E-Field Mill: 8 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

Alreadyσως ήδη γνωρίζετε ότι είμαι εθισμένος σε κάθε είδους εφαρμογές μέτρησης αισθητήρων. Πάντα ήθελα να εντοπίσω τις διακυμάνσεις του μαγνητικού πεδίου της γης και επίσης γοητεύτηκα από τη μέτρηση του περιβάλλοντος ηλεκτρικού πεδίου της γης που διατηρείται από τις διαδικασίες διαχωρισμού φορτίων που λαμβάνουν χώρα μεταξύ των σύννεφων και της επιφάνειας της γης. Τα περιστατικά όπως ο καθαρός ουρανός, η βροχή ή η καταιγίδα έχουν δραματική επίδραση στο ηλεκτρικό πεδίο που μας περιβάλλει και νέα επιστημονικά ευρήματα μας δείχνουν ότι η υγεία μας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα γύρω ηλεκτρικά πεδία.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ήθελα να φτιάξω μια κατάλληλη συσκευή μέτρησης για στατικά ηλεκτρικά πεδία. Υπάρχει ήδη ένας αρκετά καλός σχεδιασμός, που ονομάζεται επίσης μύλος ηλεκτρικού πεδίου που χρησιμοποιείται ευρέως. Αυτή η συσκευή χρησιμοποιεί ένα εφέ που ονομάζεται Ηλεκτροστατική επαγωγή. Αυτό συμβαίνει πάντα όταν εκθέτετε ένα αγώγιμο υλικό σε ηλεκτρικό πεδίο. Το πεδίο έλκει ή απωθεί τα ελεύθερα ηλεκτρόνια στο υλικό. Εάν συνδέεται με το έδαφος (δυναμικό γης), οι φορείς φόρτισης ρέουν μέσα ή έξω από το υλικό. Μετά την αποσύνδεση του εδάφους, ένα φορτίο παραμένει στο υλικό ακόμη και αν το ηλεκτρικό πεδίο εξαφανιστεί. Αυτό το φορτίο μπορεί να μετρηθεί με βολτόμετρο. Αυτή είναι πολύ περίπου η αρχή της μέτρησης στατικών ηλεκτρικών πεδίων.

Πριν από μερικά χρόνια έχτισα έναν μύλο χωραφιού σύμφωνα με σχέδια και σχήματα που βρήκα στο διαδίκτυο. Κυρίως αποτελείται από έναν ρότορα με κάποιο είδος έλικας πάνω του. Η προπέλα είναι ένα διπλό σύνολο μεταλλικών τμημάτων που είναι γειωμένα. Ο ρότορας περιστρέφεται γύρω από ένα σύνολο επαγωγικών πλακών που καλύπτονται ηλεκτρικά και ξεσκεπάζονται από τον ρότορα. Κάθε φορά που αποκαλύπτονται, η ηλεκτροστατική επαγωγή του ηλεκτρικού πεδίου του περιβάλλοντος προκαλεί ροή φορέων φορτίου. Αυτή η ροή αντιστρέφεται όταν ο ρότορας καλύπτει ξανά τις επαγωγικές πλάκες. Αυτό που παίρνετε είναι ένα εναλλασσόμενο περισσότερο ή λιγότερο ημιτονοειδές ρεύμα το οποίο το πλάτος είναι μια αναπαράσταση της δύναμης του μετρημένου πεδίου. Αυτό είναι το πρώτο ελάττωμα. Δεν λαμβάνετε στατική τάση που δείχνει την ένταση του πεδίου, αλλά πρέπει να λάβετε το πλάτος ενός εναλλασσόμενου σήματος που πρέπει πρώτα να διορθωθεί. Το δεύτερο θέμα είναι ακόμη πιο κουραστικό. Ο μύλος πεδίου λειτουργεί αρκετά καλά σε ένα ανενόχλητο περιβάλλον -λέμε στη σκοτεινή πλευρά του φεγγαριού όταν βρίσκεστε μακριά από το βουητό της γραμμής ρεύματος και όλη αυτή την άφθονη ηλεκτρική ομίχλη που διαπερνά το περιβάλλον μας παντού. Ειδικά το βουητό της γραμμής ισχύος 50Hz ή 60Hz παρεμβαίνει απευθείας στο επιθυμητό σήμα. Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, ο μύλος πεδίου χρησιμοποιεί ένα δεύτερο σύνολο επαγωγικών πλακών με άλλο ενισχυτή που λαμβάνει το ίδιο σήμα με μετατόπιση φάσης 90 °. Σε έναν επιπλέον λειτουργικό ενισχυτή αφαιρούνται και τα δύο σήματα το ένα από το άλλο. Επειδή είναι εκτός φάσης, απομένει το υπόλοιπο του επιθυμητού σήματος και η παρεμβολή, η οποία είναι ίση και στα δύο σήματα, ακυρώνεται θεωρητικά. Το πόσο καλά λειτουργεί αυτό εξαρτάται από την ισότητα των παρεμβολών και στα δύο κυκλώματα μέτρησης, από το CMRR του ενισχυτή και από την ερώτηση εάν ο ενισχυτής υπερβαίνει ή όχι. Αυτό που κάνει την κατάσταση ακόμη πιο άβολη είναι ότι διπλασιάσατε κατά προσέγγιση την ποσότητα του υλικού για να απαλλαγείτε από τις παρεμβολές.

