Der Elektrosmog-Detektor         

Elektromagnetische Felder im Haushalt aufspüren
                 

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www.elo-web.de/elektronik-lernpakete/bausaetze/elektrosmog-detektor-selbst-bauen

Der Elektrosmog-Detektor in Aktion: http://youtu.be/-v_r7V6moDo

Der Elektrosmog-Detektor im ComputerClub2: http://youtu.be/MWapadolz_0

Besprechnung von John McCreesh mit englischer Übersetzung von Teilen des Handbuchs:
 http://mealldubh.com/2015/07/28/an-alternative-low-cost-detector-for-people-with-es/


Siehe auch:
E/M-Felder und Wellen
E/M-Messungen und Experimente    

Elektromagnetische Wechselfelder gab es immer schon in der Natur, aber seit etwa 100 Jahren haben wir begonnen, sie immer mehr zu nutzen. In vielen Fällen mit Absicht, so wie die Rundfunkwellen, in anderen Fällen aber eher unabsichtlich. Bauen Sie sich einen vielseitigen Elektrosmog-Detektor zum Aufspüren solcher Felder! Sie werden erstaunt sein, was alles um Sie herum passiert. Denn normalerweise spüren wir nichts davon. 

Elektromagnetische Wellen und Felder unterscheiden sich nach ihrer Frequenz und Wellenlänge.  Unsere Sinne erfassen nur einen sehr engen Bereich der elektromagnetischen Strahlung, nämlich das sichtbare Licht. Außerdem  können wir Wärmestrahlung spüren, was unsere Sinne in den langwelligeren Bereich erweitert. Aber von Radiowellen merken wird normalerweise nichts, außer ganz indirekt, wenn wir Radios, Fernseher oder mobile Telefone benutzen.

Schon seit Urzeiten sind wir von elektromagnetischen Feldern umgeben, von denen wir nichts wahrnehmen können. Da gibt es langwellige Aussendungen naher und ferner Gewitter, aber auch Radiowellen, UV-Stahlen und sogar Gammastrahlen aus den Weiten des Alls, denen wir seit Urzeiten ausgesetzt sind, die aber erst in jüngerer Zeit genauer erforscht werden konnten.

Interessant sind auch Wechselfelder, die mehr oder weniger zufällig und ohne eigentliche Absicht erzeugt werden und oft als Elektrosmog bezeichnet werden. Sie stammen meist von technischen Geräten im Haushalt, von denen wir in einigen Fällen nicht einmal bewusst wahrnehmen, dass sie überhaupt aktiv sind. Um wirklich zu erfassen, was um uns herum passiert braucht man einen speziellen Detektor für elektrische und magnetische Wechselfelder. Bauen Sie sich ein solches Gerät und untersuchen Sie Ihre Umwelt!
1 Aufbau des Geräts
 
Ihr Bausatz enthält eine fertig bestückte Platine mit zahlreichen SMD-Bauteilen. Dazu gibt es einige Teile, die Sie selbst anlöten müssen.


Die bestückte SMD-Platine

Die Bauteile
Platine
Lautsprecher
Batterieclip für 9-V-Block
Potentiometer 47 kΩ mit Schalter
Spule mit 100 mH
Schaltdraht
LED rot
LED grün

Spule und LEDs

 
Montage
Bauen Sie zuerst das Potentiometer (kurz: Poti) in das Gehäuse ein. Beachten Sie die Einbaurichtung, die durch eine kleine Lasche festgelegt wird, die in ein Loch neben der Achse passen muss und das Poti gegen Verdrehen sichert. Vergessen Sie nicht die Unterlegscheibe und schrauben Sie die Überwurfmutter mit einer Flachzange ausreichend fest.

Setzen Sie den Lautsprecher ein. Er wird seitlich in den passenden Schlitz geschoben und sollte zusätzlich mit etwas Klebstoff gesichert werden. An dieser Stelle soll bereits ein Bild der fertig eingebauten Platine stehen, damit Sie sich das Endergebnis besser vorstellen können.  Im Folgenden wird  im Detail beschrieben, wie die einzelnen Bauteile angelötet werden müssen.

