ساخت سنسور مگنتومتر

مگنتومتر (Magnetometer) یکی از مهم‌ترین ابزارهای اندازه‌گیری در علوم زمین‌شناسی، فلزیابی، صنایع الکترونیک و پروژه‌های تحقیقاتی است. این دستگاه میزان و جهت میدان مغناطیسی را اندازه‌گیری می‌کند و بسته به نوع طراحی‌اش، می‌تواند از تغییرات کوچک میدان تا میدان‌های بسیار قوی را تشخیص دهد.
ساخت یک سنسور مگنتومتر خانگی یا نیمه‌حرفه‌ای برای بسیاری از علاقه‌مندان به الکترونیک جذاب است، زیرا هم هزینه ساخت آن پایین است و هم کارایی بسیار بالایی در پروژه‌های علمی، زمین‌شناسی و حتی فلزیاب‌ها دارد.
در این مقاله، با اصول عملکرد مگنتومتر، انواع سنسورها، قطعات لازم، نحوه ساخت و نکات مهم کالیبراسیون آشنا می‌شوید.

مگنتومتر چیست و چگونه کار می‌کند؟

به‌طور ساده، مگنتومتر دستگاهی است که قدرت میدان مغناطیسی را اندازه‌گیری می‌کند. بسیاری از اجسامی که درون زمین یا محیط قرار دارند، میدان مغناطیسی متفاوتی تولید می‌کنند. مگنتومتر با بررسی این تغییرات، وجود فلزات آهنی، ساختارهای زیرزمینی و حتی املاح مغناطیسی خاک را تشخیص می‌دهد.

پایه‌ی عملکرد مگنتومتر

بیشتر مگنتومترهای امروزی بر اساس یکی از اصول زیر کار می‌کنند:

اثر هال (Hall Effect)

القای مغناطیسی

فلوکس‌گیت (Fluxgate)

سنسورهای MEMS

سنسورهای GMR و AMR (بر پایه مقاومت مغناطیسی)

در پروژه‌های DIY و ساخت خانگی، بیشترین استفاده مربوط به سنسورهای هال و سنسورهای AMR مانند HMC5883L یا QMC5883 است.

انواع سنسورهای مناسب برای ساخت مگنتومتر

1. سنسورهای اثر هال

این سنسورها ارزان، ساده و مناسب پروژه‌های مقدماتی هستند.
مزایا:

قیمت پایین

مصرف کم

سازگار با میکروکنترلرها
معایب:

دقت پایین‌تر نسبت به مدل‌های پیشرفته

2. سنسورهای AMR یا GMR

مانند HMC5883L، HMC5983 و QMC5883
مزایا:

دقت بالا

مناسب پروژه‌های زمین‌شناسی

اندازه‌گیری سه‌محوره
معایب:

حساسیت بالا به نویز الکترومغناطیسی

3. فلوس‌گیت (Fluxgate)

در حرفه‌ای‌ترین مگنتومترها و فلزیاب‌ها استفاده می‌شود.
مزایا:

دقت بسیار بالا

مناسب سیستم‌های ژئوفیزیکی
معایب:

ساخت پیچیده

نیاز به مدار تقویت‌کننده دقیق

اگر هدف شما ساخت یک مگنتومتر کاربردی و مناسب آموزش و تست خاک است، پیشنهاد می‌شود از HMC5883L یا QMC5883 استفاده کنید.

کاربردهای سنسور مگنتومتر

ساخت مگنتومتر فقط یک پروژه سرگرمی نیست؛ این ابزار کاربردهای گسترده‌ای دارد:

فلزیابی و گنج‌یابی

تشخیص حفره، تونل و اتاقک زیرزمینی

زمین‌شناسی و تشخیص املاح مغناطیسی خاک

هوافضا و ناوبری روبات‌ها

تشخیص جریان‌های الکتریکی قوی

پروژه‌های تحقیقاتی دانشگاهی

ابزار و قطعات لازم برای ساخت یک مگنتومتر خانگی

برای ساخت یک مدل دقیق و کاربردی، به قطعات زیر نیاز دارید:

قطعات الکترونیکی

سنسور مغناطیسی (پیشنهادی: HMC5883L یا QMC5883)

میکروکنترلر آردوینو UNO یا نانو

نمایشگر LCD یا OLED

مقاومت، خازن و سیم‌های رابط

منبع تغذیه ۵ ولت یا پاوربانک

ابزار کار

هویه و قلع

برد بورد

چاپر یا قاب پلاستیکی برای نگهداری مدار

نرم‌افزار Arduino IDE

مراحل ساخت سنسور مگنتومتر

مرحله ۱: اتصال سنسور به آردوینو

سنسورهای QMC5883 و HMC5883L از طریق I2C به آردوینو وصل می‌شوند:

SDA → A4

SCL → A5

VCC → 5V

GND → GND

اتصالات باید کوتاه و تمیز باشند تا نویز محیطی کاهش یابد.