Πέρυσι είχα μια ιδέα να ξεπεράσω αυτά τα προβλήματα με το δικό μου σχέδιο. Είναι λίγο περισσότερο δουλειά στον μηχανικό αλλά απλό στην ηλεκτρονική. Όπως πάντα, αυτό δεν είναι μια λεπτομερής αναπαραγωγή βήμα προς βήμα της πλήρους συσκευής. Θα σας δείξω τις αρχές λειτουργίας του σχεδιασμού μου και μπορείτε να το αλλάξετε με διαφορετικούς τρόπους και να το προσαρμόσετε στις δικές σας ανάγκες. Αφού σας δείξω πώς να το φτιάξετε θα σας εξηγήσω πώς λειτουργεί και θα σας δείξω το αποτέλεσμα των πρώτων μετρήσεων μου.

Όταν μου ήρθε η ιδέα για αυτή τη συσκευή ήμουν περήφανη για τα κόκαλα, αλλά όπως γνωρίζετε η αλαζονεία προηγείται κάθε πτώσης. Ναι, ήταν δική μου ιδέα. Το ανέπτυξα μόνος μου. Αλλά όπως πάντα υπήρχε κάποιος πριν από μένα. Ο διαχωρισμός των φορτίων με επαγωγή και ενίσχυση με τη χρήση του φαινομένου πυκνωτή χρησιμοποιήθηκε σχεδόν σε κάθε σχεδιασμό ηλεκτροστατικής γεννήτριας τα τελευταία 150 χρόνια. Έτσι, δεν υπάρχει τίποτα το ιδιαίτερο στον σχεδιασμό μου παρά το γεγονός ότι ήμουν ο πρώτος που σκέφτηκε να εφαρμόσει αυτές τις έννοιες για τη μέτρηση ασθενών ηλεκτροστατικών πεδίων. Ακόμα ελπίζω μια μέρα να γίνω διάσημος.

Βήμα 1: Λίστα υλικών και εργαλείων

Η παρακάτω λίστα δείχνει περίπου ποια υλικά θα χρειαστείτε. Μπορείτε να τα αλλάξετε και να τα προσαρμόσετε όσο θέλετε.

• Φύλλα από κόντρα πλακέ 4mm
• δοκοί ξυλείας 10x10mm
• Σωλήνας αλουμινίου 8mm
• Ράβδος αλουμινίου 6mm
• Ράβδος πλεξιγκλάς 8mm
• Επιχρυσωμένο PCB μονής πλευράς 120x160mm
• σύρμα ορείχαλκου ή χαλκού 0,2mm
• ένα κομμάτι φύλλο χαλκού 0,2 mm
• κόλλα μετάλλων
• κόλλα
• Βίδες και παξιμάδια 3mm
• Δοκιμαστική πρίζα 4mm
• αγώγιμος σωλήνας από καουτσούκ (Εσωτερική διάμετρος 2mm) πήρα το δικό μου από το amazon
• Ηλεκτρονικά ανταλλακτικά σύμφωνα με το σχηματικό (ενότητα λήψης)
• Ένας πυκνωτής styroflex 68nF ως συλλέκτης για τα φορτία. Μπορείτε να αλλάξετε αυτήν την τιμή με πολλούς τρόπους.
• Κινητήρας capstan για 6V DC. Πρόκειται για κινητήρες που σχεδιάστηκαν ειδικά για συσκευές αναπαραγωγής δίσκων και μαγνητόφωνα. Οι στροφές τους ρυθμίζονται! Μπορείτε ακόμα να τα βρείτε στο Ebay.
• Τροφοδοτικό 6V/1A.