 


Der vollständige Aufbau

 
 
Lötarbeiten
 
Betrachten Sie die Platine genauer. Im mittleren Bereich sind alle Bauteile bereits aufgelötet. Diese Arbeit hat ein Bestückungsautomat für Sie erledigt, sodass Sie sich nur noch um die äußeren Anschlüsse kümmern müssen. Jeder Anschluss hat eine rechteckige Fläche und eine Bohrung, durch die der jeweilige Draht geschoben wird.
 


Das Platinenlayout mit Anschlussbezeichnungen

Bauen Sie zuerst die rote und die grüne LED ein. Sie dienen später dazu, die Stärke eines elektrischen oder magnetischen Wechselfelds anzuzeigen.  Der Anschluss K (Kathode) gehört jeweils zum kürzeren Anschlussdraht, A (Anode) dagegen zum längeren. Stecken Sie zuerst die rote LED in die Anschlüsse K1 und A1 und löten Sie sie mit ungekürzten Drähten an. Wiederholen Sie den Vorgang für die grüne LED und die Anschlüsse K2 und A2. Beide LEDs sollen hoch über der Platine stehen, damit Sie sie später umbiegen und neben der Platine durch die passenden Löcher stecken können.
 


LEDs und Spule eingelötet

Löten Sie auch die Spule an. Sie dient als Antennenspule für magnetische Wechselfelder. Es gibt in diesem Fall keine festgelegte Einbaurichtung. Stecken Sie die Spule durch die Löcher der Anschlüsse M1 und M2 und löten Sie sie mit möglichst langen Anschlüssen fest.
Als nächstes folgen die Anschlüsse zum Poti und zum Lautsprecher.  Sie bestehen jeweils aus kurzen Drahtstücken, die gleichzeitig dazu dienen, die Platine mechanisch zu befestigen. Im Endausbau hängt die Platine also zwischen dem Poti, dem Lautsprecher und den eingebauten LEDs. Die Drähte sollen daher nicht länger als nötig sein. Schneiden Sie fünf  passende Drahtstücke mit einer Länge von je 2 cm ab und entfernen Sie die Isolierung an beiden Enden auf einer Länge von etwa 5 mm. Beginnen Sie mit den drei Anschlüssen P1, P2 und P3 zum Poti. 



Die Lötverbindungen im Detail

Die Platine ist damit an einer Seite befestigt. Gegenüber stehen die beiden LEDs. Biegen Sie diese nun so um, dass sie genau in die zugehörigen Löcher im Gehäuse passen. Drücken Sie die LEDs dann in ihre Löcher, was etwas Kraft erfordert. Nach Möglichkeit sollte alles beim ersten Versuch passen, damit die Löcher nicht unnötig aufgeweitet werden und die LEDs gut festhalten.  Wenn alles fertig aufgebaut ist können die LEDs mit etwas Klebstoff zusätzlich gesichert werden.

Die Platine sollte nun parallel zum Gehäuse zwischen Poti und LEDs stehen. Zwei weitere kurze Drähte von 4 cm stellen die  Verbindung von LS+ und LS- zum Lautsprecher her. Damit wird die Platine von drei Seiten gehalten.

Jetzt fehlt noch der Anschluss des Batterieclips und des Schalters. Löten Sie einen etwa 3 cm langen Draht vom Anschluss U+ zum näher gelegenen Anschluss des Schalters auf dem Poti.  An den anderen Schalteranschluss muss das rote Kabel des Batterieclips (der Pluspol) gelötet werden. Der Minuspol (schwarzes Kabel) wird an den Anschluss U- auf der Platine gelötet.

