke fase van de fluxgate bestaat uit twee helften, elk aan hun eigen kant van de ring. De drive current loopt door beide in fase, maar het magnetisch veld werkt dus in tegengestelde zin op ze in.
Daardoor zijn de flux-omklapmomenten van min naar plus in de ene helft eerder dan zonder uitwendig veld, en in de andere helft juist later. Bij van plus naar min is het juist andersom!
Doordat dit op élke nuldoorgang plaatsvindt, krijg je in de secundaire wikkelingen, die in tegenfase in serie geschakeld zijn, dus niet 400, maar 800 Hz te zien. In jouw scoopplaatje is dat ook te zien.

Hieronder zie je precies hoe het werkt (voor één fase). De gelijkstroom 'I' (van bronnen I2 en I3) stelt de invloed van het magnetisch veld voor. Het besselfilter vat de invloeden van inductie, capaciteiten etc. samen.

De spanningen in de schakeling zie je hieronder. Blauw en olijf zijn de spanningen van de twee spoelen afzonderlijk, groen is de verschilspanning. Zo mooi krijg je het niet te zien: jouw meetwaarde lijkt meer op rode lijn, als ik wat invloeden van inductie etc. heb meegenomen.

Detectie doe je door vermenigvuldigen met 800 Hz (de fase hiervan stel je in op maximale uitgangsspanning; hier had ik 160 us vertraging nodig), en daarna gewoon filteren. De uiteindelijke gelijkspanning uit het filter is een maat voor het magnetisch veld.
Hierboven was met een 'magnetisch veld' van 10 mA (geljkstroom). Hieronder nog de grafiek van 'velden' van −20 tot +20 mA.

Dit gebeurt dus voor elk van de drie fasen. In de volgende post laat ik zien hoe je de drie fasen kunt combineren tot een koers.

*NB je kunt ook éérst de wisselspanningen combineren en dán pas detecteren; zie de volgende post.