Αυτά είναι τα εργαλεία που χρειάζεστε

• Συγκολλητικό σίδερο
• Περιβάλλον ανάπτυξης Arduino στον υπολογιστή/φορητό υπολογιστή σας
• Καλώδιο USB-A έως B
• αρχειοθέτηση ή καλύτερα τόρνος
• ηλεκτρικό τρυπάνι
• μικρό πριόνι ή πριόνι χειρός
• τσιμπιδακι ΦΡΥΔΙΩΝ
• κόφτης καλωδίων

Βήμα 2: Κατασκευή των μηχανικών

Στην πρώτη εικόνα μπορείτε να δείτε ολόκληρο το σχέδιο βασίζεται σε δύο φύλλα κόντρα πλακέ διαστάσεων 210mm x 140mm. Τοποθετούνται το ένα πάνω στο άλλο, ενώνονται με 4 τεμάχια ξύλινων δοκών που τα διατηρούν σε απόσταση 50mm. Ανάμεσα στα δύο φύλλα υπάρχει ο κινητήρας και η καλωδίωση. Ο κινητήρας είναι τοποθετημένος με δύο βίδες Μ3 που τοποθετούνται σε δύο οπές 3 χιλιοστών που ανοίγονται στο πάνω φύλλο κόντρα πλακέ. Ένα φύλλο υλικού PCB λειτουργεί ως ασπίδα ενάντια στο ηλεκτρικό πεδίο του περιβάλλοντος. Τοποθετείται 85mm πάνω από το άνω φύλλο κόντρα πλακέ και η εσωτερική του άκρη μόλις τελειώνει γύρω από τον άξονα του κινητήρα.

Το βασικό συστατικό αυτής της συσκευής είναι ένας δίσκος. Έχει διάμετρο 110mm και είναι κατασκευασμένο από υλικό PCB μονής όψης με επίστρωση χαλκού. Χρησιμοποίησα ένα μύλο για να κόψω ένα στρογγυλό δίσκο του PCB. Χρησιμοποίησα επίσης ένα μύλο για να κόψω την επίστρωση χαλκού σε τέσσερα τμήματα που είναι ηλεκτρικά μονωμένα. Είναι επίσης πολύ σημαντικό να κόψετε έναν δακτύλιο στη μέση του δίσκου από όπου θα περάσει ο άξονας του κινητήρα. Διαφορετικά θα γειώσει ηλεκτρικά τα τμήματα! Στον τόρνο μου έκοψα ένα μικρό κομμάτι ράβδου αλουμινίου 6 χιλιοστών με τρόπο που χρειάζεται μια τρύπα 3 χιλιοστών στο κάτω μέρος με δύο ορθογώνιες οπές των 2, 5 χιλιοστών που έχουν κοπεί νήματα Μ3. Το άλλο άκρο έκοψα σε έναν μικρό άξονα 3 χιλιοστών σε ταιριάζει στη μεσαία τρύπα του δίσκου. Ο προσαρμογέας στη συνέχεια κολλήθηκε υπερβολικά στο κάτω μέρος του δίσκου. Το συγκρότημα δίσκου θα μπορούσε στη συνέχεια να βιδωθεί στον άξονα του κινητήρα.

Στη συνέχεια, βλέπετε ένα άλλο σημαντικό στοιχείο. Ένα τμήμα του μεγέθους των δίσκων, κατασκευασμένο από φύλλο χαλκού 0, 2mm Αυτό το τμήμα είναι τοποθετημένο σε δύο φύλλα κόντρα πλακέ. Όταν είναι τοποθετημένος ο δίσκος, αυτό το τμήμα βρίσκεται πολύ στενά κάτω από τον περιστρεφόμενο δίσκο. η απόσταση είναι περίπου 1mm. Είναι σημαντικό να κρατήσετε αυτήν την απόσταση όσο το δυνατόν μικρότερη!

