Магнитный детектор - Magnetic detector

Беспроводной магнитный детектор Маркони (Лондон)

В магнитный детектор или же Магнитный детектор Маркони, иногда называемый «Мэгги», был одним из первых детектор радиоволн используется в некоторых из первых радиоприемники получать азбука Морзе сообщения во время беспроводной телеграф эпохи на рубеже 20-го века.[1][2] Разработан в 1902 году пионером радио Гульельмо Маркони[1][2][3] из метода, изобретенного в 1895 году новозеландским физиком Эрнест Резерфорд[4] он использовался в беспроводных станциях Marconi примерно до 1912 года, когда его заменили вакуумные трубки.[5] Он широко использовался на кораблях из-за своей надежности и нечувствительности к вибрации. Магнитный детектор был частью беспроводного устройства в радиорубке RMS Титаник который использовался для вызова помощи во время его знаменитого затопления 15 апреля 1912 года.[6]

История

Один из первых прототипов магнитных детекторов, построенных Маркони в 1902 году в миланском музее. Сенсорные катушки на этом приборе удалены.
Воссоздание радиорубки корабля Маркони в Морском музее Ольборга, Ольборг, Дания. Магнитный детектор находится на столе справа от приемника тюнера Marconi, который выдает сигнал для магнитного детектора.

Примитивный радиопередатчики с искровым разрядником использовавшееся в течение первых трех десятилетий радио (1886-1916) не могло передавать аудио (звук) и вместо этого передавал информацию беспроводной телеграф; оператор включал и выключал передатчик с помощью телеграфный ключ, создавая импульсы радиоволн для написания текстовых сообщений на азбука Морзе. Таким образом, радиоприемное оборудование того времени не должно было преобразовывать радиоволны в звук, как современные приемники, а просто обнаруживать наличие или отсутствие радиосигнала. Устройство, которое это сделало, называлось детектор. Первым широко используемым детектором был когерер, изобретенный в 1890 году. Когерер был очень плохим детектором, нечувствительным и склонным к ложным срабатываниям из-за импульсного шума, что побудило многие исследования найти лучшие детекторы радиоволн.

Эрнест Резерфорд впервые использовал гистерезис железа для обнаружения волн Герца в 1896 г.[4][7] за счет размагничивания железной иглы, когда радиосигнал проходит через катушку вокруг иглы, однако иглу пришлось перемагничивать, поэтому это не подходило для непрерывного детектора.[7] Многие другие исследователи беспроводной связи, такие как Э. Уилсон, К. Тиссо, Реджинальд Фессенден, Джон Амброуз Флеминг, Ли Де Форест, J.C. Balsillie и L.Tieri впоследствии изобрели детекторы на основе гистерезиса, но ни один из них не получил широкого распространения из-за различных недостатков.[7] Многие ранние версии имели вращающийся магнит над неподвижной железной лентой с катушками на ней.[8] Этот тип был только периодически чувствительным, когда магнитное поле изменялось, что происходило, когда магнитные полюса проходили через железо.

Во время своих трансатлантических экспериментов по радиосвязи в декабре 1902 г. Маркони нашел когерер быть слишком ненадежным и нечувствительным для обнаружения очень слабых радиосигналов при передаче на большие расстояния. Именно эта потребность побудила его разработать свой магнитный детектор. Маркони разработал более эффективную конфигурацию с движущейся железной лентой, приводимой в движение часовым двигателем, проходящим мимо неподвижных магнитов и катушек, что привело к непрерывной подаче железа, изменяющей намагниченность, и, таким образом, постоянной чувствительности (Резерфорд утверждал, что он также изобрел эту конфигурацию).[8] Магнитный детектор Маркони был "официальным" детектором, используемым Компания Маркони с 1902 по 1912 год, когда компания начала переходить на Клапан Флеминга и Audion вакуумные лампы. Он использовался до 1918 года.

