Магнитометр своими руками: Собираем переносной магнитометр / Хабр

alexxlab | 12.06.1990 | 0 | Разное

Содержание

Собираем переносной магнитометр / Хабр

Перевод статьи с сайта обучающих материалов Instructables

Магнитометр, который иногда ещё называют гауссометром, измеряет силу магнитного поля [в данном случае магнитную индукцию / прим. перев.]. Это прибор, необходимый при измерении силы постоянных магнитов и электромагнитов, а также для установления формы поля нетривиальных комбинаций из магнитов. Он достаточно чувствительный для того, чтобы определить намагниченность металлических предметов. В случае, если зонд будет работать достаточно быстро, он сможет определять изменяющиеся во времени поля от моторов и трансформаторов.

В мобильных телефонах обычно есть трёхосевой магнитометр, однако он оптимизирован для слабого магнитного поля Земли силой в 1 Гаусс = 0,1 мТл [миллитесла] и насыщается в полях с индукцией в несколько мТл. Где именно в телефоне расположен этот датчик, обычно непонятно, и расположить его внутри узкого места типа разреза магнита часто невозможно.

Более того, лучше вообще не подносить смартфон к сильным магнитам.

В данной статье я опишу, как сделать простейший переносной магнитометр из распространённых комплектующих: нам потребуются линейный датчик Холла, Arduino, дисплей и кнопка. Общая стоимость прибора не выходит за пределы €5, а измерять он будет индукцию от -100 до +100 мТл с погрешностью в 0,01 мТл – гораздо лучше, чем можно было ожидать. Для получения точных абсолютных показателей его понадобится откалибровать: я опишу, как это делается при помощи длинного самодельного соленоида.

Шаг 1: датчик Холла

Эффект Холла часто применяется для измерения магнитных полей. Когда электроны проходят через проводник, помещённый в магнитное поле, их относит в сторону, в результате чего в проводнике появляется поперечная разность потенциалов. Правильно выбрав материал и геометрию полупроводника, можно получить измеряемый сигнал, который затем можно будет усилить и выдать измерение одной компоненты магнитного поля.

Я использую SS49E, поскольку он дешёвый и доступный. Что стоит отметить из его документации:

Питание: 2.7 — 6.5 В, что прекрасно совместимо с 5 В для Arduino.
Нулевой сигнал: 2.25-2.75 В, примерно посередине между 0 и 5 В.
Чувствительность: 1.0-1.75 мВ/Гс, поэтому для получения точных результатов потребуется калибровка.
Выходное напряжение: 1,0 – 4,0 В (при работе от 5 В): диапазон покрывается АЦП Arduino.
Диапазон: минимум ± 650 Гс, обычно +/1 1000 Гс.
Время отклика: 3 мкс, то есть можно проводить измерения с частотой в десятки кГц.
Рабочий ток: 6-10 мА, достаточно немного для батарейки.
Температурная ошибка: 0,1% на градус Цельсия. Вроде немного, однако отклонение на 0,1% даёт ошибку в 3 мТл.

Датчик компактный, 4х3х2 мм, и измеряет компоненту магнитного поля, перпендикулярную его лицевой стороне. Он выдаёт положительное значение для полей, идущих от задней части к передней – к примеру, когда он стоит лицом к южному полюсу магнита. У датчика есть три контакта, +5 В, 0 В и выход – слева направо, если смотреть с лица.

Шаг 2: Требуемые материалы

Линейный датчик Холла SS49E. €1 за 10 штук.
Arduino Uno с доской для прототипирования или Arduino Nano без штырьков для портативного варианта.
Монохромный OLED дисплей SSD1306 0.96” с интерфейсом I2C.
Кнопка.

Для зонда:

Шариковая ручка или другая прочная трубка.
3 тонких провода чуть длиннее трубки.
12 см термоусадки диаметром 1,5 мм.

Для портативной версии:

Большая коробка Tic-Tac (18x46x83) или нечто похожее.
Контакты для батарейки на 9 В.
Выключатель.

Шаг 3: Первая версия – с использованием доски для прототипирования

Сначала всегда собирайте прототип, чтобы проверить работу всех компонентов и софта! Подключение видно на картинке: датчик Холла соединяется с контактами Arduino +5V, GND, A1 (слева направо). Дисплей соединяется с GND, +5V, A5, A4 (слева направо). Кнопка при нажатии должна замыкать землю и A0.

Код написан в Arduino IDE v. 1.8.10. Требуется установка библиотек Adafruit_SSD1306 и Adafruit_GFX.

Если всё сделано правильно, то дисплей должен выдавать значения DC и AC.

Шаг 4: Немного о коде

Если вам неинтересен код, эту часть можно пропустить.

Ключевая особенность кода состоит в том, что магнитное поле измеряется 2000 раз подряд. На это уходит 0,2 – 0,3 сек. Отслеживая сумму и квадрат суммы измерений, можно вычислять среднее и стандартное отклонения, которые выдаются как DC и AC. Усредняя по большому количеству измерений мы увеличиваем точность, теоретически на √2000 ≈ 45. Получается, что используя 10-битное АЦП, мы получаем точность 15-битного АЦП! И это имеет значение: 1 шаг АЦП – 4 мВ, то есть, ~ 0,3 мТл. Благодаря усреднению, мы уменьшаем ошибку от 0,3 мТл до 0,01 мТл.

В качестве бонуса мы получаем стандартное отклонение, определяя таким образом изменяющееся поле.

Поле, колеблющееся с частотой 50 Гц проходит порядка 10 циклов за время измерения, поэтому можно измерить величину AC.

У меня после компиляции получилась следующая статистика: Sketch uses 16852 bytes (54%) of program storage space. Maximum is 30720 bytes. Global variables use 352 bytes (17%) of dynamic memory, leaving 1696 bytes for local variables. Maximum is 2048 bytes.

Большую часть места занимают библиотеки Adafruit, однако ещё полно места для добавления функциональности.

Шаг 5: Готовим зонд

Зонд лучше всего закреплять на конце узкой трубки: так его просто будет помещать и удерживать в узких местах. Подойдёт любая трубка из немагнитного материала. Мне идеально подошла старая шариковая ручка.

Подготовьте три тонких гибких провода чуть длиннее трубки. В моём кабеле логики в цветах проводов нет (оранжевый +5 В, красный 0 В, серый – сигнал), просто так мне их проще запомнить.

Чтобы использовать зонд с прототипом, припаяйте кусочки проводов на конец кабеля и заизолируйте их термоусадкой. Позже их можно отрезать и припаять провода прямо к Arduino.

Шаг 6: Собираем переносной прибор

Батарейка на 9В, OLED-экран и Arduino Nano с комфортом умещаются внутри большой коробки Tic-Tac. Её преимущество в прозрачности – экран легко читается, даже находясь внутри. Все фиксированные компоненты (зонд, выключатель и кнопка) ставятся на крышку, чтобы всё можно было вынимать из коробки для замены батареи или обновления кода.

Я никогда не любил батарейки на 9В – у них высокая цена и малая ёмкость. Но в моём супермаркете внезапно стали продавать их перезаряжаемую версию NiMH по €1, и я обнаружил, что их легко зарядить, если подать 11 В через резистор на 100 Ом и оставить на ночь. Я заказал себе дешёвые разъёмы для батареек, но мне их так и не прислали, поэтому я разобрал старую батарейку на 9 В, чтобы сделать из неё коннектор. Плюс батарейки на 9В в её компактности, и в том, что на ней хорошо работает Arduino при подключении её к Vin. На +5 В будет регулируемое напряжение в 5 В, которое понадобится для OLED и датчика Холла.

Датчик Холла, экран и кнопка подсоединяются так же, как было на прототипе. Добавляется только кнопка выключения, между батарейкой и Arduino.

Шаг 7: Калибровка

Калибровочная константа в коде соответствует числу, прописанному в документации (1,4 мВ/Гс), однако в документации разрешён диапазон этого значения (1.0-1.75 мВ/Гс). Чтобы получать точные результаты, нужно откалибровать зонд.