Der Anschluss E dient zur Verbindung mit dem Antennendraht für den Empfang von E-Feldern.  Verwenden Sie hierfür zunächst den gesamten verbleibenden Rest des Schaltdrahtes. Später kann die Antenne noch gekürzt werden, aber für die ersten Versuche ist eine lange Antenne günstiger. Nur an einer Seite soll die Isolierung entfernt werden. Am anderen Ende soll eine kleine Schlaufe gewickelt werden. Sie dient dazu, eine Verletzungsgefahr auszuschließen wenn die Antenne aus dem Gerät ragt.

Der Aufbau ist damit beendet. Testen Sie das Gerät mit einer 9-V-Batterie.  Verwenden Sie im Interesse der Sicherheit beim Experimentieren eine normale Zink-Kohle-Batterie. Eine Alkali-Batterie ist deshalb problematisch, weil sie im Falle eines Kurzschlusses sehr viel Strom liefern kann. Sobald alles erfolgreich getestet ist soll die Batterie mit doppelseitigem Klebeband im Gehäuse befestigt werden.

Der erste Test
 
Schalten Sie das Gerät ein. Dabei sollte ein leises Knacken aus dem Lautsprecher zu hören sein, ein erster Hinweis, dass die Verbindungen korrekt sind. Das Poti soll noch am linken Anschluss stehen.

Berühren Sie den isolierten Antennendraht mit dem Finger. Aus dem Lautsprecher hören Sie ein Brummen, Summen oder Rauschen. Die rote und die grüne LED leuchten hell auf. An manchen Orten kann aber auch schon ohne Berührung der Antenne etwas zu hören sein. Das hängt ganz von den vorhandenen elektrischen Wechselfeldern ab, die in den meisten Fällen von nahen Elektrokabeln stammen. Die Lautstärke hängt von der elektrischen Feldstärke und damit vom Abstand zu den entsprechenden Kabeln ab. Testen Sie das Gerät an unterschiedlichen Orten. Schwache Felder werden mit geringer Lautstärker hörbar. Ab einer gewissen Feldstärke beginnt die rote LED zu leuchten. Bei noch größerer Feldstärke leuchtet dann zusätzlich auch die grüne LED. 

Drehen Sie das Poti ganz nach rechts. Damit wird die elektrische Antenne abgeschaltet und die Antennenspule für magnetische Felder eingeschaltet. Das Gerät reagiert nun kaum noch auf eine Berührung der Antenne und ist in den meisten Fällen still. Allerdings können Sie in dieser Einstellung ein stärkeres Grundrauschen hören. Nähern Sie die Antennenspule einem eingeschalteten Gerät mit Netzanschluss. Je nach Gerät hören Sie ein Brummen oder Pfeifen. Aus der Stärke des Signals kann die Lage eines eingebauten Transformators ermittelt werden. Auch hier wieder zeigen die beiden LEDs die Feldstärke an.

Das Poti Ihres Geräts dient als Hauptschalter und als Umschalter für die elektrische und die magnetische Antenne. Ganz links werden elektrische Felder erfasst, ganz rechts magnetische Felder. Halb links empfängt das Gerät nur noch elektrische Felder höherer Frequenz. Damit lassen sich besondere Messungen durchführen, die im folgenden Kapitel beschreiben werden. Genau in Mittelstellung werden sowohl elektrische als auch magnetische Felder erfasst. Meist gibt es an einem Ort sowohl elektrische als auch magnetische Felder. Mit verschiedenen Einstellungen des Potis erhält man unterschiedliche Klangeindrücke. Nach einigen Experimenten werden Sie die Beobachtungen deuten können.