Описание

(A) Антенный провод, (B, B) Железная лента вокруг шкивов, (C, C) Обмотка ВЧ-возбуждения на стеклянной трубке, по которой проходит железная лента, (D) Обмотка звукоснимателя, (E) Заземляющая пластина, (S , N) Постоянные магниты, (T) Телефонная трубка.

См. Рисунок справа. Версия Маркони состояла из бесконечной железной ленты (B) состоит из 70 нитей калибра 40, покрытых шелком. утюг провод. В процессе работы лента проходит над двумя шкивами с канавками, вращающимися за счет намотки. часовой механизм мотор.[1][2] Железная полоса проходит через центр стеклянной трубки, которая плотно намотана одним слоем по несколько миллиметров с шелком калибра 36. медь провод. Эта катушка (C) функционирует как радиочастота катушка возбуждения. Поверх этой намотки намотана небольшая бобина с проволокой того же калибра. сопротивление около 140 Ом. Эта катушка (D) функционирует как аудио приемная катушка. Вокруг этих катушек два постоянных подковообразные магниты организованы для намагничивать железная полоса, когда она проходит через стеклянную трубку.[1]

Как это устроено

Устройство работает гистерезис намагниченности в железных проволоках.[1][2] В постоянные магниты расположены так, чтобы создать два противоположных магнитные поля каждая из них направлена ​​в сторону (или от центра катушек) в противоположных направлениях вдоль провода. Это намагничивает железную ленту вдоль ее оси, сначала в одном направлении, когда она приближается к центру катушек, а затем меняет ее магнетизм в противоположном направлении, когда она уходит с другой стороны катушки.[2] Из-за гистерезиса (принуждение ) железа определенное пороговое магнитное поле ( коэрцитивное поле, ЧАСc) требуется для изменения намагниченности. Таким образом, намагниченность движущихся проводов меняется не на противоположную в центре устройства, где поле меняет направление, а на противоположную сторону проводов, когда поле второго магнита достигает ЧАСc.[1][2] Хотя сам провод движется через катушку, в отсутствие радиосигнала место, где намагниченность «переворачивается», является неподвижным по отношению к катушке датчика, поэтому нет никакого изменения магнитного потока и напряжения в катушке датчика.

Радиосигнал от антенна (А) принимается тюнером (не показано) и прошел через катушку возбуждения C, другой конец которого подключен к земля (E).[2] Быстро изменяющееся магнитное поле катушки превышает коэрцитивную силу ЧАСc и устраняет гистерезис железа, заставляя изменение намагниченности внезапно перемещаться вверх по проводу к центру, между магнитами, где поле меняет направление.[1][2] Это имело эффект, похожий на толкание магнита в катушку, вызывая магнитный поток через катушку датчика. D изменяться, вызывая импульс тока в катушке датчика. Катушка звукоснимателя подключена к телефонной трубке (наушники ) (Т), который преобразует текущий импульс в звук.[2]

Радиосигнал от передатчика искрового разрядника состоял из импульсов радиоволн (затухающие волны ), которые повторяются со скоростью звука около нескольких сотен в секунду. Каждый импульс радиоволн произвел импульс тока в наушнике,[1] поэтому сигнал звучал в наушниках как музыкальный тон или жужжание.

Технические детали

Используемый магнитный детектор

Железная лента была повернута пружина и часовой механизм внутри корпуса. Были даны разные значения скорости ленты от 1,6 до 7,5 см в секунду; устройство, вероятно, могло бы работать в широком диапазоне скоростей диапазона.[8] Оператору приходилось удерживать заводную пружину заводной рукояткой сбоку. Операторы иногда забывали его завести, поэтому полоса переставала вращаться и датчик переставал работать, иногда в середине радиосообщения.