Τα επόμενα σημαντικά πράγματα είναι το μουστάκι γείωσης και η χρέωση. Και τα δύο είναι κατασκευασμένα από σωλήνα αλουμινίου και ράβδους με κομμένα σπειρώματα για να τα τοποθετήσετε όλα μαζί. Μπορείτε να κάνετε οποιαδήποτε μορφή παραλλαγής θέλετε εδώ. Χρειάζεστε απλώς κάτι αγώγιμο που τρέχει στην επιφάνεια του δίσκου. Για τα μουστάκια δοκίμασα πολλά υλικά. Τα περισσότερα από αυτά έκαναν ζημιά στα τμήματα του δίσκου μετά από λίγο. Τελικά βρήκα μια υπόδειξη σε ένα βιβλίο για ηλεκτροστατικές συσκευές. Χρησιμοποιήστε αγώγιμους σωλήνες από καουτσούκ! Δεν βλάπτει την επίστρωση χαλκού και φοράει και φοράει…

Το μουστάκι γείωσης τοποθετείται σε μια θέση με τρόπο που χάνει την επαφή με το υποκείμενο τμήμα του δίσκου όταν αρχίζει να αποκαλύπτει την πλάκα γείωσης. Η παραλαβή φόρτισης τοποθετείται έτσι ώστε να παίρνει το τμήμα στη μέση όταν βρίσκεται στη μέγιστη απόσταση από την πλάκα γείωσης. Βεβαιωθείτε ότι η παραλαβή φόρτισης είναι τοποθετημένη σε ένα κομμάτι ράβδου πλεξιγκλάς. Αυτό είναι σημαντικό γιατί χρειαζόμαστε μια καλή μόνωση εδώ. Διαφορετικά θα είχαμε απώλεια χρεώσεων!

Στη συνέχεια, βλέπετε ότι η δοκιμαστική πρίζα 4mm τοποθετείται στο "υπόγειο" του συγκροτήματος. Παρέδωσα αυτήν τη σύνδεση επειδή δεν ήμουν σίγουρος αν θα χρειαζόμουν μια πραγματική σύνδεση "γείωσης" ή όχι. Υπό κανονικές συνθήκες έχουμε να κάνουμε με τόσο χαμηλά ρεύματα που έτσι κι αλλιώς έχουμε εγγενή γείωση. Maybeσως όμως θα υπάρξει μια δοκιμαστική εγκατάσταση στο μέλλον όπου μπορεί να το χρειαστούμε, ποιος ξέρει;

Βήμα 3: Η καλωδίωση

Τώρα πρέπει να συνδέσετε ηλεκτρικά τα πάντα έτσι ώστε να λειτουργούν σωστά. Χρησιμοποιήστε το ορείχαλκο σύρμα και κολλήστε μαζί τα παρακάτω μέρη.

• Το βύσμα δοκιμής 4mm
• Το μουστάκι του εδάφους
• Η ασπίδα
• ένα καλώδιο του πυκνωτή συλλογής φορτίων

Συγκολλήστε το 2ο καλώδιο του πυκνωτή στην είσοδο φόρτισης.

Βήμα 4: Κατασκευή των ηλεκτρονικών

Ακολουθήστε το σχηματικό σχήμα για να τοποθετήσετε τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα σε ένα κομμάτι από σανίδα. Συγκόλλησα τις κεφαλίδες των ακίδων στις άκρες του πίνακα για να το συνδέσω με το Arduino Uno. Το κύκλωμα είναι απλό. Το συλλεγόμενο φορτίο παραλαμβάνεται από τον πυκνωτή και τροφοδοτείται σε έναν ενισχυτή υψηλής σύνθετης αντίστασης ο οποίος αυξάνει το σήμα κατά 100. Το σήμα φιλτράρεται σε χαμηλή διέλευση και στη συνέχεια δρομολογείται σε μία είσοδο των εισόδων μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό του arduino. Για την ενεργοποίηση/απενεργοποίηση του κινητήρα του δίσκου χρησιμοποιείται το MOSFET για το Arduino.