Самый простой способ получить магнитное поле хорошо определённой силы – использовать соленоид. Магнитная индукция поля соленоида равняется B = μ₀ * n * I. Магнитная постоянная (или магнитная проницаемость вакуума) – это природная константа: μ₀ = 1,2566 x 10^-6 Тл/м/А. Поле однородно и зависит только от плотности намотки n и тока I, которые можно измерить с погрешностью около 1%. Формула работает для соленоида бесконечной длины, однако служит очень хорошим приближением для поля в его центре, если соотношение его длины к диаметру превышает 10.

Чтобы собрать подходящий соленоид, возьмите полую цилиндрическую трубу, длина которой в 10 раз больше диаметра, и сделайте намотку из изолированного провода. Я использовал ПВХ-трубку с внешним диаметром 23 мм и сделал 566 витков, протянувшихся на 20,2 см, что даёт нам n = 28/см = 2800 / м. Длина провода 42 м, сопротивление – 10 Ом.

Подайте питание на катушку и измерьте ток мультиметром. Используйте либо регулируемый источник тока, либо переменный резистор, чтобы управлять током. Измерьте магнитное поле для разных значений тока и сравните показания.

Перед калибровкой я получил 6,04 мТл/A, хотя по теории должно было быть 3,50 мТл/A. Поэтому я умножил константу калибровки в 18-й строчке кода на 0,58. Готово – магнитометр откалиброван!

Как сделать электронный компас и термометр для машины на основе Ардуино-совместимого модуля своими руками

Я не очень хорош в нахождении мест и определении направлений, но умею читать карты и компас. В наше время навигация при помощи GPS очень популярна и у вас может возникнуть вопрос: зачем мне нужен компас? Итак, я люблю гаджеты и если я смогу сделать что-то сам, то использование такого устройства будет радовать меня намного больше.

Поэтому я и решил рассказать вам как сделать компас своими руками.

Я начал с базовой функции, показывающей угол наклона и поворота цифрового магнитометра на ЖК-дисплее, но на микроконтроллере осталось множество неиспользованных аналоговых и цифровых пинов (я использовал совместимый с Ардуино JeonLab mini). Поэтому я подключил к нему цифровой датчик температуры и фототранзистор, подстраивающий яркость подсветки дисплея (одиночный светодиод).

После этого на контроллере осталось еще несколько свободных пинов и у меня есть планы по добавлению дополнительных датчиков, например наружный термометр, устройство анти-вор и т.д.

Картинка в начальной части этой инструкции иллюстрирует устройство в полной сборке и установленное поверх зеркала заднего вида автомобиля. Девайс отображает направление, наклон и температуру в салоне.

Шаг 1: Список компонентов

LCD: 16×2 HD44780 LCD (белый текст на синем фоне): это очень популярный дисплей, который легко найти и купить.
JeonLab mini v1.3: это недорогая плата, совместимая с Arduino. На рынке существует несколько небольших плат, совместимых с Arduino, так что просто выберите ту, которую можно спрятать за экранчиком.
Цифровой компас: MAG3110 (купил готовый на Ebay): я пробовал другой цифровой компас пару лет назад и мне не удалось его запустить, а эту модель удалось легко запрограммировать. Всё будет объяснено более детально далее в статье.
Датчик температуры TMP36: взгляните на спецификацию с сайта Digikey. Он очень прост в использовании.
Фототранзистор LTR-4206E: Я уверен, что любой другой ИК-фототранзистор будет работать не хуже.
Регулятор 7805: Вы знаете для чего он нужен. Зарядка автомобиля и напряжение равны примерно 13.8-14.4V, тогда как нам для работы контроллера и монитора нужно 5V.
Резисторы и конденсаторы (смотрите схему)
Штекер для автомобильного зарядника

Плата прототипирования
Кнопка-выключатель (нормально открытый, normal open, N. O.) для калибровки магнитометра
Цельный медный провод (1мм в диаметре) для крепления девайса
Стяжки для кабеля

Шаг 2: Схема устройства

JeonLab mini v1.3 — это Ардуино с минимумом функционала. Для загрузки программы понадобится USB-интерфейс FTDI, который нужен лишь для загрузки кода и последовательной коммуникации.

Подключение дисплея хорошо объяснено в документации к библиотеке на странице руководства к Arduino, для удобства я лишь изменил распиновку. Помните, что вам также нужно изменить пины и в коде программы. Одна важная вещь, о которой стоит сказать — анод светодиодной подсветки дисплея подключен не к V, а к цифровому пину 5, который поддерживает широтно-импульсную модуляцию (ШИМ, pulse-width modulation, PWM), что позволяет управлять яркостью подсветки дисплея.

У датчика температуры TMP36 есть три ножки — V, сигнал и GND. Я соединил сигнальную ножку с одним из аналоговых входов JeonLab mini. Смотрите программу Ардуино в следующем шаге, чтобы понять, как рассчитывается температура по датчику.

Фототранзистор имеет две ножки — положительную и отрицательную. Вы можете держать резистор между отрицательным проводом и GND до тех пор, пока получаете корректные значения в темноте (я тестировал девайс на рассвете) и при ярком освещении (в этом случае вам не нужно ничего измерять, так как мы и так будем получать максимальные значения). Яркость, измеренная этим фототранзистором, используется для регулировки яркости светодиода подсветки дисплея. Файлы

JeonLab Car Digital Compass Thermometer.sch

Шаг 3: Предварительные тесты и рассёт курса

Прежде всего, я собрал и протестировал дисплей, JeonLab mini и магнетометр MAG3110 на макетной плате. У магнетометра есть трёхосевой датчик, но, так как дороги в местности, где я живу, относительно ровные, я решил не заморачиваться со сложными формулами и просто вычислять угол направления при помощи ATAN осей X и Y — всё работает достаточно хорошо.

Сила и направление магнитного поля отличаются от места к месту. Для точного измерения электронного компаса и карты вам нужно знать магнитное отклонение (разница между севером компаса и настоящим географическим севером). В моем коде я не вычитал и не добавлял отклонение, но если в вашем местоположении оно очень большое, вы можете добавить его, чтобы компенсировать разницу.

По предварительным испытаниям я определил максимальные и минимальные значения осей X и Y, представляющие север и юг, но значения распределены по углу неравномерно. Другими словами, центральное значение не представляет восток или запад. Это, как мне известно, обыкновенно для всех полупроводниковых магнитометров, если в них нет встроенных алгоритмов компенсации. Чтобы правильно считывать направление (приблизительно), я обнаружил, что если вы знаете значения для севера и юга для каждой оси, X и Y, то достаточно просто вычислить ATAN разностей текущего значения и средние значения X и Y дадут вам угол направления (см. скетч Arduino в следующем шаге), и всё будет отлично работать. Это не идеальный способ вычисления направления, но мы и не говорим о точности до десятых долей. Я ездил с компасом в своём автомобиле около недели и результаты оказались вполне удовлетворительными.

Шаг 4: Скетч Ардуино

Я добавил настолько подробные комментарии к коду, насколько это возможно. Скачайте приложенный файл.

Файлы

JeonLab_car_sensors.zip

Шаг 5: Сборка электронных компонентов

Шаг 6: Собираем из проволки каркас

Шаг 7: Установка и готовый вид

Как сделать магнит своими руками — блог Мира Магнитов

Количество просмотров:44795

Количество комментариев:0

Есть несколько способов сделать магнит в домашних условиях. Первый и второй способ подойдут для простых домашних экспериментов и для показа детям. Третий и четвертый способы несколько сложнее и требуют внимательности и осторожности.

Варианты изготовления простейших магнитов своими руками

Способ 1

Для создания магнита потребуются самые простые материалы, имеющиеся под рукой:

Медная проволока.
Источник постоянного тока.
Металлическая заготовка — это и есть будущий магнит.

В качестве заготовки используются элементы из сплавов различных металлов. Проще и дешевле достать ферриты — они представляют собой смесь порошкового железа с различными добавками. Используют и закаленную сталь, поскольку в отличие от ферритов она дольше сохраняет магнитный заряд. Форма заготовок не имеет значения — круглая, прямоугольная или любая другая, так как это не повлияет на ее конечные магнитные свойства.

