Der Flux Gate Sensor

Das Magnetometer wird mit zwei oder drei Flux Gate Sensoren der Fa. Speake & Co. betrieben. Leider können diese Sensoren käuflich mehr erworben werden da Herr Speake leider verstorben ist. Die Fa. FG-Sensors hat aber einen Vertrieb für die Nachfolgeversion der Sensoren übernommen.

Weitere Informationen incl. Datenblättern und Beispielanwendungen zu den neuen FGM-Sensoren finden Sie auf der Homepage der Fa. FG-Sensors
Mittlerweile konnte ich drei dieser Sensoren testen und mit denen von Fa. Speake & Co. vergleichen. Dabei musste ich feststellen, dass die neuen Sensoren der Fa. FG-Sensors nach dem Einschalten der Versorgungsspannung deutlich länger benötigen bis sie sich kalibriert haben. Man sollte den Sensoren aber generell 24 Stunden Zeit geben bis sie sich thermisch und magnetisch stabilisiert haben.

Verbindung vom Arduino-SAM zum Sensor

Für die Verbindung der Sensoren mit dem Arduino-SAM habe ich ganz normales Netzwerkkabel benutzt, welches zur festen Verlegung geeignet ist. Um dieses im Erdreich zu schützen und evtl. wieder austauschen zu können, habe ich es in 16mm geriffeltem Schutzrohr verlegt.
Das Netzwerkkabel wird auf der Sensorseite mit den Sensoren entsprechend dem Steckerbelegungsplan verlötet. Zusätzlich wird dabei zur Spannungssiebung noch ein Elko 100µF und ein Keramikkondensator 100nF parallel zu den Kontakten GND und VCC eines jeden Sensors gelötet. Damit es etwas einfacher verlöten geht, habe ich alle Drahtenden in eine Aderendhülse gesteckt und darin verlötet. Alle Verbindungsstellen sollten gut isoliert werden, ich habe dies mit Schrumpfschlauch gemacht.

Auf der SAM-Seite wird ein 9 poliger D-SUB Stecker angelötet. Diesen habe ich ausgewählt, da er fest verschraubbar ist und trotzdem noch bezahlbar bleibt. Man kann natürlich auch eine andere Steckervariante benutzen. Bei der Montage muss man etwas vorsichtig löten, da die Isolierung der Drähte schnell schmilzt. Trotzdem ist es sehr wichtig lange genug die Lötstelle zu erhitzen damit das Zinn ordentlich in dem Lötkelch des Steckers verläuft. Mit etwas Übung geht das aber.

Die Platzierung der Sensoren

Damit die Sensoren durch so wenige äußere Störgrößen wie möglich beeinflusst werden, hat es sich bewährt die Sensoren möglichst tief und möglichst fern von Fahrzeugen oder anderen bewegten Metallteilen einzugraben. Bei meinen ersten Versuch habe ich die Sensoren in einer Styroporkiste in einem ca. 50cm tiefen Loch vergraben.

Dies brachte relativ gute Ergebnisse bei den Messungen, allerdings zeigten die Sensoren eine erkennbare Temperaturdrift und waren genau auf der Nord-Süd-Achse zum Stellplatz meines Autos. Somit konnte man im Diagramm immer die Bewegung meines Autos erkennen, obwohl dies gut 13m von den Sensoren entfernt stand. Um dies zu verbessern, suchte ich mir einen neuen Standort im Garten und begann zu graben.

Meine Idee die Sensoren einzugraben

Zunächst wurde der Kabelgraben ausgehoben. Da ich den Graben nur ca. 20cm tief ausgegraben habe, gestaltetet sich dies relativ einfach. Nun ging es an das Loch für die Sensoren. Ich wollte ursprünglich wieder eine Styroporkiste eingraben und legte daher die Maße für das Loch auf 50cm x 70cm bei einer Tiefe von 80cm fest.

Die Grabungen begannen zunächst relativ entspannt, doch bald zeigte sich der rhöner Lehmboden von seiner hartnäckigsten Seite. Lehm und Sandsteine haben annähernd die Festigkeit von Beton und nach vielen Stunden mühsamen Hackens und Grabens beschloss ich bei 70cm Tiefe aufzuhören.

Am nächsten Tag zeigte sich dann mein nächstes Problem: Wasser, Wasser und wieder Wasser in meinem Loch. Da die Sensoren aber kein Wasser vertragen, musste eine Abdichtung herbei. Der erste Versuch, die Sensoren in Tüten zu verpacken und dann in der Styroporkiste zu vergraben, zeigte schon nach einigen Tagen, dass dies keine brauchbare Lösung ist. Es folgen dann viele Wochen mit vielen Experimenten aber ich bekam die Sensoren nicht wirklich dauerhaft dicht. Da sowohl von unten Grundwasser als auch von oben Sickerwasser kam, mussten die Sensoren in eine absolut dichte Kiste. Aber wie???? Und vor allem wie bezahlbar?

Nach langem Grübeln kam mir dann eine Idee:
Ich vergrabe ein 60l Maischefass mit einem luftdicht verschließbaren Deckel, welches man relativ günstig kaufen kann und setze die Sensoren hinein.

Zunächst habe ich die Grube mit einem Stück Teichfolie ausgelegt und hierauf eine dünne Sandschicht aufgebracht.

Als Kabeldurchführung habe ich seitlich eine Kabelverschraubung angebracht und diese mit Hilfe einer passenden Gummidichtung wasserdicht gemacht. Die Sensoren habe ich in eine Konstruktion aus 40mm HT-Rohren gesetzt und verkabelt. Dies hatte sich bereits bei der ersten Version mit der Styroporkiste bewährt.

Nachdem ich die Ausrichtung der Sensoren in Nord-Süd und Ost-West Richtung genau geprüft habe, habe ich diese mit trockenem Sand fixiert.

Dann habe ich das Fass nach und nach mit trockenem Sand gefüllt und nach ca. 50 cm Sand als thermische Isolierung einen Zwischenboden aus Styrodurplatten eingefügt. Wichtig ist jetzt nicht nur das Fass innen zu befüllen, sondern auch von außen wieder Erde anzufüllen. Hierbei das Fass immer verschlossen halten, damit sich das Fass nicht verzieht und der Deckel nach dem Auffüllen auch weiterhin noch passt.

Im nächsten Schritt habe das Fass komplett mit trockenem Sand gefüllt und mit dem Deckel luftdicht verschlossen. Im Anschluss dann Erde bis ungefähr zum Deckelrand beigefüllt.

Um das Fass vor Wasser von oben zu schützen habe ich über den Deckel ein passend geschnittenes Stück Teichfolie gelegt und die seitlichen Teichfolienstücke darübergeschlagen.

Jetzt habe ich das ganze noch mit Erde abgedeckt und wieder angesät. Hoffentlich muss ich nicht so bald wieder an die Sensoren! Aber selbst wenn der Fall eintritt, dann sind die Sensoren auf diese Art doch noch mit akzeptablem Aufwand zu erreichen.
Nach etlichen wirklich regenreichen Wochen konnte ich bisher keinerlei Fehlfunktion feststellen. Ich denke der Aufwand hat sich gelohnt!
Mit diesem kurzen Bericht möchte ich nur zeigen wie ich meine Sensoren vergraben habe. Es ist nur eine Möglichkeit von vielen.