Der Elektrosmog-Detektor
Elektromagnetische Felder im Haushalt aufspüren
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.