Самый простой электромагнит из проволоки, батарейки и гвоздя

Берем металлическую заготовку и обматываем ее медной проволокой. В общей сложности должно получиться 300 витков. Концы проволоки присоединяем к батарейке или аккумулятору. В результате металлическая заготовка намагнитится. Насколько сильным будет ее поле, зависит от мощности тока, поступающего из источника электропитания.

Способ 2

Сначала нужно сделать индукторную катушку. Внутрь нее и помещается будущий магнит, поэтому используется заготовка компактных размеров. Порядок действий точно такой же, за исключением того факта, что количество витков проволоки должны быть не 300, а 600. Этот метод хорош, если нужно сделать магнит повышенной мощности.

Медная проволока на ферритовом магните

Способ 3

Подразумевает использование сетевого электричества. Метод довольно сложен и опасен, поэтому манипуляции должны быть выверенными и осторожными. К стандартному набору приспособлений добавляется плавкий предохранитель, без которого создать магнит не получится. Он-то и подключается к индукторной катушке, внутри которой расположена металлическая заготовка. Предохранитель подключается в сеть. В результате он сгорает, но при этом успевает зарядить находящийся внутри катушки предмет до высоких показательный.

Будьте осторожны! Подобные эксперименты представляют опасность для жизни и нередко приводят к короткому замыканию в электросети! Выбирая подобный способ изготовления магнитных элементов, выполняйте необходимые меры предосторожности и подготовьте огнетушитель, который позволит оперативно погасить возможное возгорание.

Оценить результат работы поможет специальный магнитометр — он покажет, насколько сильно полученное изделие.

Как самому сделать самый мощный магнит

Самые мощные магниты в мире делают из редкоземельного металла неодима. Железо, неодим и бор приводят в порошкообразное состояние, смешивают, формуют и спекают в СВЧ-печах. Затем заготовки намагничивают и наносят защитное покрытие из цинка или никеля. Повторить этот процесс дома очень сложно. Но есть и другой способ.

Способ 4

Первый шаг на пути к реализации цели заключается в поиске сломанных жестких дисков от компьютера. При отсутствии в хозяйстве сломанного винчестера можно попробовать отыскать неработающие устройства на авито, дарударе или на других площадках объявлений.

Магнитная головка в открытом жестком диске

В дисках есть магнитная головка, используемая для управления записью и чтением данных. Второй шаг – полностью разобрать жесткий диск и получить доступ к этой головке. На ней и находятся пластины изогнутой формы из сплава неодима-железа-бора. Их могут приклеить к стальным элементам, но часто они закреплены благодаря собственной магнитной силе. Самые крупные неодимовые магниты попадаются в самых старых винчестерах.

Конечно, проще всего купить неодимовый магнит нужной формы и силы. С другой стороны, если у вас в наличии есть несколько неработающих винчестеров, то было бы крайне неосмотрительно их просто выбросить.

Интернет-магазин «Мир Магнитов» предлагает вам купить неодимовые магниты по самым привлекательным ценам. Выбирайте в представленном каталоге подходящие изделия и оформляйте заказ. Покупка готовых изделий с необходимыми параметрами – это всегда проще, быстрее и выгоднее, чем попытки сделать неодимовые магниты самостоятельно.

Построить магнитометр | Национальное географическое общество

Здесь перечислены логотипы программ или партнеров NG Education, которые предоставили или предоставили контент на этой странице. Программа

1. Подготовьте контейнер магнитометра.
Во время работы обращайтесь к пошаговой иллюстрации «Магнитометр», на которой показано, как собрать магнитометр. Убедитесь, что стеклянная банка чистая, сухая и на ней нет этикеток. Используйте ножницы, чтобы сделать небольшое отверстие в центре крышки банки. Он должен быть достаточно большим, чтобы вы могли пропустить через него струну. Заполните 1/4 дна банки песком, чтобы она не опрокинулась. Примечание. Если вы решите использовать 2-литровую пластиковую бутылку из-под газировки вместо стеклянной банки, аккуратно обрежьте бутылку примерно на 1/3 от горлышка. Это позволит вам получить доступ к сборке магнитометра внутри бутылки. Перед шагом 7 используйте прозрачную ленту, чтобы снова соединить верх и низ бутылки.

2. Подготовьте учетную карточку.
Измерьте диаметр банки и вычтите 4 сантиметра, чтобы каталожная карточка не касалась стенок. Затем разрежьте каталожную карточку так, чтобы она поместилась внутри банки, не касаясь стенок.

3. Приклейте маленькое зеркальце к каталожной карточке.
Поместите линейку из правого верхнего угла карты в левый нижний угол так, чтобы край линейки совпадал с обоими углами. Проведите линию по краю линейки. Поместите линейку из верхнего левого угла в нижний правый угол. Проведите линию по краю линейки. Расположение центра карты находится там, где пересекаются линии. Приклейте маленькое ремесленное зеркальце в центр открытки.

4. Приклейте стержневой магнит к каталожной карточке.
Найдите середину верхней части каталожной карточки, измерив верхний край карточки и разделив полученное значение пополам. Отметьте его карандашом. Приклейте небольшой стержневой магнит к открытке так, чтобы центр длины магнита находился на центральной отметке на открытке. Стержневой магнит должен совпадать с верхней частью карты и не должен касаться зеркала. Расположение магнита на карте очень важно и должно быть на одном уровне с верхом карты.

5. Приклейте соломинку к каталожной карточке и магниту.
Отмерьте и отрежьте кусок пластиковой соломинки длиной 2,5 сантиметра и приклейте соломинку к верхней части открытки и магнита. Верх карты и магнит должны быть выровнены ровно так, чтобы соломинка располагалась поверх карты и магнита. Соломинка должна мешать вам видеть карту или магнит на ее месте. Соломинка — это направляющая для веревки, которая удерживает магнит и зеркало в горизонтальном положении.

6. Повесьте стержневой магнит/каталожную карточку в банку.
Пропустите нить через соломинку и свяжите треугольник со стороной 5 см. Пропустите другой конец нити через верхнюю часть бутылки, а затем через крышку банки. Убедитесь, что магнит/каталожная карточка висит свободно и ниже разреза на бутылке. Приклейте нить к крышке.

7. Создайте контрольную точку.
Если возможно, установите магнитометр в месте, где его никто не будет беспокоить. Поместите бутылку на плоскую поверхность и наведите лазерную указку так, чтобы на ближайшей стене на расстоянии около 2 метров (6 футов) было видно отраженное пятно. Наклейте на стену лист белой бумаги. Используйте карандаш, чтобы отметить точку, где свет отражается. Эта точка будет вашей точкой отсчета. Если у вас нет лазерной указки, вместо нее можно использовать лампу на гибком штативе. Обязательно используйте прозрачную лампочку.

8. Используйте магнитометр для сбора данных.
Проверьте свой магнитометр 15 раз, чтобы собрать данные, записывая всю информацию в рабочий лист Сбор данных магнитометра. Измерьте изменения от положения эталонного пятна до текущего положения отраженного света. Запишите это измерение в лист данных. Это измеренное изменение отражения (из-за отражения света). Когда происходят магнитные бури, вы увидите, как точка отражения меняется на несколько градусов в течение нескольких часов, а затем возвращается к своей нормальной ориентации, указывающей на магнитный северный полюс. Ваш магнитометр чувствителен к изменениям магнитного поля, и отраженное пятно будет показывать изменения небольшими изменениями положения. Эти изменения можно измерить с помощью линейки. Измерьте изменение отражения в сантиметрах. Преобразуйте измерение в градусы отклонения, умножив изменение отражения на 0,25 градуса.

Как изменения в магнитном поле могут предоставить информацию о магнитных бурях?

