82 Â

WIAT

N

AUKI

Maj 2000

N

ieco ponad rok temu [Âwiat Na-
uki, marzec 1999] opisa∏em
w tej rubryce znakomity przy-

rzàd do wykrywania mikropulsacji
ziemskiego pola magnetycznego. By∏a
to czu∏a waga skr´ceƒ utworzona
z dwóch magnesików ferrytowych, za-
wieszonych na mocno napi´tym nylo-
nowym w∏óknie. Przyczepione do nie-
go zwierciade∏ko odbija∏o wiàzk´ lasera
na odleg∏à Êcian´. Po wyzerowaniu
uk∏adu za pomocà dodatkowych ma-
gnesów, tak by skompensowaç Êrednie
ziemskie pole magnetyczne, bardzo nie-
wielkie zmiany pola ziemskiego powo-
dowa∏y obrót magnesików i odchylenie
wiàzki laserowej.

Ten domowej roboty magnetometr,

zbudowany przez Rogera Bakera z
Austin w Teksasie, bardzo zaintereso-
wa∏ naukowców amatorów. Nie nada-
wa∏ si´ jednak do pomiarów nauko-
wych, gdy˝ wymaga∏ sta∏ej rejestracji
wizualnej po∏o˝enia plamki. Baker pod-
powiedzia∏ jednak, jak mo˝na zrobiç
z niego prawdziwy przyrzàd pomiaro-

wy. Z przyjemnoÊcià donosz´, ˝e za-
danie to wykona∏ – i to doskonale – Jo-
seph A. DiVerdi, chemik z Fort Collins
w Kolorado.

Zgodnie z radà Bakera, DiVerdi umie-

Êci∏ magnetometr w Êrodku uk∏adu ce-
wek Helmholtza, tj. specjalnego elektro-
magnesu wytwarzajàcego bardzo jedno-
rodne pole magnetyczne. Ponadto zbu-
dowa∏ detektor do rejestracji niewiel-
kich zmian kierunku wiàzki laserowej,
a tak˝e uk∏ad sprz´˝enia zwrotnego do
regulacji nat´˝enia pràdu w cewkach,
tak by wytwarzane przez nie pole do-
k∏adnie kompensowa∏o zmiany pola ze-
wn´trznego. Dzi´ki temu nat´˝enie prà-
du cewek, niezb´dne do utrzymania
sta∏ego kierunku wiàzki, jest miarà
zmian pola zewn´trznego, a do jego za-
pisu mo˝na u˝yç komputera osobi-
stego, doprowadzajàc do niego sygna∏
przez przetwornik analogowo-cyfrowy.

Szczegó∏owy opis magnetometru Ba-

kera-DiVerdiego znajduje si´ na stro-

nie internetowej DiVerdiego (www.xtr-
systems.com/magnetometer/). Tu po-
dam jedynie ogólny opis urzàdzenia
i kilka porad dotyczàcych szczegó∏ów
konstrukcji.

Jako korpus cewek Helmholtza

DiVerdi wykorzysta∏ dwa jednakowe
pierÊcienie tekturowe o Êrednicy oko∏o
6.5 cm; nadajà si´ do tego równie˝ wi´k-
sze pierÊcienie, na przyk∏ad wyci´te z
jakiejÊ puszki lub rury kartonowej. Przy-
mocuj je do drewnianej podstawy rów-
nolegle do siebie w odleg∏oÊci równej
ich promieniowi [ilustracja na sàsied-
niej stronie].

Kup szpulk´ izolowanego drutu na-

wojowego o Êrednicy oko∏o 0.3 mm i na-
wiƒ na ka˝dy pierÊcieƒ 40 zwojów. Oba
pierÊcienie nawiƒ w tym samym kie-
runku (zgodnie z ruchem wskazówek
zegara lub przeciwnie) jednym odcin-
kiem drutu, tak by przez oba uzwoje-
nia p∏ynà∏ pràd o jednakowym nat´˝e-
niu. Unieruchom solidnie klejem oba
koƒce przewodu.

DiVerdi przylutowa∏ do koƒców

uzwojenia przewody doprowadzajàce,

NAUKOWIEC AMATOR

Shawn Carlson

Jak zrobiç precyzyjny magnetometr

DANIELS & DANIELS

ZMIANY ZIEMSKIEGO POLA MAGNETYCZNEGO mo˝na Êledziç

za pomocà tego precyzyjnego przyrzàdu, obserwujàc odchylenie odbitej

od zwierciade∏ka wiàzki laserowej.