Είναι πολύ σημαντικό να συνδέσετε τη γείωση του μηχανικού συγκροτήματος στην εικονική γείωση του ηλεκτρονικού κυκλώματος, όπου συναντιούνται τα R1/R2/C1/C2! Αυτό είναι επίσης το έδαφος του πυκνωτή συλλογής φορτίου. Μπορείτε να το δείτε στην τελευταία εικόνα αυτού του κεφαλαίου,

Βήμα 5: Το Λογισμικό

Δεν υπάρχουν πολλά να πούμε για το Λογισμικό. Είναι γραμμένο πολύ απλό. Η εφαρμογή γνωρίζει ορισμένες εντολές για να διαμορφωθεί σωστά. Μπορείτε να αποκτήσετε πρόσβαση στο arduino εάν έχετε εγκαταστήσει το Arduino IDE στο σύστημά σας, επειδή χρειάζεστε τα προγράμματα οδήγησης εικονικής θύρας. Στη συνέχεια, συνδέστε ένα καλώδιο USB στο arduino και τον υπολογιστή/σημειωματάριό σας και χρησιμοποιήστε ένα τερματικό πρόγραμμα όπως το HTerm για να συνδέσετε το arduino μέσω της εξομοιωμένης θύρας με 9600 bauds, χωρίς ισοτιμία και 1 stopbit και CR-LF κατά την είσοδο.

• "setdate dd-mm-yy" ορίζει την ημερομηνία της μονάδας RTC που είναι συνδεδεμένη στο arduino
• "settime hh: mm: ss" ορίζει την ώρα της μονάδας RTC που είναι συνδεδεμένη στο arduino
• "getdate" εκτυπώνει ημερομηνία και ώρα
• "setintervall 10… 3600" Ρυθμίζει το διάστημα δειγματοληψίας σε δευτερόλεπτα από 10 δευτερόλεπτα έως 1 ώρα
• "Έναρξη" ξεκινά τη συνεδρία μέτρησης μετά το συγχρονισμό με το επόμενο πλήρες λεπτό
• Ο "συγχρονισμός" κάνει το ίδιο αλλά περιμένει την επερχόμενη πλήρη ώρα
• Το "stop" σταματά τη συνεδρία μέτρησης

Αφού λάβετε "έναρξη" ή "συγχρονισμό" και κάνετε τα πράγματα συγχρονισμού, η εφαρμογή παίρνει πρώτα ένα δείγμα για να δει πού βρίσκεται το σημείο μηδέν ή η προκατάληψη. Στη συνέχεια, ξεκινά τον κινητήρα και περιμένει 8 δευτερόλεπτα για να σταθεροποιηθούν οι στροφές. Στη συνέχεια λαμβάνεται το δείγμα. Γενικά υπάρχει ένας αλγόριθμος μέσου όρου λογισμικού που υπολογίζει συνεχώς τους δείκτες κατά τα τελευταία 10 δείγματα για να αποφευχθούν δυσλειτουργίες. Η μηδενική τιμή που ελήφθη προηγουμένως αφαιρείται από τη μέτρηση και το αποτέλεσμα αποστέλλεται στην ομάδα μαζί με την ημερομηνία και την ώρα της μέτρησης. Ένα παράδειγμα συνεδρίας μέτρησης μοιάζει με αυτό:

03-10-18 11:00:08 -99

03-10-18 11:10:08 -95

03-10-18 11:20:08 -94

03-10-18 11:30:08 -102

03-10-18 11:40:08 -103

03-10-18 11:50:08 -101

03-10-18 12:00:08 -101

Έτσι, οι μετρήσεις εμφανίζονται ως εκτροπές από το μηδέν μετρημένες σε ψηφία που μπορούν να είναι θετικές μετάλλευμα αρνητικές ανάλογα με τη χωρική κατεύθυνση της ηλεκτρικής ροής. Φυσικά υπάρχει ένας λόγος για τον οποίο αποφάσισα να μορφοποιήσω τα δεδομένα σε στήλες ημερομηνίας, ώρας και τιμών μέτρησης. Αυτή είναι η τέλεια μορφή για να απεικονίσετε τα δεδομένα με το περίφημο πρόγραμμα "gnuplot"!

