Magnetometry

Co to jest magnetometr i jak działa?

Pośród czujników MEMS zawartych w ofercie sklepu Botland, znajdziesz urządzenia z wbudowanym żyroskopem, akcelerometrem, a także magnetometrem - urządzeniem służącym do pomiaru natężenia pola magnetycznego, najczęściej na zasadzie efektu Halla lub zjawiska magnetorezystancji. Urządzenie może być wykorzystywane np. do pomiaru pola magnetycznego ziemi (magnetometr protonowy) lub wykrywania metali. W magnetometrze Halla, jeśli do metalowej płyty podłączymy źródło napięcia, to wywołamy przepływ prądu między dwiema powierzchniami tej płyty. Z kolei magnetometr wibracyjny Gaussa działa na zasadzie drgań niewielkiego magnesu. Nazwa urządzenia pochodzi od wynalazcy, czyli C. F. Gaussa. Było to pierwsze urządzenie mierzące bezwzględną intensywność magnetyczną.

Magnetometr – urządzenie do pomiaru pola magnetycznego

Gdy do płyty zasilanej napięciem stałym, zbliżymy źródło pola magnetycznego (np. magnes), to spowodujemy zniekształcenie drogi przepływu elektronów na powierzchni płyty. Wówczas, jedną stronę płyty zajmą elektrony, a drugą – protony. W ten sposób zaobserwujemy zmiany pola magnetycznego.

Po podłączeniu woltomierza wyposażonego w czytelny wyświetlacz między obie powierzchnie płyty, będziemy mogli odczytać napięcie, którego wartość zależy od natężenia pola magnetycznego i jego kierunku oddziaływania w przestrzeni. Magnetometr jest urządzeniem wykorzystywanym w pomiarach pola magnetycznego różnych elementów (za jego pomocą można mierzyć właściwości magnetycznych materii).

Dodatkowe informacje o pomiarach pola magnetycznego

Koncepcja magnetorezystancyjna magnetometru wykorzystuje materiały wrażliwe na pole magnetyczne – często spotykany jest stop żelaza i niklu. Takie materiały pod wpływem wystawienia na działanie pola magnetycznego zmieniają swoją rezystancję, dzięki czemu magnetometry są wykorzystywane do pomiaru pola magnetycznego

Czujniki MEMS dostępne w naszej ofercie są ponadto wyposażone w interfejs I2C, dzięki któremu bez problemu będziesz mógł podłączyć swój magnetometr do współpracy z np. Arduino czy Raspberry Pi.

Magnometr w telefonie - Żyroskopy MEMS - niewielkie i praktyczne

Jeśli chcesz w łatwy sposób rozwinąć swój projekt robota pod kątem jego stabilności równowagi podczas zatrzymywania się, poruszania się czy stania w bezruchu na nierównej powierzchni. Znakomitym rozwiązaniem będzie zastosowanie małego żyroskopu MEMS, który mierząc odchylenie kątowe robota od położenia równowagi, nada informację do Arduino, które sterując odpowiednimi silnikami i serwomechanizmami, nada właściwą pozycję robota, zapobiegając jego niepożądanemu przewróceniu się. Magnetometr stosowany jest w wielu projektach elektronicznych.

A w jaki sposób prędkość kątowa jest mierzona przez żyroskop MEMS? Czujnik wbudowany w tych urządzeniach ma wymiary nieprzekraczające średnicy ludzkiego włosa i działa w oparciu o zjawisko rezonansu mechanicznego. Gdy żyroskop zostaje obrócony, czujnik MEMS zamienia ten ruch na sygnał napięcia o bardzo niskim poziomie, proporcjonalnie do kąta obrócenia. Następnie, sygnał ten jest wzmacniany i przekazywany do mikrokontrolera, gdzie za pośrednictwem programu podejmowane są dalsze decyzje w zależności od odczytanej wartości napięcia.

Akcelerometr - łatwy pomiar przyspieszenia

Akcelerometry to urządzenia, których zadaniem jest pomiar przyspieszenia – wielkości opisującej jak szybko zmienia się prędkość obiektu w czasie. Akcelerometry są pomocnymi narzędziami w systemach pomiarowych do wykrywania wibracji obiektu badanego oraz w systemach nawigacji. Akcelerometr wykrywa statyczne i dynamiczne oddziaływanie przyspieszenia.

Siły statyczne obejmują oddziaływanie grawitacyjne, zaś dynamiczne – wibracje i przemieszczanie. Akcelerometry mogą mierzyć przyspieszenie w jednej, dwóch, lub trzech osiach układu współrzędnych, ale podobnie jak w przypadku żyroskopów, rozwiązanie trójosiowe jest przodujące.

Budowa akcelerometru

W skład budowy typowego akcelerometru, wchodzą mikroskopijnych rozmiarów elektrody tworzące kondensator zawieszone na sprężynach. Pod wpływem przyspieszenia, elektrody poruszają się względem siebie zmieniając pojemność między sobą – prędkość tych zmian umożliwia wyznaczenie przyspieszenia obiektu, na którym akcelerometr pracuje.

Występują także akcelerometry piezoelektryczne, w których odpowiedni materiał pod wpływem oddziaływania mechanicznego, wytwarza ładunek elektryczny na swojej powierzchni – zjawisko to, wykorzystywane jest m.in. podczas wykonywania pomiarów sejsmicznych.