Elektronika
regulatora

Grzejnik

Czujnik
po∏o˝enia
plamki

Uk∏ad cewek
Holmholtza

Magnesy do

kompensacji

Pianka
styropianowa

Laser

Â

WIAT

N

AUKI

Maj 2000 83

a ∏àcza zaizolowa∏ rurkà termokurczli-
wà i przyklei∏ do podstawy, pozosta-
wiajàc nieco luêne przewody, by ich nie
urwaç przy przenoszeniu cewek. Sam
magnetometr Bakera, tzn. wag´ skr´-
ceƒ, musisz umieÊciç w centrum cewek
Helmholtza, gdy˝ w tym obszarze ich
pole magnetyczne jest najbardziej
jednorodne.

Problem detekcji niewielkich zmian

po∏o˝enia plamki laserowej DiVerdi roz-
wiàza∏ bardzo sprytnie. Na drodze wiàz-
ki ustawi∏ matówk´ szklanà, za którà
umieÊci∏ w odleg∏oÊci kilku centymetrów
dwie fotokomórki z siarczku kadmu. Ma-
tówka rozprasza wiàzk´ i fotokomórki
zostajà oÊwietlone. Gdy wiàzka pada na
matówk´ w punkcie jednakowo odle-
g∏ym od obu fotokomórek, do ka˝dej
z nich dociera tyle samo Êwiat∏a. Gdy
jednak wiàzka nieznacznie zmienia kie-
runek, sygna∏y wyjÊciowe fotokomórek
stajà si´ mierzalnie ró˝ne.

Aby uniezale˝niç si´ od Êwiat∏a roz-

proszonego z innych êróde∏, DiVerdi
zakry∏ matówk´ filtrem z kilku warstw
czerwonego celofanu, który przepusz-
cza czerwone Êwiat∏o lasera, a poch∏ania
wi´kszoÊç Êwiat∏a o innej d∏ugoÊci fali.

Laser, cewki Helmholtza z wagà skr´-

ceƒ, magnesy do kompensacji i detek-
tor po∏o˝enia wiàzki DiVerdi umieÊci∏
na solidnej podstawie z drewna. Zbu-
dowa∏ te˝ zewn´trznà skrzynk´ drew-
nianà, ˝eby umieÊciç ca∏y uk∏ad poza
domem w celu uniezale˝nienia pomia-
rów od wp∏ywu pól magnetycznych po-
chodzàcych od sprz´tów gospodarstwa
domowego. Najpierw skonstruowa∏
szkielet o bokach podstawy nieco d∏u˝-
szych od boków podstawy przyrzàdu
i wysokoÊci oko∏o 60 cm, a nast´pnie
obi∏ go z czterech stron sklejkà. Ze sklej-
ki wycià∏ pokryw´, którà móg∏ zdejmo-

waç. Na Êciany boczne i pokryw´ na∏o-
˝y∏ czterocentymetrowà warstw´ izo-
lacyjnà z we∏ny mineralnej, u˝ywanej
do ocieplania budynków, a do piono-
wych kraw´dzi Êcian bocznych przy-
mocowa∏ zaostrzone ko∏ki drewniane,
jakie wbija si´ w ziemi´. Na koniec po-
malowa∏ wszystkie powierzchnie ze-
wn´trzne przezroczystà farbà akrylo-
wà, by ochroniç uk∏ad przed kaprysami
pogody.

Radz´ uszczelniç skrzynk´ wzd∏u˝

wszystkich ∏àczy piankà izolacyjnà
w rozpylaczu. Jest te˝ bardzo wa˝ne,
by Êwiat∏o zewn´trzne nie mia∏o wp∏y-
wu na sygna∏y fotokomórek, wi´c na-
le˝y zadbaç o to, by skrzynka by∏a

mo˝liwie Êwiat∏oszczelna, a tak˝e po-
malowaç jà od Êrodka czarnà matowà
farbà.

Precyzyjne przyrzàdy sà niezwykle

czu∏e na zmiany temperatury i dlatego
wymagajà kontrolowanych warunków
pracy. Poniewa˝ ∏atwiej jest coÊ ogrze-
waç ni˝ ch∏odziç, naukowcy instalujà
zwykle grzejnik i utrzymujà uk∏ad
w temperaturze nieco wy˝szej od tem-
peratury otoczenia. DiVerdi zastosowa∏
w swoim przyrzàdzie grzejnik z drutu
oporowego i wiatraczek od komputera,
ale pewnie równie dobrze mo˝na wy-
korzystaç r´cznà suszark´ do w∏osów.