Falls das Gerät nicht richtig funktioniert müssen Sie den Fehler suchen. Wenn Sie weder einen Ton aus dem Lautsprecher hören noch ein Leuchten der LEDs sehen, liegt der Fehler vermutlich im Bereich der Stromversorgung. Überprüfen Sie die Batterie und die richtige Polung des Batterieclips sowie die Verbindungen um Schalter und zur Platine. Falls Sie zwar Geräusche aus dem Lautsprecher hören aber die LEDs niemals leuchten wurde vermutlich eine der LEDs falsch herum eingebaut. Überprüfen Sie dann die Polung beider LEDs. Der Kathodenanschluss ist an dem größeren Kontakt im Inneren der LED und an einer Abflachung am Plastikgehäuse zu erkennen.
 
Schaltungsbeschreibung
 
Die Schaltung ist rund um den vierfachen Operationsverstärker LM324 aufgebaut. Es gibt zwei getrennte Vorverstärker für die elektrische Drahtantenne und magnetische Spulenantenne. Der magnetische Vorverstärker hat eine zehnfach größere Verstärkung (1000-fach) um die geringe Induktionsspannung der Spule bei kleinen Frequenzen auszugleichen. In den Extremstellungen des Potis wird jeweils einer der beiden Verstärker über eine Diode abgeschaltet, während in Mittelstellung beide aktiv sind.
 


Zwei weitere Dioden wirken als Stellglieder für den Eingangswiderstand des elektrischen Vorverstärkers. Je mehr Strom durch die Dioden fließt, desto geringer wird der Eingangswiderstand. Dabei verliert die kurze Drahtantenne Ihre Empfindlichkeit für kleine Frequenzen, sodass sich das Maximum der Empfindlichkeit hin zu höheren Frequenzen verschiebt. Damit gelingt es, starke 50-Hz-Felder auszublenden um schwächere Signale auf höheren Frequenzen zu untersuchen. Für magnetische Felder ist eine solche Einstellmöglichkeit nicht erforderlich, weil magnetische Wechselfelder rund um Transformatoren eine geringere Reichweite haben.  
 
Die Vorverstärker arbeiten bei höheren Frequenzen gleichzeitig als Demodulatoren. Ein konstantes,  nicht moduliertes Hochfrequenzsignal bleibt unhörbar. Jede Änderung der HF-Eingangsspannung verschiebt jedoch den Arbeitspunkt der Eingangsstufe und wird damit als Modulationsfrequenz hörbar obwohl der Operationsverstärker eine sehr viel geringere Grenzfrequenz hat. So erscheint z.B. ein Handy-Signal mit 900 MHz als Brummen. Ebenso kann ein AM-Mittelwellensender gehört werden. Für die elektrische Antenne können auch die Eingangsdioden als Demodulator wirken, wobei man mit dem Poti eine Vorspannung und damit die beste Gleichrichterwirkung einstellen kann.

Die Signale beider Vorverstärker werden addiert und über einen gemeinsamen Koppelkondensator an zwei Endverstärker weitergeleitet. Der Kondensator mit 100 nF bildet ein Hochpassfilter und bewirkt eine zusätzliche Schwächung der 50-Hz-Signale, sodass interessante Signale höherer Frequenz stärker hervortreten. Insgesamt hat das Gerät keinen flachen Frequenzgang sondern eine Betonung hoher Frequenzen, um möglichst viele unterschiedliche Quellen untersuchen zu können.

Der Lautsprecherverstärker hat zwar nur eine geringe Ausgangsleistung, liefert aber deutliche Signale auch bei tiefen Frequenzen. Schon bei mittleren Signalstärken wird der Endverstärker übersteuert, sodass aus einem 50-Hz-Sinussignmal ein Rechtecksignal wird, das deutlicher hörbar ist. Gleichzeitig ist die Gesamtverstärkung so hoch, dass auch sehr schwache Felder z.B. von einem LC-Display hörbar werden. Bei der Beobachtung magnetischer Felder ist deutlich das Grundrauschen des Vorverstärkers zu hören, weil hier mit maximaler Verstärkung gearbeitet wird. 