Детектор произведен электронный шум который слышался в наушниках как "шипящий" или "ревущий" звук на заднем плане, который несколько утомлял при прослушивании.[9] Это было Шум Баркгаузена из-за Эффект Баркгаузена в железе.[9] Поскольку магнитное поле в заданной области железной проволоки изменяется по мере ее прохождения через детектор, микроскопические доменные стены между магнитные домены в железе двигались серией рывков, так как они зацеплялись за дефекты кристаллической решетки железа, а затем вырывались. Каждый толчок вызывал крошечное изменение магнитного поля через катушку и вызывал импульс шума.

Поскольку на выходе был звуковой переменный ток, а не постоянный, детектор можно было использовать только с наушниками, а не с обычным записывающим прибором, используемым в приемниках когерерной радиотелеграфии, сифонным бумажным магнитофоном.[10]

С технической точки зрения для работы необходимы несколько тонких предпосылок. Сила магнитного поля постоянных магнитов на железной полосе должна быть того же порядка величины, что и сила поля, генерируемого радиочастотной катушкой возбуждения, что позволяет радиочастотному сигналу превышать пороговый гистерезис (коэрцитивность) железо. Так же сопротивление тюнера, который передает радиосигнал, должен быть низким, чтобы матч низкий импеданс катушки возбуждения, требующий особого внимания к конструкции тюнера. Импеданс телефонного наушника должен примерно соответствовать импедансу звукоснимающей катушки, который составляет несколько сотен Ом. Железная лента перемещается на несколько миллиметров в секунду. Магнитный детектор был намного чувствительнее, чем когереры обычно использовались в то время,[1] хотя и не такой чувствительный, как Клапан Флеминга, которые начали заменять примерно в 1912 году.[5]

в Справочник технических инструкций для беспроводных телеграфистов Автор: Дж. К. Хокхед (Второе издание, пересмотренное Х. М. Доусеттом) на стр. 175 приведены подробные инструкции и спецификации по эксплуатации и обслуживанию магнитного детектора Маркони.

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я "Телеграф". Британская энциклопедия, 11-е изд.. 26. The Encyclopdia Britannica Co., 1911. стр. 536. Получено 9 ноября 2013.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я Флеминг, Джон Эмброуз (1908). Принципы электроволновой телеграфии. Великобритания: Longmans, Green and Co., стр.380 –382.
  3. ^ Маркони, Гульельмо (1902). «Записка о магнитном приемнике электрических волн, который может быть использован в качестве приемника в космической телеграфии». Труды Королевского общества. Лондон. 70: 341. Дои:10.1098 / рсп.1902.0034.
  4. ^ а б Резерфорд, Эрнест (1 января 1897 г.). «Магнитный детектор электрических волн и некоторые его применения». Философские труды Лондонского королевского общества. Королевское общество. 189: 1–24. Bibcode:1897РСПТА.189 .... 1Р. Дои:10.1098 / rsta.1897.0001.
  5. ^ а б Венаас, Эрик П. (2007). Радиола: Золотой век RCA, 1919-1929 гг.. Соноран Паблишинг. п. 2. ISBN  978-1886606210.
  6. ^ Стефенсон, Парки (ноябрь 2001 г.). «Беспроводная установка Marconi в R.M.S. Titanic». Вестник старожила. Ассоциация антикварных беспроводных устройств. 42 (4). Получено 22 мая, 2016. скопировано на личном сайте Стефенсона marconigraph.com
  7. ^ а б c Филлипс, Вивиан Дж. (1980). Ранние детекторы радиоволн. Peter Peregrinus, Ltd. и Музей науки, Лондон. стр.85 –122. ISBN  0906048249.
  8. ^ а б c Филлипс (1980) Ранние детекторы радиоволн, п. 103-105
  9. ^ а б Филлипс (1980) Ранние детекторы радиоволн, п. 98, 102, 106
  10. ^ Флеминг, Джон Эмброуз (1916). Элементарное пособие по радиотелеграфии и радиотелефонии для студентов и операторов, 3-е изд.. Великобритания: Longmans, Green and Co., стр. 203, 208.

внешняя ссылка