Предоставляемые вами материалы

2-литровые пластиковые бутылки из-под содовой
Прозрачная упаковочная лента
Каталожные карточки
Лазерная указка или лампа на гибком штативе
Легкоплавкий клей или суперклей
Метры
Карандаши
Пластиковые соломинки
Стеклянные банки с крышкой
Линейки
Песок
Ножницы
Маленькие стержневые магниты (не магниты на холодильник)
Маленькие ремесленные зеркала
Строка
Резьба
Белая бумага

Требуемая технология

Доступ в Интернет: Требуется
Техническая установка: 1 компьютер на класс, проектор, динамики
Плагины: Flash

Исходная информация

Ученые измеряют солнечные бури с помощью различных инструментов. Одним из измерений, которые они используют для определения интенсивности солнечных бурь, являются изменения магнитных полей. Ученые используют магнитометры для мониторинга окружающей среды Земли в космосе на наличие признаков плохой космической погоды, вызванной солнечной активностью. Солнечные бури могут влиять на магнитное поле Земли, вызывая небольшие изменения его направления на поверхности, которые называются магнитными бурями. Магнитометр работает как чувствительный компас и считывает небольшие изменения.

Словарь

магнитное поле

Существительное

область вокруг и на которую воздействует магнит или заряженная частица.

магнитная буря

Существительное

взаимодействие между атмосферой Земли и заряженными частицами солнечного ветра.

магнитометр

Существительное

научный прибор, используемый для измерения наличия, силы и направления магнитного поля Земли.

магнитосфера

Существительное

Каплевидная область с плоской поверхностью, обращенной к Солнцу, вокруг Земли, контролируемая магнитным полем Земли.

нанотесла

Существительное

(нТл) единица измерения плотности магнитного потока (магнитного поля B), представляющая собой магнитную силу, действующую на движущийся заряд.

солнечная вспышка

Существительное

взрыв в солнечной атмосфере, который высвобождает выброс энергии и заряженных частиц в солнечную систему.

солнечный ветер

Существительное

поток заряженных частиц, главным образом протонов и электронов, от Солнца к краю Солнечной системы.

космическая погода

Существительное

изменения в окружающей среде за пределами земной атмосферы, обычно под влиянием солнца.

Веб-сайты

Геологическая служба США: геомагнетизм — часто задаваемые вопросы
National Geographic News: Почему магнитное поле Земли переворачивается?

Создайте свой собственный магнитометр | Журнал Nuts & Volts

» Перейти к дополнительным материалам

Одним из самых изящных устройств, которые стали возможными благодаря современной технологии ИС, является магнитометр. Менее чем за 25 долларов вы можете создать забавный и надежный инструмент для измерения магнитных полей (статических или переменных), создаваемых токами, постоянными магнитами, кусками железа или самой Землей. Если вы когда-либо увлекались магнитами, то этот инструмент для вас!

У вас может быть смартфон со встроенным компасом, который вы можете использовать в качестве датчика магнитного поля (при условии, что вы знаете, на каком конце телефона находится датчик и какова его внутренняя ориентация), но эти устройства — хотя и чувствительные — будут обычно перегружаются при напряженности поля, намного превышающей земную. Эти поля различаются в зависимости от положения, но обычно составляют около 0,5 Гаусса или 50 микроТесла. Если вы хотите измерить силу даже небольшого магнита, телефон может оказаться бесполезным.

Allegro Microsystems ( www.allegromicro.com ) производит широкий спектр датчиков Холла, которые можно использовать для обнаружения магнитных полей. Если вы помните введение в физику, вы можете вспомнить только то, что эффект Холла — это окончательный способ определить, вызван ли ток потоком положительных зарядов в одном направлении или отрицательных зарядов в другом (как выясняется, если вы работая с твердым телом, это отрицательные заряды). Эти устройства можно приобрести в трехконтактных однорядных корпусах (SIP), которые очень похожи на TO-9.2 транзистора. Для этого проекта с ними гораздо проще работать, чем с трехвыводным форм-фактором SOT23-W.

РИСУНОК 1. Для нашего магнитометра мы соединим два таких чипа встык, и вместо измерения их выходов относительно земли мы измерим разность потенциалов между двумя выходами. Поскольку они ориентированы противоположно, это означает, что приближение к южному полюсу приведет к тому, что сигнал ближнего чипа поднимется выше 2,5 В, а сигнал чипа, обращенного назад, упадет ниже 2,5 В. Измерение разницы между ними дает нам два преимущества. Во-первых, мы удваиваем чувствительность устройства по сравнению с одним чипом. Во-вторых, и что более важно, наш базовый сигнал отсутствия поля теперь будет равен или близок к нулю вольт, а не 2,5 В или около него, что означает, что мы можем использовать более чувствительный диапазон вольтметра. Если вы покупаете несколько таких чипов, вы можете сопоставить два, подключив их все сразу к макетной плате и найдя два с одинаковым выходом.

На рынке представлено несколько разновидностей этих чипсов Холла. То, что вам понадобится, обычно называют линейным датчиком Холла. Это отличается от двоичного устройства, известного как запирающий чип, который включается полем, превышающим некоторую силу, и не выключается до тех пор, пока к нему не будет приложено противоположно направленное поле некоторой силы. Я использую A1321, который сейчас трудно найти, но вы можете заменить его на A1301, A1302, A1324-1326 или любой другой линейный чип Холла (хотя я добился большего успеха с Allegro, чем с некоторыми другими производителями).

РИСУНОК 2. Поскольку все они имеют одинаковую ориентацию, питаются от одного источника и расположены очень близко друг к другу, в идеале все они должны читаться одинаково. На самом деле между чипами есть небольшие различия. Вы можете просто перемещаться по ряду микросхем, записывая их фактические выходные напряжения, а затем выбирать два наиболее близких к равным. Как только вы нашли два подходящих, вы склеиваете их спиной к спине и получаете показанный пакет. (Кстати, вы могли бы на самом деле склеить их лицом к спине, чтобы они смотрели в одну сторону. Если вы сделаете это, разница в выходных сигналах теперь будет представлять градиент магнитного поля. Вместо того, чтобы указывать вам, насколько сильно поле, оно скажет вам, насколько оно меняется на этом крошечном расстоянии в миллиметр или два.Если вы решите построить один из них, вы можете поместить прокладку между двумя чипами, чтобы они были на сантиметр или около того.)

Эти чипы имеют простейшую конструкцию; при чтении цифр на микросхеме левая нога – входящее питание (+5В), средняя нога – земля, а правая нога – аналоговое напряжение, которое колеблется от нуля до напряжения питания. Когда нет значительного внешнего поля и микросхема питается от источника питания 5 В, на выходе будет 2,5 В. Для A1321 перемещение северного полюса к забою уменьшит это значение, а перемещение южного полюса к нему увеличит его. Чувствительность A1321 заявлена как 5 мВ на Гаусс.

Теперь шестиногий корпус можно удобно соединить с разъемами большего размера, с которыми легче работать, используя обычный телефонный шнур. Однако для этого вам не нужен шестижильный шнур; достаточно более обычного четырехпроводного. Сначала отрежьте один конец модульной вилки от шнура и зачистите его так, чтобы на одном конце была вилка, а на другом четыре свободных провода.

РИСУНОК 3. По моему опыту, саморегулирующийся инструмент для зачистки проводов является идеальным инструментом для телефонных линий.

Сейчас самое время проверить непрерывность между оголенными телефонными проводами и клеммами на самой телефонной розетке. Может показаться очевидным, что красный провод будет подключен к красной клемме, но все четырехлинейные телефонные шнуры не одинаковы. В некоторых из них вы обнаружите, что красный и зеленый (например) поменяны местами, и это, конечно же, изменит то, как вы в конечном итоге подключаетесь.

РИСУНОК 4А.

РИСУНОК 4B.