Βήμα 6: Πώς λειτουργεί

Μόλις σας είπα ότι η αρχή λειτουργίας αυτής της συσκευής είναι η ηλεκτροστατική επαγωγή. Πώς λειτουργεί λοιπόν λεπτομερώς; Ας υποθέσουμε για μια στιγμή ότι θα ήμασταν ένα από αυτά τα τμήματα του δίσκου. Περιστρέφουμε με σταθερή ταχύτητα συνεχώς εκτεθειμένοι στο ηλεκτρικό πεδίο του περιβάλλοντος και μετά κρυβόμαστε ξανά από τη ροή κάτω από την προστασία της ασπίδας. Φανταστείτε ότι πραγματικά θα βγούμε από τη σκιά στο γήπεδο. Θα ερχόμασταν σε επαφή με το μουστάκι γείωσης. Το ηλεκτρικό πεδίο θα δράσει στα ελεύθερα ηλεκτρόνια μας και ας πούμε ότι το πεδίο θα τα απωθήσει. Επειδή είμαστε γειωμένοι, θα υπάρχει μια ποσότητα ηλεκτρονίων που θα φύγουν από εμάς και θα εξαφανιστούν στη γη.

Χάνει έδαφος

Τώρα, ενώ η στροφή του δίσκου συνεχίζεται κάποια στιγμή, θα χάναμε την επαφή με το μουστάκι γείωσης. Τώρα καμία άλλη χρέωση δεν μπορεί να ξεφύγει από εμάς, αλλά ο δρόμος επιστροφής για τις χρεώσεις που έχουν ήδη φύγει είναι επίσης κλειστός. Μένουμε λοιπόν πίσω με έλλειψη ηλεκτρονίων. Αν μας αρέσει ή όχι, χρεωνόμαστε τώρα! Και το φορτίο μας είναι ανάλογο με την ισχύ της ηλεκτρικής ροής.

Πόση χρέωση έχουμε;

Κατά τη διάρκεια της έκθεσης στο ηλεκτρικό πεδίο χάσαμε κάποια ηλεκτρόνια. Πόσα έχουμε χάσει; Λοιπόν, με κάθε ηλεκτρόνιο που χάναμε, η φόρτιση μας ανέβαινε. Αυτό το φορτίο δημιουργεί ένα δικό του αυξανόμενο ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ μας και του εδάφους. Αυτό το πεδίο είναι αντίθετο με το περιβάλλον που δημιούργησε την επαγωγή. Έτσι, η απώλεια ηλεκτρονίων συνεχίζεται μέχρι το σημείο όπου και τα δύο πεδία είναι ίσα και ακυρώνουν το ένα το άλλο! Αφού χάσαμε την επαφή με το έδαφος, έχουμε ακόμα το δικό μας ηλεκτρικό πεδίο έναντι της γειωμένης πλάκας που έχει γήινο δυναμικό. Ξέρετε πώς λέμε δύο αγώγιμες πλάκες με ηλεκτρικό πεδίο ενδιάμεσα; Αυτός είναι ένας πυκνωτής! Είμαστε μέρος του φορτισμένου πυκνωτή.

Είμαστε πυκνωτής τώρα!

Γνωρίζετε τη σχέση φόρτισης και τάσης σε έναν πυκνωτή; Επιτρέψτε μου να σας πω, είναι U = Q/C όπου U είναι η τάση, Q είναι το φορτίο και C η χωρητικότητα. Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή είναι αντιστρόφως ανάλογη με την απόσταση των πλακών του! Αυτό σημαίνει ότι όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση τόσο μικρότερη είναι η χωρητικότητα. Τώρα τι συμβαίνει ενώ συνεχίζουμε να ενεργοποιούμε τον τροχό χωρίς επαφή με το έδαφος; Αυξάνουμε την απόσταση από το έδαφος. Ενώ το κάνουμε αυτό η ικανότητά μας πέφτει δραματικά. Τώρα κοιτάξτε ξανά το U = Q/C. Αν το Q είναι σταθερό και το C μειώνεται, τι συμβαίνει; Ναι, η τάση ανεβαίνει! Αυτός είναι ένας πολύ έξυπνος τρόπος ενίσχυσης της τάσης με την εφαρμογή μηχανικών μέσων. Δεν χρειάζεστε λειτουργικό ενισχυτή, φιλτράρισμα θορύβου και στατιστικό υπολογισμό εδώ. Είναι απλά μια έξυπνη και απλή φυσική που αυξάνει το σήμα μας σε ένα επίπεδο όπου η επεξεργασία σήματος με ηλεκτρονικά γίνεται απλώς μια βαρετή εργασία. Όλη η εξυπνάδα αυτής της συσκευής βασίζεται στην ηλεκτροστατική επαγωγή και στο φαινόμενο του πυκνωτή!