Der zweite Endverstärker dient zur Ansteuerung der beiden Signal-LEDs und hat eine zehnfach größere Verstärkung (100-fach). Die rote LED (Level 1) wird direkt mit dem Ausgangssignal angesteuert und zeigt deshalb auch kurze Impulse. Auch beim Einschalten und beim Ausschalten des Geräts sowie beim Umschalten zwischen magnetischer und elektrischer Messung entsteht hier jeweils ein kurzer Lichtblitz. Für die grüne LED (Level 2) gibt es einen Signalgleichrichter mit Glättungskondensator. Sie leuchtet daher erst bei höheren und konstanten Pegeln. Wegen der LED-Schwellspannung von ca. 2 V gibt es jeweils einen Mindestpegel bei dem eine LED zu leuchten beginnt. Eine solche Schwelle gibt es für den Lautsprecher nicht, sodass schwache Signale schon hörbar werden wenn die LEDs noch nicht leuchten.

Siehe auch: Der erste Testaufbau dieser Schaltung im Labortagebuch: Prototypenbau


Fehlersuche, Tipps und Tricks



Pfeifende Geräusche bei der Magnetfeld-Messung

Unter ungünstigen Umständen kann es zu einer Rückkopplung mit Eigenschwingungen kommen, weil die Signale der Induktionsspule extrem hoch verstärkt werden. Dabei kann es sich um eine direkte magnetische Rückkopplung von der Schwingspule des Lautsprechers auf die Empfangsspule handeln. Um dies zu vermeiden muss die Spule schräg gestellt werden. Das ist nicht ganz einfach, weil wenig Platz im Gehäuse ist. Die Drähte müssen zuerst zur Mitte hin gebogen werden, damit die Spule dann schräg gestellt werden kann.



Bei einigen Geräten ist aufgefallen, dass schon der Eingangsverstärker für magnetische Signale zu Eigenschwingungen neigt. Am Ausgang des ersten OPV liegt dann ein sinusförmiges Signal mit etwa 130 kHz, das aber die grundlegende Funktion des Geräts nicht stört. Teilweise kommt es zu Interferenzen mit HF-Signalen, die ansonsten unhörbar geblieben wären. Man kann es also so lassen. Muss man nur eine Potistellung suchen, bei der keine Nebengeräusche auftauchen.

Bei den Vormustern gab es diese Eigenschwingungen nicht.  Vermutlich hat die Spule etwas andere Daten. Ein zusätzlicher Widerstand von 27 kΩ parallel zur Spule verhindert die Schwingungen durch etwas zusätzlicher Dämpfung. Wer einen passenden Widerstand im Bereich 10 kΩ bis 47 kΩ zur Hand hat sollte den Einbau testen.


Verhalten bei schwacher Batterie

Eine zu geringe Betriebsspannung erkennt man daran, dass die grüne LED auch bei starken Signalen nur noch schwach leuchtet. Der Lautsprecher dagegen bleibt auch noch bei schwacher Batterie gut hörbar. Das Gerät funktioniert am besten mit einer ganz frischen Batterie. Weil die Stromaufnahme mit ca. 10 mA sehr gering ist hat man lange etwas davon.

Dass die grüne LED schon bei einer Betriebsspannung von etwa 8 V schwächelt hat mich zuerst etwas überrascht. Es liegt an der neuen LED (siehe Labortagebuch: Superhelle blaugrüne LED) mit ihrer höheren Durchlassspannung von über 3 V. Wenn man sich die Ansteuerung der LEDs ansieht, lässt sich abschätzen, dass der OPV ein Signal abgeben muss, dessen Spitze-Spitze-Spannung die Durchlassspannung von drei Dioden übersteigt: Rote-LED, grüne LED plus Si-Diode. Man braucht also ca. U = 1,8 V + 3,0 V + 0,6 V = 5,4 Vss. Die Betriebsspannung muss noch etwas höher liegen, weil der LM324 nicht bis ganz zur Obergrenze aussteuern kann. Mit einer grünen Standard-LED käme man runter bis auf ca. 7 V Betriebsspannung.


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