РИСУНОК 5. Процесс соединения, вероятно, такой, как и следовало ожидать: пайка и термоусадка. Тот факт, что это должно быть сделано в определенном порядке, можно не ожидать. Сначала подключите один из телефонных проводов (я использовал черный) к двум контактам заземления, которые расположены друг над другом, так как оба находятся в центре. Убедитесь, что после пайки вы надели термоусадку на чипы Холла. Затем подключите каждую из сигнальных ветвей (помните, что сигнальная ветвь от каждого чипа находится справа, если смотреть на пронумерованное лицо) к собственному телефонному проводу (я использовал для этого зеленый и желтый). Здесь порядок не важен — просто припаяйте их и снова наденьте термоусадку до упора. Причина, по которой нужно начинать с заземления, затем сигналов, а затем питания, теперь очевидна. Две силовые ноги находятся на противоположных концах этого шестиногого пакета. Вам придется как бы согнуть один вокруг всей упаковки, чтобы добраться до другого, а затем подключить пару к последней оставшейся телефонной линии (красной, в моем случае). Вы не можете использовать для этого обычную маленькую термоусадку, потому что она настолько плотно соединит две противоположные ножки, что они оторвутся. К счастью, все остальное уже покрыто, так что это не обязательно. Вы можете использовать один большой кусок термоусадки, закрывающий весь зонд, как показано на рис. 5.

После того, как микросхема Холла успешно подключена к телефонному проводу и термоусадка на месте, пора приступить к работе на другом конце. По сути, вам нужен источник питания на пять вольт, так как батареи на девять вольт достаточно, чтобы убить чипы Холла. Можно использовать простой трехвыводной стабилизатор напряжения 7805 в корпусе ТО-220. С ним легко работать, и у него уже есть отверстие, позволяющее прикрепить его к лицевой панели, удерживающей телефонный разъем. Глядя на пронумерованную лицевую сторону 7805, входное напряжение (девять вольт) подключено к крайнему левому контакту, средний контакт подключен к земле, а правый контакт — это пятивольтовый выход, который будет поступать на телефонную клемму соответствующего цвета. блок (красный, в моем случае).

РИСУНОК 6. Теперь нам нужно просверлить несколько отверстий в лицевой панели. Вы будете использовать две маленькие гайки и болты, чтобы прикрепить 7805 и держатель батареи к лицевой панели, поэтому для них нужны отверстия. Вам также потребуются четыре отверстия для крепления лицевой панели к электрической распределительной коробке. Вам понадобится еще один для светодиода питания, и если вы купили разъем только для телефона, в отличие от комбинированного разъема для телефона и кабеля, показанного здесь, вам придется просверлить большое отверстие, чтобы провода типа «крокодил» проходили изнутри внутрь. вне. Просто отвинтив разъем кабеля, вы получите готовое отверстие в этом комбинированном разъеме.

Вам нужен какой-то выключатель питания, чтобы включать и выключать его; обычный выключатель света трудно превзойти чем-то дешевым и простым в работе. Положительная сторона клеммы аккумулятора подключается к одной из клемм переключателя, а другая клемма подключается к левой стороне 7805. Наконец, мы можем добавить светодиод, чтобы сделать включение и выключение более очевидным.

РИСУНОК 7. Когда вы проделали отверстия, вы можете приклеить светодиод на место и прикрепить держатель батареи. Вы можете привинтить 7805 для процесса пайки, но может быть хорошей идеей открутить его и снять с лицевой панели, когда вы используете тепловую пушку, чтобы сжать термоусадочную трубку над вашими паяными соединениями. Перегретый воздух из фена быстро деформирует лицевую панель, если вы не будете осторожны.

Светодиод должен быть подключен к резистору сопротивлением от нескольких сотен до тысячи Ом. Чем меньше резистор, тем ярче светодиод. Неважно, подключаете ли вы резистор к положительной или отрицательной ножке светодиода. Предполагая, что вы выбрали положительную ногу, вам нужно подключить свободный конец резистора либо к клемме выключателя освещения (НЕ к той, к которой подключена батарея, иначе вы никогда не выключите светодиод!), либо к пятивольтовой клемме. телефонный терминал. Минусовой конец светодиода необходимо соединить с землей.

РИСУНОК 8. Подводя итоги, можно сказать, что ваши соединения на клеммной колодке телефона следующие: На красной клемме у нас есть выход 7805 и положительная сторона пары светодиод-резистор. На черной клемме у нас есть земля 7805, черный провод от зажима 9-вольтовой батареи и сторона заземления пары светодиод-резистор. К двум другим клеммам (зеленой и желтой) все, что вам нужно подключить, — это два провода с зажимом типа «крокодил». В конечном итоге они будут прикреплены к щупам вашего вольтметра. Вероятно, вам следует соединить их вместе, используя длинный кусок термоусадочной пленки, закрывающий отверстие в коробке. Это немного ослабит натяжение кабеля и снизит вероятность того, что кабели типа «крокодил» будут отсоединяться при обычном использовании.

Еще несколько моментов, о которых следует помнить:

Тепловой пистолет нельзя держать близко к телефонной розетке, выключателю света, лицевой панели и т. д. в течение длительного времени, иначе они деформируются.
Ножки двойного чипа Холла могут отломиться, если не быть осторожным — они не рассчитаны на многократное изгибание вперед-назад под большими углами и достаточно скоро сломаются.
При проверке работы может оказаться полезным разрезать еще один кабель измерительного провода пополам и использовать одну из половин для вывода заземляющего соединения за пределы электрической коробки. Наконец, в это трудно поверить, но за те годы, что я помог десяткам студентов построить их, неоднократно возникала одна проблема: телефонный провод будет выглядеть так, как будто он правильно подключен, но вы должны вставить его, пока он не защелкнется. быть уверенным.

Создав магнитометр, вы можете использовать его для измерения самых разных вещей. Вы обнаружите, что железосодержащие материалы, которые вы не намагничили, по-прежнему будут давать сигнал, если их держать рядом с зондом. Это, конечно, не очень точный компас, но вы, вероятно, сможете найти общее направление магнитного севера.

РИСУНОК 9. Готовое изделие. Обратите внимание, что двух показанных небольших магнитов из неодима, железа и бора (NdFeB) достаточно, чтобы довести микросхемы до их предела примерно в пять вольт. Если вы перевернете их, вы получите примерно минус пять вольт.

Для этого требуется только дешевый операционный усилитель LM358 и полдюжины резисторов. Два зеленых провода в левой части схемы должны быть подключены к вольтметру. Два белых провода с правой стороны должны быть подключены к выходам вашего магнитометра. В некоторых случаях усиление будет слишком большим. Вы можете уменьшить размер больших резисторов (здесь показано как 100K) и/или увеличить размер меньших резисторов (здесь 1K). Это может питаться от отдельной батареи 9V. Регулятор напряжения в этом случае не нужен.

РИСУНОК 10. Если вы хотите усилить свои сигналы, вы можете использовать эту схему.

РИСУНОК 11. Схема магнитометра на макетной плате.

Если ваш вольтметр настроен на переменный ток, вы можете измерять магнитные поля, создаваемые электрическими приборами. Ключевым моментом здесь является разделение удлинителя так, чтобы два провода не были рядом. Если это так, противоположные токи будут создавать магнитные поля, которые имеют тенденцию компенсировать друг друга, и будет трудно что-либо обнаружить.

Построив этот магнитометр, вы можете удивиться тому, как его можно использовать. Все, что создает магнитное поле, является хорошей мишенью, а микросхемы Холла реагируют на изменение поля гораздо быстрее, чем механические датчики, такие как герконы. Это означает, что их также можно использовать в качестве датчиков вращения, если разместить их рядом с краем шестерни. Поле, когда зуб находится непосредственно под чипом Холла, будет отличаться от поля, когда непосредственно под ним находится щель между зубами. Таким образом, вы можете получить сигнал, соответствующий вращению колеса.