Τι σημαίνει?

Τι ακριβώς όμως ενισχύσαμε με αυτόν τον τρόπο; Έχουμε περισσότερα ηλεκτρόνια τώρα; Οχι! Ούτως ή άλλως έχουμε περισσότερη χρέωση; Οχι! Αυτό που ενισχύσαμε είναι η ΕΝΕΡΓΕΙΑ των ηλεκτρονίων και αυτό είναι που μας επιτρέπει να χρησιμοποιούμε απλούστερα ηλεκτρονικά κυκλώματα και λιγότερο φιλτράρισμα. Τώρα φτάσαμε στο άκρο της τροχιάς μας και τελικά η παραλαβή φορτίου παίρνει τα ηλεκτρόνια μας και τα συλλέγει στον πυκνωτή συλλέκτη φορτίου.

Ασυλία έναντι παρεμβολών

Όταν ρίξετε μια ματιά στο βίντεο θα δείτε ότι παρά τις συνήθεις παρεμβολές στο σπίτι μου, το σήμα εξόδου της συσκευής είναι σταθερό και πρακτικά χωρίς θόρυβο. Πώς είναι αυτό δυνατόν? Λοιπόν, νομίζω ότι επειδή το σήμα και η παρεμβολή δεν πηγαίνουν χωριστά στον ενισχυτή όπως στο κλασικό μύλο πεδίου. Στο σχέδιό μου, η παρεμβολή επηρεάζει τη συλλεγόμενη φόρτιση από τη στιγμή που η σύνδεση με τη γείωση χάνεται. Αυτό σημαίνει ότι κάθε δείγμα επηρεάζεται με κάποιο τρόπο από παρεμβολές. Επειδή όμως αυτή η παρεμβολή δεν έχει DC συνιστώσα εφόσον είναι συμμετρικά, το αποτέλεσμα της παρεμβολής υπολογίζεται πάντα κατά μέσο όρο στον πυκνωτή συλλέκτη φόρτισης. Μετά από αρκετές στροφές δίσκου και δείγματα που τροφοδοτούνται στον συλλέκτη φόρτισης, ο μέσος όρος της παρεμβολής είναι μηδενικός. Νομίζω ότι αυτό είναι το κόλπο!

Βήμα 7: Δοκιμή

Μετά από κάποιες δοκιμές, εντοπισμό σφαλμάτων και βελτίωση, εγκατέστησα το μύλο πεδίου μαζί με το παλιό μου φορητό υπολογιστή win-xp στη σοφίτα μου και έκανα μια δοκιμή που εκτελέστηκε κατά προσέγγιση μια μέρα. Τα αποτελέσματα οπτικοποιήθηκαν με το gnuplot. Δείτε το συνημμένο αρχείο δεδομένων "e-field-data.dat" και το αρχείο διαμόρφωσης gnuplot "e-field.gp". Για να δείτε τα αποτελέσματα, απλώς ξεκινήστε το gnuplot στο σύστημα-στόχο σας και πληκτρολογήστε την προτροπή> φόρτωση "e-field.gp"