DiVerdi sam zbudowa∏ uk∏ad elek-

troniczny regulatora temperatury. Po-
stàpi∏bym tak samo, gdyby do zasilania
uk∏adu wystarczy∏o kilka baterii (sche-
mat takiego regulatora opisa∏em w tej

rubryce dwa miesiàce temu), lecz gdy
konieczne jest zasilanie z sieci, jak
w przypadku suszarki do w∏osów, ra-
dzi∏bym raczej kupiç gotowy regulator
i termopar´.

Regulator i termopar´ zamontuj we-

wnàtrz drewnianej obudowy przyrzà-
du, z dala od strumienia goràcego po-
wietrza. Zu˝ycie energii elektrycznej
b´dzie mniejsze, jeÊli b´dziesz co pewien
czas zmienia∏ ustawionà temperatur´,
tak by by∏a o mniej wi´cej 8 stopni wy˝-
sza od maksymalnej temperatury powie-
trza spodziewanej w danej porze roku.

DiVerdi cz´Êciowo wpuÊci∏ swój ma-

gnetometr w ziemi´. W sporej odleg∏o-
Êci od domu zrobi∏ niewielki wykop
o g∏´bokoÊci oko∏o 6 cm, wy∏o˝y∏ go fo-
lià plastikowà, a ko∏ki wbi∏ w ziemi´
przez wyci´te w niej otwory. Na trzech
innych ko∏kach wbitych w ziemi´ w
wierzcho∏kach trójkàta równobocznego
zamontowa∏ podstaw´ przyrzàdu i
umieÊci∏ na niej laser, cewki Helmholt-
za, magnesy do kompensacji oraz czuj-
nik po∏o˝enia wiàzki. Aby odizolowaç
podstaw´ magnetometru od ziemi, u˝y∏
groszku styropianowego do pakowania
paczek. W takim uk∏adzie podstawa jest
stabilna mechanicznie, lecz od spodu
niewodoszczelna, trzeba wi´c tak wy-
braç miejsce jej ustawienia, by woda
szybko z niego odp∏ywa∏a. DiVerdi
przykry∏ ca∏à drewnianà skrzynk´ wo-
doszczelnà folià, by jeszcze lepiej zabez-
pieczyç jà przed wilgocià.

JeÊli chcesz rejestrowaç temperatur´

wewnàtrz obudowy przyrzàdu za po-
mocà domowego komputera, mo˝esz
pod∏àczyç si´ do wejÊcia regulatora, by
mierzyç sygna∏ z termopary. Pami´taj
jednak, ˝eby ka˝dy przewód przy∏àczyç
przez wzmacniacz operacyjny na tran-
zystorze polowym o ma∏ym pràdzie po-
laryzacji, na przyk∏ad LF411CN (sà to
bardzo tanie elementy).

Termopary bywajà doÊç kapryÊne

w u˝yciu, wi´c poczàtkujàcym radzi∏-
bym u˝ycie uk∏adu z przetwornikiem
anologowo-cyfrowym, przeznaczone-
go specjalnie do tego celu.

Wyniki, które uzyska∏ DiVerdi za po-

mocà swojego przyrzàdu, sà godne
uznania. JeÊli uda ci si´ pójÊç w jego Êla-
dy, podziel si´ z nami swoimi doÊwiad-
czeniami na stronie internetowej Socie-
ty for Amateur Scientists.

T∏umaczy∏

Miros∏aw ¸ukaszewski

Na tej stronie znajdziesz te˝ wi´cej in-

formacji o opisanym przyrzàdzie. Do towa-
rzystwa mo˝na równie˝ pisaç pod adresem:

4735 Clairemont Square, PMB 179, San
Diego, CA 92117, USA lub telefonowaç pod
numer: 0-01 619-239-8807 (USA).

DETEKTOR KIERUNKU WIÑZKI

wykorzystuje dwie fotokomórki

do rejestracji niewielkich odchyleƒ

odbitej wiàzki laserowej.

DANIELS & DANIELS

DANIELS & DANIELS

UK¸AD CEWEK HELMHOLTZA

to elektromagnes zapewniajàcy jednorodne

pole magnetyczne w obszarze wagi skr´ceƒ.

Po∏àczone z nià zwierciad∏o

odbija wiàzk´ lasera.

Cewki
Helmholtza

Waga skr´ceƒ

z magnesami

i zwierciad∏em

Wiàzka
laserowa

Fotokomórki

Czerwony
celofan

Matówka
szklana