Генератор слабых магнитных колебаний

Предназначен для генерации синусоидального переменного магнитного поля внутри объёма соленоида. Применялся для исследования влияния слабых переменных магнитных полей на физико-химические свойства высокоразбавленных водных растворов биологически активных веществ.

V.4 Генератор слабых магнитных колебаний (ГСМК)

ГСМК применялся при проведении исследования влияния слабых переменных магнитных полей на физико-химические свойства высоко разбавленных водных растворов биологически активных веществ. (А.И. Коновалов "Наноассоциаты - территория непознанного" Наука в России. 1/2014)

1. Технические характеристики

1.1. Частота колебаний: 7.6 – 8 Гц
1.2. Амплитуда тока обмотки соленоида: 2,8 мА
1.3. Амплитуда переменного магнитного поля в центре соленоида:
  1.3.1. Катушка №2 ~ 40 A/m
  1.3.2. Катушка №3 ~ 48 A/m
1.4. Напряжение питания: 3 В
1.5. Время непрерывной работы от одного элемента питания (не менее): 48 часов
1.6. Катушка №2: D каркаса 40 мм, 800 витков.
1.7. Катушка №3: D каркаса 30 мм, 1000 витков.

2. Описание генератора

2.1. ГСМК состоит из двух основных узлов (Рис. 1): соленоида L1 и генератора синусоидального напряжения (ГСН) Г1. Переменный электрический ток, протекающий через обмотку L1, создаёт переменное магнитное поле внутри объёма соленоида.

Рис.1 Функциональная схема ГСМК.

2.2. Принцип действия ГСН основан на программном табличном синтезе синусоидальных колебаний с помощью широтно-импульсной модуляции. Таблица полного периода синуса содержит 256 значений.

2.3. Принципиальная схема ГСМК приведена на Рис. 2. На выводе 5 микропроцессора DD1 формируются прямоугольные импульсы положительной полярности с частотой 18 кГц. Длительность импульсов определяется текущим значением в таблице синуса. После каждого девятого импульса (с частотой 18(кГц) / 9 = 2 кГц) из таблицы синуса загружается новое значение. Поскольку таблица содержит 256 значений, в каждую секунду умещается 2 кГц / 256 = 7,81 периодов синуса. Элементы R3 и C3 образуют низкочастотный RC фильтр первого порядка с частотой среза 32 Гц. Цепочка C4, R4 + активное сопротивление L1 является высокочастотным RC фильтром первого порядка, с частотой среза 7 Гц. Она пропускает только переменную составляющую синусоидального напряжения.

Рис.2 Принципиальная схема ГСМК.

2.4. ГСН выполнен на двухсторонней печатной плате (Рис. 3) и конструктивно объединён в единый модуль с соленоидом L1 (фотография на обложке).

2.5. В качестве выключателя питания используется перемычка X1 (красного цвета).

2.6. Перемычка X2 (белого цвета) служит для подключения катушки возбуждения к выходу генератора.

2.7. Все детали генератора экранированы, поэтому с большой долей вероятности можно утверждать, что единственным излучающим элементом в этой конструкции является катушка L1.

2.8. Распределение интенсивности магнитного поля внутри соленоида, полученное с помощью программы femm 4.2, показано на Рис. 4 и 5. Амплитудное значение магнитного поля в центре соленоида, в соответствии с расчётом, равно 40 и 48 А/м.

· Для справки: напряжённость магнитного поля Земли в средних широтах равна примерно 30 А/м.

2.9. Выходное напряжение ГСН не стабилизировано и зависит от напряжения источника питания. К концу срока службы элемента питания G1 напряжение на нём снижается до 2.5 В, а амплитуда колебаний напряжённости магнитного поля в центре соленоида уменьшается примерно на 20%.

Рис.3 Размещение элементов на печатной плате.

Рис.4 Распределение интенсивности магнитного поля (амплитудное значение при I_L1 = 2,8 мА. Катушка №2). Симуляция с помощью программы femm 4.2.

Рис. 5 Распределение интенсивности магнитного поля (амплитудное значение при I_L1 = 2,8 мА. Катушка №3). Симуляция с помощью программы femm 4.2.

Файл проекта АВ прошивки генератора.

Рис. 6 Программа-алгоритм прошивки генератора.