Вы можете обнаружить, что огромное количество ваших сенсорных проектов можно реализовать с помощью некоторых магнитов и этого детектора. Если вы создадите его и придумаете для него изящное приложение, обязательно дайте мне знать! NV

Список запчастей

ОПИСАНИЕ	ЧАСТЬ №	ПОСТАВЩИК	КОЛ-ВО
Электрическая двухблочная коробка	70974	Lowes.com	1
Однополюсный выключатель света	83080	Lowes.com	1
Комбинированный разъем для кабеля/телефона	169763	Lowes. com	1
Комбинированная нейлоновая настенная пластина	89198	Lowes.com	1
Упаковка 4-40 крепежных винтов 1/2 дюйма	491275	Lowes.com	1
Телефонный кабель длиной 7 футов	303008	Lowes.com	1
Ассортимент термоусадочных трубок	16481 ГС	Mpja.com	1
Тестовые провода с зажимом типа «крокодил»	16435 ТЭ	Mpja.com	1
Зеленый 5 мм светодиод	15110 ОП	Mpja.com	1
Allegro 1325 LUA Чипы Холла	89T7955	Newark.com	2
Зажим для батареи 9 В	94F1482	Newark. com	1
Защелкивающийся соединитель батареи 9 В	31M0724	Newark.com	1
7805 Регулятор напряжения	69R5614	Newark.com	1
Резистор 1000 Вт	60R3433	Newark.com	1

Загрузки

Схема магнитометра

Поиск сокровищ с помощью самодельного магнитометра

«Основная причина в том, что ЕС хочет отказаться от активных военно-морских операций», — говорит исследователь международных отношений Мария Габриэльсен Джумберт из Института исследования мира в Осло, Норвегия. Физические встречи с мигрантами связаны как минимум с двумя формами юридической опасности, которых европейские страны пытаются избежать: обязательство спасать моряков и, когда они находятся на суше, обязательство оценивать любые заявления моряков о предоставлении убежища.

За последние пять лет Европа предоставила Европейскому агентству пограничной и береговой охраны, известному как Frontex, которая, в свою очередь, заключила контракты на сотни миллионов евро с крупными инженерными фирмами на оборудование, программное обеспечение и ноу-хау для удаленного пограничного контроля. Европейские исследовательские инициативы, договоры и контракты свидетельствуют о заинтересованности в том, чтобы заглянуть через Средиземное море в страны Северной Африки и отговорить или предотвратить миграцию в месте ее происхождения. Тем временем ученые-правоведы и группы гражданского общества задаются вопросом, действительно ли запретная граница может держать руки Европы в чистоте.

Франческо Топпуто, профессор аэрокосмической техники Миланского политехнического института, Италия, который занимался исследованиями в области спутникового наблюдения, говорит, что судьба мигрантов, обнаруженных его системой, не зависит от него: «Я бы сказал, что это не решение техников, инженеров. .. наша работа – предоставить информацию властям. Это проблема всего общества».

Ручеек мигрантов и поток денег

Средиземноморская миграция попала в заголовки международных газет в 2015 году, когда гражданская война в Сирии помогла увеличить их число примерно до 1 миллиона человек. Но это был необычный год. Международная организация ООН по миграции (МОМ) сообщает о 225 455 прибытиях в 2014 г., а к 2019 г., цифры были ниже 125 000. Незаконные иммигранты, чье перемещение «происходит за пределами нормативных норм страны отправки, транзита и получения», по данным МОМ, составляют около 5 процентов от общей годовой иммиграции в Европейский Союз, составляющей 2,7 миллиона человек. Другими словами, это небольшая часть легальной миграции, которая, в свою очередь, составляет еще меньшую долю от общей численности населения Европы, составляющей около 447 миллионов человек.

125 000 незаконных иммигрантов в Европе в 2019 годуих также меньше на душу населения, чем незаконных иммигрантов в Соединенных Штатах, население которых составляет всего три четверти населения Европейского Союза, но в 2019 году на их границах находилось более 1 миллиона нелегальных иммигрантов.

Между тем, Европейский союз ежегодно тратит не менее 2 миллиардов евро (2,13 миллиарда долларов США) на управление миграцией, не считая расходов на национальном уровне. В 2015 году, под давлением необходимости решить проблему миграции из-за гражданской войны в Сирии, европейские лидеры не смогли наладить работающее перераспределение лиц, ищущих убежища, но они привели в действие правовую основу для недавно наделенного полномочиями европейского пограничного агентства.

В то время Frontex имел годовой бюджет в размере 142 миллионов евро (156 миллионов долларов США) и действовал как своего рода связующая сеть между национальными пограничными агентствами. Но правила после 2015 года раздули его бюджет. К 2020 году, когда Frontex получил более независимый юридический статус агентства Европейского Союза, его бюджет увеличился более чем втрое до 450 миллионов евро, а в 2021 году планировалось увеличить его еще на 20,6 процента до 543 миллионов евро.

Теперь Frontex переориентирует свои ресурсы с корабельного патрулирования на воздушное и дистанционное зондирование. запросы на ориентацию на новейшие технологии. Цена перехода от спасательных операций к охране границ может быть связана с более тяжелыми поездками для мигрантов и гибелью некоторых из них.

Один мигрант без денег

В начале 2017 года в горных лесах восточной Гвинеи человек, которого я назову Джейкобом, отправился в путешествие, в ходе которого ему предстояло пересечь пять стран Сахары и несколько неудачных морских переходов. По его словам, он впервые отправился из дома после смерти отца в поисках работы в Мали. Мали была зоной конфликта, поэтому он переехал в Алжир, но у него не было разрешения на работу, а работодатели либо недоплачивали ему, либо вообще не платили. Полиция беспокоила его и других рабочих-мигрантов.

Рабочие создали неформальные сети и делились информацией о том, где они могут получить работу и как избежать полиции. Следуя этим советам, Джейкоб проделал свой путь через пустыню, иногда беря ссуды от работодателей или торговцев людьми, которые превратили его в современного наемного слугу.

Тем временем ЕС медленно менял свою мешанину из барьеров, чтобы не пустить Джейкоба и сотни тысяч других мигрантов. Когда в 2015 году начался всплеск миграции в Европу, Испания использовала одну из самых технологически продвинутых систем пограничного контроля в Европе: Интегрированную систему внешней бдительности, или SIVE (испанская аббревиатура). Мигранты в те годы столкнулись с мультисенсорной перчаткой, включая радары и инфракрасные камеры на вышках, на борту кораблей и наземных транспортных средствах, которые стремились централизовать ситуационную осведомленность, объединяя как можно больше этих данных в центре управления в Альхесирасе, в Испании.

Если лодка, следовавшая маршрутом контрабандиста, отражала сигнал радара обратно на один из этих датчиков, а офицер одной из национальных полицейских сил Испании, Гражданской гвардии, смотрел на экран, Испания могла послать корабль, чтобы перехватить лодку. Гражданская гвардия благодарит SIVE за подталкивая большую долю средиземноморской миграции к центральным и восточным маршрутам. Популярность других маршрутов, например, на остров Лампедуза в Италии, в 140 км от Туниса, и в Грецию, некоторые острова которой находятся в пределах видимости турецких пляжей.

Неравенство в пограничных технологиях и приспособляемость мигрантов и их торговцев людьми являются одними из причин, по которым Европа решила преобразовать Frontex в полноценное агентство и утроить свой бюджет и персонал: «Frontex стремится создать трансграничное сотрудничество в ситуации, которая в противном случае могла бы привести к проводя гонку вооружений на пограничном контроле между ЕС и государств-членов», — говорит географ. Дэн Фишер из Университета Глазго, опубликовавший на SIVE.

После испанского опыта SIVE, 2011 г. Frontex пригласил отраслевых партнеров продемонстрировать привязные аэростаты наблюдения и теперь использует их по крайней мере в двух местах для обнаружения мигрантов, которым удается пройти мимо его воздушных и космических датчиков. Нынешняя модель воздушных шаров может оставаться в воздухе на высоте нескольких сотен метров до 40 дней, обеспечивая постоянное визуальное, инфракрасное и радиолокационное зондирование на площади около 11 310 квадратных километров.

Но это инструмент последней инстанции, способный контролировать людей, которые уже находятся на европейской земле или рядом с ней. Во-первых, мигранты должны пересечь Средиземное море, что опасно. Джейкоб, как и многие средиземноморские мигранты, неоднократно пытался попасть из нескольких африканских стран в разные европейские страны. У него было мало информации о лучшем пути в Европу, но торговцы людьми, которые его захватили, постоянно приспосабливаются к изменяющейся ситуации с безопасностью на границе. Они, в свою очередь, пользуются этим, чтобы заставить таких людей, как Джейкоб, работать на них. «Когда я приехал в Ливию, у меня не было денег, — говорит Джейкоб. “Торговцы людьми, которые меня поймали, сказали: “Здесь вы должны заплатить за свою тюрьму, а затем вы заплатите за дорогу”. Я сказал им: “У меня нет денег, у меня есть мать, которая не работает, я Я просто фермер, а не работник министерства или правительства».