Δείτε την εικόνα που δείχνει τα αποτελέσματα. Είναι αρκετά αξιοσημείωτο. Ξεκίνησα τη μέτρηση στις 2018-10-03 όταν είχαμε καλό καιρό και γαλάζιο ουρανό. Βλέπετε ότι το ηλεκτρικό πεδίο ήταν αρκετά ισχυρό και αρνητικό, ενώ πρέπει να φροντίσουμε γιατί αυτό που είναι "αρνητικό" και τι "θετικό" δεν είναι λογικό. Θα χρειαζόμαστε μια βαθμονόμηση της συσκευής μας για να ευθυγραμμιστούμε με την πραγματική φυσική. Ωστόσο, μπορείτε να δείτε ότι κατά τη διάρκεια των κύκλων μέτρησης η ένταση του πεδίου μειώθηκε παράλληλα με τον καιρό που άρχισε να επιδεινώνεται και να γίνεται θολό και βροχερός. Someμουν κατά κάποιο τρόπο έκπληκτος με αυτά τα ευρήματα, αλλά πρέπει ακόμα να ελέγξω αν αυτά σχετίζονται με τη φυσική.

Τωρα ειναι η σειρα σου. Συνεχίστε και φτιάξτε το δικό σας ηλεκτρικό μύλο πεδίου και εξερευνήστε τα μυστικά του πλανήτη μας στη δική σας αναζήτηση! Καλα να περνατε!

Βήμα 8: Συγκέντρωση και ερμηνεία δεδομένων

Τώρα καθώς όλα (ελπίζουμε) να λειτουργούν καλά θα πρέπει να συλλέξετε κάποια δεδομένα. Θα συνιστούσα να χρησιμοποιήσετε ένα σταθερό μέρος για το μύλο αγρού. Διαφορετικά, τα δεδομένα θα ήταν δύσκολο να συγκριθούν. Οι παράμετροι τοπικού πεδίου ενδέχεται να διαφέρουν πολύ από τόπο σε τόπο. Διαμόρφωσα το μύλο ότι χρειαζόταν μία τιμή μέτρησης κάθε ώρα. Άφησα το μύλο να λειτουργήσει για περίπου 3 μήνες. Αν ρίξετε μια ματιά στα γραφήματα που παρουσιάζουν τα συγκεντρωμένα δεδομένα του μήνα Νοέμβριος 2018, Δεκέμβριος 2018 και Ιανουάριος 2019, θα δείτε μερικά αξιοσημείωτα ευρήματα.

Πρώτα μπορείτε να δείτε ότι η ισχύς του πεδίου τον Νοέμβριο ήταν απλώς θετική και μετατράπηκε σε αρνητική μέχρι το τέλος του μήνα. Άρα κάτι γενικό πρέπει να έχει αλλάξει, πιθανότατα ανάλογα με τον καιρό. Maybeσως υπήρξε μια λογική πτώση θερμοκρασίας. Στη συνέχεια, το μέσο σήμα παρέμεινε αρνητικό μέχρι το τέλος του κύκλου μέτρησης. Το δεύτερο πράγμα είναι ότι υπάρχουν αρκετές αιχμές στο γράφημα σήματος που υποδεικνύουν γρήγορες αλλαγές πεδίου που διαρκούν μόνο μερικά λεπτά. Δεν νομίζω ότι οι αλλαγές στην ατμόσφαιρα ευθύνονται για αυτό. Ακόμα και ο τοπικός καιρός περιλαμβάνει τεράστιες μάζες αερίων και ενσωματωμένα ιόντα. Επίσης τα σύννεφα και η βροχή ή το χιόνι συνήθως δεν αλλάζουν μέσα σε λίγα λεπτά. Νομίζω λοιπόν ότι η ανθρωπογενής επιρροή μπορεί να προκάλεσε αυτές τις ξαφνικές αλλαγές. Αλλά αυτό είναι επίσης δύσκολο να εξηγηθεί. Όλες οι πηγές των γραμμών τροφοδοσίας παρέχουν μόνο εναλλασσόμενη τάση. Αυτό δεν μετράει για τις αλλαγές dc που παρατήρησα. Υποψιάζομαι ότι μπορεί να έχουν γίνει κάποιες διαδικασίες ηλεκτρικής φόρτισης από αυτοκίνητα που περνούσαν στην άσφαλτο του δρόμου μπροστά από το διαμέρισμά μου. Θα ήταν επίσης λογικό οι διαδικασίες φόρτισης που προκαλούνται από τη σκόνη που μεταφέρεται από τον άνεμο και έρχεται σε επαφή με το πρόσωπο του σπιτιού μου.