مرحله ۲: نصب کتابخانه

در Arduino IDE وارد بخشLibraries → Manage شوید و کتابخانه‌های زیر را نصب کنید:

Adafruit HMC5883L

یا QMC5883L Library

مرحله ۳: خواندن داده‌ها

پس از آپلود کد اولیه، آردوینو مقدار میدان مغناطیسی هر محور (X,Y,Z) را نمایش می‌دهد.

مرحله ۴: ساخت مدار فیلتر

برای کاهش نویز محیطی، می‌توان از:

فیلتر RC

یا فیلتر دیجیتالی کالمن (Kalman Filter)
استفاده کرد.

مرحله ۵: ساخت بدنه و کالیبراسیون

سنسور باید درون یک قاب عایق قرار گیرد و از منابع آهنی یا سیم برق دور باشد.
برای کالیبراسیون:

دستگاه را در چند جهت بچرخانید.

مقادیر بایاس هر محور را محاسبه و در کد اعمال کنید.

افزایش دقت مگنتومتر (نکات طلایی)

1. ایزوله‌کردن سنسور از نویز

نزدیک بودن به موتور، گوشی موبایل، پاوربانک یا فلزات بزرگ دقت را کاهش می‌دهد.

2. استفاده از قاب غیر فلزی

قاب چوبی، پلاستیکی یا فیبر بهترین گزینه است.

3. استفاده از فیلتر نرم‌افزاری

فیلتر کالمن یا میانگین متحرک، تغییرات ناگهانی را حذف می‌کند.

4. دور کردن آردوینو از سنسور

خطوط انتقال برق آردوینو خود میدان تولید می‌کند.

سنسور باید حداقل ۱۵ سانتی‌متر از برد فاصله داشته باشد.

تست میدانی و ارزیابی عملکرد

پس از ساخت، نوبت تست دستگاه است:

برای تست حساسیت:

یک آهن یا میخ را نزدیک سنسور کنید.

مقدار محور X یا Y باید تغییر محسوسی کند.

برای تشخیص اجسام مدفون:

از یک قطعه فلزی آهنی در عمق ۲۰ تا ۳۰ سانتی استفاده کنید.

تغییرات میدان در محور Z قابل مشاهده خواهد بود.

تست در محیط باز:

دستگاه را روی یک میله غیر فلزی ثابت کنید.

مسیر را اسکن کنید و نقاطی که تغییر میدان دارند، ثبت کنید.

محدودیت‌ها

ساخت مگنتومتر خانگی محدودیت‌هایی هم دارد:

توانایی تفکیک طلا از آهن را ندارد

اجسام غیرمغناطیسی مانند نقره یا برنز را تشخیص نمی‌دهد

دقت آن به شرایط محیطی وابسته است

برای عمق‌های بیش از یک متر نیاز به نسخه‌های حرفه‌ای و فلوس‌گیت دارید

اما برای تشخیص آهن، حفره‌ها، تونل، کارهای تحقیقاتی و پروژه‌های دانشگاهی بسیار مفید و کاربردی است.

جمع‌بندی

ساخت سنسور مگنتومتر یکی از پروژه‌های بسیار جذاب، کاربردی و کم‌هزینه برای علاقه‌مندان به الکترونیک، زمین‌شناسی و فلزیابی است. با استفاده از یک سنسور سه‌محوره مانند HMC5883L و یک برد آردوینو می‌توان یک دستگاه دقیق و کارا ساخت که تغییرات میدان مغناطیسی را با دقت بالا اندازه‌گیری کند.
گرچه این نوع مگنتومتر توانایی تشخیص فلزات گران‌بها را ندارد، اما برای تشخیص آهن، بررسی خاک، شناسایی حفره‌ها و انجام پروژه‌های تحقیقاتی کاملاً مناسب و اثبات‌شده است.

ارتباط با کارشناس فروش

برای تعمیرات انواع فلزیاب اینجاکلیک کنید.

برای خرید انواع فلزیاب اورجینال کلیک کنید. 09388686031

برای مشاوره رایگان در مورد علائم ونشانه ها و خرید و فروش فلزیاب ها با کارشناسان ما در تماس باشید

تلگرام کارشناس آثار و نشانه ها  :@sumdetector

شماره تماس کارشناس آموزش فلزیاب، خرید فلزیاب و تعمیر فلزیاب : 09388686031