ЕС оттеснил мигрантов, пока не вмешались суды

В то время как мигранты и торговцы людьми борются за стоимость их пересечения границы, европейские организации борются за то, как остановить пересечение границы мигрантами. На протяжении более десяти лет европейские суды документировали и объявляли незаконными рутинные действия европейских пограничных служб, в том числе действия кораблей военно-морского флота, отбрасывающих лодки с мигрантами обратно в международные воды и оставляющие их там.

В ответ на эти решения европейские правительства изменили тактику, но не свою цель: они начали финансировать Ливию и другие правительства Северной Африки через пакты о миграционном контроле и безопасности. Затем европейские правительства и Frontex начали вкладывать средства в инструменты для обнаружения лодок с мигрантами до того, как они достигнут европейских вод, и вызывать ливийскую береговую охрану, чтобы та отвела лодки с мигрантами.

После пограничного кризиса 2015 года и в связи с судебными решениями против европейских стран политики «отталкивания», Frontex, его дочернее агентство, Европейское агентство по безопасности на море (EMSA), и национальные пограничные агентства инвестировали в большие дроны дальнего действия для наблюдения за кусочками Средиземного моря, наряду с пилотируемыми самолетами.

ЕС в рамках своей основной программы финансирования исследований также начал обращаться к академическим кругам с просьбой помочь им разобраться во всех новых данных о границах. Например, исследователи из Института информационных технологий (ITI) в Салониках, Греция, выиграли гранты в рамках консорциума для объединения видеоданных с беспилотных летательных аппаратов, наземных роботов и морских дронов и использования программного обеспечения машинного зрения для пометки вероятных объектов. интерес, как видно из этого демо-видео:

Системы отправляют оповещения на информационную панель, к которой сотрудники пограничной службы могут получить доступ на компьютере. Видеосистема аналогична камерам безопасности, которые потребители устанавливают на дверные звонки или в своих домах для обнаружения движения, но с более сложным алгоритмом, предназначенным для обнаружения миграции и другой незаконной деятельности.

«Раньше уровень техники заключался в том, что у пользователей был один пилот на дрон. Наша долгосрочная цель — перейти к операторам, управляющим несколькими UxV [автомобилями без экипажа]», — говорит Афанасиос Капуцис, инженер-исследователь из ITI. Один из способов сделать это — упростить информацию из каждого потока данных, чтобы не перегружать пользователя. Вместо того, чтобы отображать необработанные кадры с камеры или радара или приборную панель со страницами и страницами информации, члены консорциума создали дисплей с дополненной реальностью, который может предложить, например, 80-процентную вероятность того, что конкретный объект является лодкой. Группа провела свои первые реальные испытания способности системы обнаруживать корабли и людей в 2021 году.

Пограничные службы также экспериментируют с использованием электромагнитных сигнатур мигрантов в качестве инструментов отслеживания. Это осуществимо, потому что торговцы людьми часто дают мигрантам спутниковый телефон и просят их позвать на помощь, как только они окажутся в международных или европейских водах. Спутниковые телефоны излучают сигналы, которые можно обнаружить из космоса: в 2019 году Frontex выпустил договор на услуги по обнаружению спутниковых телефонов. Hawkeye 360, которая также продает свои услуги судоходной отрасли и службам безопасности в таких странах, как США, была единственным участником торгов и выиграла контракт.

Члены экипажа Королевских ВВС Дании осматривают экраны компьютеров на борту самолета Frontex во время пресс-дня в декабре 2021 года. Sipa USA via AP

В 2021 году спутниковая сеть Hawkeye 360 предлагала загружать свои данные обнаружения несколько раз в день, используя два кластера из трех спутников. По словам компании, теперь Hawkeye 360 находится на пути к тому, чтобы к началу 2023 года вывести на орбиту 30 спутников. Чиновники Frontex, должно быть, посчитали технологию перспективной, потому что в 2020 году они выпустили еще один открытый тендер на новый контракт на спутниковое радиообнаружение. Если технология будет развиваться так быстро, как предсказывает Hawkeye 360, пограничные службы вскоре смогут обнаруживать лодки с мигрантами со спутниковым телефоном почти ежечасно, задолго до того, как лодки покинут поисково-спасательные зоны стран Северной Африки. без необходимости держать в воздухе флот самолетов или дронов или просеивать видеопотоки часами.

Социолог Озгюн Топак из Йоркского университета в Торонто, Канада, называет переход к дистанционному обнаружению мигрантов и сотрудничеству со странами происхождения адаптационной стратегией европейских властей, которая помогает им выполнять постановления суда и законы, но продолжает перекладывать ответственность на другие страны. Другими словами, европейские агентства рассматривают свои прямые контакты с мигрантами как проблему, вместо того, чтобы рассматривать опасное положение мигрантов в море или в Северной Африке как проблему. Технология предназначена для спасения Европы от мигрантов, а не от мигрантов с моря.

Чем отличается технология

Джейкоб говорит, что провел где-то от трех до четырех лет, пытаясь мигрировать из Гвинеи в Испанию. В конце концов он нашел работу для человека, которого Джейкоб описывает как «связанного с торговцами людьми».

«Есть люди, которые работают на торговцев людьми год или около того, — говорит он, — чтобы заплатить за проезд. Однажды контакт Джейкоба сказал ему, что настала его очередь попытаться пересечь границу. Но сесть в лодку — не то же самое, что переплыть.

Джейкоб говорит, что море жесткое, лодки ненадежны. Те, которые он использовал, были сделаны из пластика, который не выдерживал многочасового воздействия морской воды или бензина, разбрызгиваемого на него расшатанным мотором. Погода изменится. «Люди впадают в панику каждую минуту, у лодки могут возникнуть проблемы, и тогда марокканская полиция может поймать вас в море и вернуть обратно», — вспоминает он.

Во время одной из этих неудачных поездок марокканская полиция обвинила Джейкоба в том, что он сам занимается торговлей людьми, возможно, потому, что, когда они попросили кого-нибудь помочь довести лодку до берега, он согласился. Судья посадил его и еще пару человек в тюрьму, а затем полиция высадила их в другом городе внутри страны.

Пойманы, в наручниках

Двое мужчин, пойманные марокканской полицией после неудачного перехода в Испанию. Мигранты говорят, что полиция увезла их далеко вглубь страны, чтобы отсрочить последующие попытки.

Courtesy “Jacob”

Отдых в дальней дороге

Мигранты отдыхают на алжирско-марокканской границе.

Предоставлено “Джейкоб”

Сначала по суше, затем по морю

Мигранты часто преодолевают большие расстояния по суше, прежде чем сесть на лодку и пересечь Средиземное море, подвергая себя опасным торговцам людьми и сильной жаре.

Предоставлено “Джейкоб”

Если бы его лодке удалось выйти в нейтральные воды и позвать на помощь, проходящие торговые суда могли бы забрать его пассажиров, как и сотни других мигрантов, а затем обратиться к властям за указаниями, куда их доставить. Это цель большинства лодок-мигрантов: их владельцы не оснащают лодки для успешного прохождения полного перехода. Пассажирам повезет, если они смогут взять с собой больше, чем удостоверение личности и мобильные телефоны. У лодок часто достаточно топлива, чтобы уйти от побережья Северной Африки, но недостаточно, чтобы добраться до Европы.

Некоторые люди — не Джейкоб — также имеют веские основания просить убежища в безопасной стране. Международное право защищает этих людей, но если власти Северной Африки захватят их первыми, эти люди не смогут просить убежища у европейских стран.

Отодвигание границы к соседям

Возможно, поэтому ЕС финансирует множество проектов, направленных на то, чтобы люди не могли попасть в международные или европейские воды. Самые передовые включают в себя поиск за границами Европы. Европейское космическое агентство предложило использовать спутниковые снимки для поиска активности мигрантов до того, как люди пересекут границы, Frontex использует самолеты, пролетающие над международными частями Средиземного моря, для «раннего предупреждения» о потенциальных пересечениях европейских вод, а недавно отмененный В тендере Frontex упоминался «Механизм предварительного предупреждения» и прогнозирование нелегальной миграции с использованием социальных сетей. Другими словами, пограничное ведомство хочет видеть будущее по ту сторону своих границ.

Подобно тому, как Соединенные Штаты оказывали давление на Мексику, чтобы она приняла жесткие меры на границе со странами Центральной Америки, реальной целью Европы может быть предсказание, обнаружение и предотвращение нелегальной миграции из Северной Африки задолго до того, как потенциальные мигранты когда-либо покинут берега Триполи, столицы Ливии. . Например, один исследовательский проект, финансируемый ЕС, опубликовал результаты использования данных поиска Google для прогнозирования международной миграции. Другой набор проектов, финансируемых ЕС, направлен не только на то, чтобы понять восприятие ЕС. потенциальными мигрантами, но и выйти за границу и изменить эти представления.

Может им и не надо. Мигранты, в том числе Джейкоб, дают своим соотечественникам, вернувшимся домой, ясное представление: «Я говорю людям, которые хотят пересечь границу, что это очень опасно… это не так просто, как люди себе это представляют в Марокко», — говорит Джейкоб.

Группы гражданского общества утверждают, что европейская практика обращения к странам Северной Африки с просьбой забрать обнаруженные дистанционно лодки с мигрантами нарушает морское право и право просить убежища ( здесь и здесь). Настоящий ЕС Стратегия может удовлетворить узкие требования, вытекающие из судебных решений в начале 2010-х годов, связанных с возвратом, но множество новых дел может снова изменить европейскую пограничную политику.

В 2019 году юристы-правозащитники возбудил дело против ЕС. в Международный уголовный суд в Гааге, Нидерланды, который чаще всего занимается военными преступлениями. Это дело — дело далекое, говорит ученый-международник в области права Дэвид Фернандес Рохо из Университета Деусто в Бильбао, Испания, но это или подобные дела могут создать более открытый отчет о неправомерном поведении и оказать моральное давление на ЕС. в ответ на его политику и действия.

Например, в мае 2021 года Управление Верховного комиссара ООН по правам человека сообщил о нескольких случаях, когда Frontex делился информацией о наблюдении с ливийскими властями, чтобы ливийская береговая охрана могла вернуть лодки с мигрантами в небезопасные порты. Хотя офис комиссара имеет ограниченные полномочия действовать на основании своих выводов, он все же рекомендовал ЕС. прекратить высадку мигрантов в Ливии и отметил, что Европа «обязана… предотвращать жестокое обращение со стороны третьих лиц, включая частных субъектов или другие государства, действующие в пределах их юрисдикции или эффективного контроля».

Гражданское наблюдение

В то время как основными игроками в области наблюдения и контроля за соблюдением границ в Европе являются крупные компании и государственные учреждения, кабинетным детективам легче, чем когда-либо, находить и сообщать о нарушениях на границе. Один инструмент, называемый Alarm Phone – это союз мигрантов и группы гражданского общества, который предлагает мигрантам на борту звонить или отправлять сообщения с просьбой о спасении во время их морских переходов. Затем группа предупреждает морские спасательные службы и общественность о привлечении властей к ответственности.

Группы гражданского общества также обращаются к общедоступным данным для пограничной полиции Европы. В конце 2020 г. Группа расследователей Bellingcat использовала общедоступные данные слежения за кораблями и воздушным транспортом, а также видео от мигрантов, чтобы обвинить Frontex в участии в незаконных ответных действиях, проводимых греческой береговой охраной. Другая группа под названием Space-Eye разработала инструменты для обнаружения лодок с мигрантами на общедоступных спутниковых снимках. Он утверждает, что подтвердил по крайней мере один отказ с помощью спутниковых данных.

«Если бы гражданское общество не использовало технологии, вы бы об этом не слышали», — говорит Дэвид Хаммонд, основатель и попечитель Human Rights at Sea, организации гражданского общества в Хаванте, Соединенное Королевство.

Ученые-исследователи годами грызли лодку с мигрантами с помощью спутников. Растущие объемы данных и вычислительная мощность означают, что теперь даже ученые-дилетанты могут писать сообщения в блогах ( здесь и здесь) о написании собственного программного обеспечения для обнаружения лодок. Но способности — это не то же самое, что ответственность: по крайней мере один из этих специалистов по данным участвовал в открытом конкурсе, финансируемом Airbus, крупным поставщиком пограничных технологий.

«Когда вы имеете дело с людьми и спутниками, это всегда проблема, потому что это тонкая грань между помощью и наблюдением», — говорит исследователь дистанционного зондирования. Урша Канжир из Исследовательского центра Словенской академии искусств и наук в Любляне, Словения, которая опубликовала статью Acta Astronautica о возможности использования спутниковых данных Sentinel-2 для спасения судов с мигрантами.

Пока рано говорить о том, слежка или наблюдение за властями снизу будет работать как в пользу прав человека мигрантов, так и против них. Но обвинения гражданского общества в отказах вызвали пристальное внимание со стороны нескольких европейских надзорных организаций: Европейское управление по борьбе с мошенничеством в январе 2021 года начало расследование в отношении Frontex, среди прочего, на предмет его предполагаемого участия в отказах. В июне 2021 года европейский омбудсмен сообщил, что Frontex не выполнил свои рекомендации по рассмотрению жалоб на нарушение прав человека, и рекомендовал агентству обеспечить большую прозрачность во взаимодействии с группами гражданского общества. В июле 2021 года рабочая группа Европейского парламента пришла к выводу, что у нее недостаточно доказательств, чтобы обвинить Frontex в нарушении прав человека, несмотря на признание Bellingcat и других отчетов. Однако в нем говорилось, что Frontex «не предотвратил нарушения [государств-членов ЕС] и не снизил риск серьезных нарушений в будущем». Серия расследований, возможно, способствовала решению Европейского парламента в октябре 2021 года удержать 12% бюджета Frontex на 2022 год.

Технология откладывает или переносит пограничные столкновения

Гонка вооружений пограничных технологий — это не гонка по устранению причин миграции. Как и любая стена, она может только заставить потенциальных мигрантов больше думать о том, как пройти через нее и поднять ставки неудачи. В то время как европейские власти инвестировали десятки миллионов евро, чтобы гражданам было труднее видеть, как их пограничные патрули противодействуют миграции, разоблачители участников, недовольные соседи, ошибки или простое неуважение к международному праву раскроют то, что даже самая сложная технология могла бы на какое-то время скрыть.

Даже если страны назначения обнаружат их по пути, эти мигранты имеют права, закрепленные в законах, установленных странами назначения, которые дают им право на спасение в море и ходатайство о предоставлении убежища в безопасной стране.

Вспышки насилия, экономическая нестабильность и, возможно, даже изменение климата будут мотивировать мигрантов, несмотря на технологические барьеры. «Пограничная политика — это просто политика, направленная на то, чтобы беспокоить мигрантов, но она их никогда не остановит», — говорит Джейкоб. Он говорит, что предпочел бы работать в североафриканской стране, чем мигрировать в Испанию, но нежелание этих стран предоставлять законное проживание западноафриканцам и жестокость их полиции сделали пребывание там слишком опасным. По его словам, один друг умер, упав или будучи брошенным с верхнего этажа полицейского участка в Алжире.

Теперь отсутствие у него легального вида на жительство в Испании ограничивает его возможности зарабатывать и не позволяет ему приезжать домой, но это не так опасно, как в Северной Африке. Тем не менее, он изолирован от своей семьи: у его матери и брата плохая мобильная связь, поэтому он лишь изредка общается с ними. «Я не знаю, когда увижу маму и брата. Сейчас это одна из самых сложных вещей», — говорит Джейкоб.

Мигрировав через шесть стран и пережив больше попыток пересечения моря, чем он может вспомнить, Джейкоб говорит, что переезд в еще одну страну, вероятно, не улучшит его судьбу.