Магнитный детектор
Магнитный детектор или магнитный детектор Маркони , иногда называемый «Мэгги», был одним из первых детекторов радиоволн, который использовался в некоторых из первых радиоприемников для приема азбуки Морзе сообщений в эпоху беспроводной телеграфии на рубеже 20-го века. [1] [2] Разработан в 1902 году пионером радио Гульельмо Маркони. [1] [2] [3] на основе метода, изобретенного в 1895 году новозеландским физиком Эрнестом Резерфордом. [4] он использовался в беспроводных станциях Маркони примерно до 1912 года, когда его заменили электронные лампы . [5] Он получил широкое распространение на кораблях из-за своей надежности и нечувствительности к вибрации. Магнитный детектор был частью беспроводного устройства в радиорубке Титаника , которое использовалось для вызова помощи во время его знаменитого затопления 15 апреля 1912 года. [6]
История
[ редактировать ]
Примитивные радиопередатчики с искровым разрядником, использовавшиеся в течение первых трех десятилетий радио (1886-1916), не могли передавать звук (звук) и вместо этого передавали информацию посредством беспроводной телеграфии ; оператор включал и выключал передатчик с помощью телеграфного ключа , создавая импульсы радиоволн для написания текстовых сообщений азбукой 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 делало, называлось детектором . Первым широко используемым детектором был когерер , изобретенный в 1890 году. Когерер был очень плохим детектором, нечувствительным и склонным к ложному срабатыванию из-за импульсного шума, что побудило множество исследований найти лучшие детекторы радиоволн.
Эрнест Резерфорд впервые использовал гистерезис железа для обнаружения волн Герца в 1896 году. [4] [7] путем размагничивания железной иглы, когда радиосигнал проходил через катушку вокруг иглы, однако иглу приходилось перемагничивать, поэтому это не подходило для детектора непрерывного действия. [7] Многие другие исследователи беспроводной связи, такие как Э. Уилсон, К. Тиссо, Реджинальд Фессенден , Джон Амброуз Флеминг , Ли Де Форест , Дж. Балсилли и Л. Тьери, впоследствии разработали детекторы, основанные на гистерезисе, но ни один из них не получил широкого распространения из-за различных недостатков. . [7] Многие более ранние версии имели вращающийся магнит над неподвижной железной лентой с катушками на ней. [8] Этот тип был чувствителен только периодически, когда магнитное поле менялось, что происходило, когда магнитные полюса проходили через железо.
Во время своих экспериментов по трансатлантической радиосвязи в декабре 1902 года Маркони обнаружил, что когерер слишком ненадежен и нечувствителен для обнаружения очень слабых радиосигналов при передаче на большие расстояния. Именно эта потребность побудила его разработать магнитный детектор. Маркони разработал более эффективную конфигурацию, в которой движущаяся железная лента, приводимая в движение часовым двигателем, проходит мимо неподвижных магнитов и катушек, что приводит к непрерывной подаче железа, меняющего намагниченность и, следовательно, к постоянной чувствительности (Резерфорд утверждал, что он также изобрел эту конфигурацию). [8] Магнитный детектор Маркони был «официальным» детектором, использовавшимся компанией Marconi с 1902 по 1912 год, когда компания начала переходить на клапан Флеминга и Audion вакуумные лампы типа . Он использовался до 1918 года.
Описание
[ редактировать ]
См. рисунок справа. Версия Маркони состояла из бесконечной железной ленты ( B ), состоящей из 70 прядей железной проволоки № 40, покрытой шелком . В процессе работы лента проходит через два шкива с канавками, которые вращаются заводным часовым двигателем. [1] [2] Железная полоса проходит через центр стеклянной трубки, которая плотно намотана одним слоем длиной несколько миллиметров медной проволокой № 36 с шелковым покрытием. Эта катушка ( C ) функционирует как катушка радиочастотного возбуждения. Поверх этой обмотки намотана небольшая катушка проводом того же сечения с сопротивлением около 140 Ом . Эта катушка ( D ) функционирует как катушка звукоснимателя . два постоянных подковообразных магнита, Вокруг этих катушек расположены которые намагничивают железную ленту, когда она проходит через стеклянную трубку. [1]
Как это работает
[ редактировать ]Устройство работает за счет гистерезиса намагниченности железных проводов. [1] [2] Постоянные магниты устроены таким образом, чтобы создавать два противоположных магнитных поля, каждое из которых направлено к центру катушки (или от него) в противоположных направлениях вдоль провода. Это позволяет намагничивать железную полосу вдоль ее оси сначала в одном направлении, когда она приближается к центру катушек, а затем меняет ее магнетизм на противоположное направление, когда она выходит с другой стороны катушки. [2] Из-за гистерезиса ( коэрцитивной силы ) железа поле определенное пороговое магнитное поле ( коэрцитивное Hc ) . для обращения намагниченности требуется Таким образом, намагниченность в движущихся проводах меняется не в центре устройства, где меняется поле, а где-то по направлению к исходящей стороне проводов, когда поле второго магнита достигает H c . [1] [2] Хотя сам провод движется через катушку, в отсутствие радиосигнала место, где намагниченность «переворачивается», остается неподвижным по отношению к приемной катушке, поэтому не происходит изменения потока и в приемной катушке не индуцируется напряжение.
Радиосигнал от антенны ( А ) принимается тюнером ( не показан ) и проходит через катушку возбуждения С , другой конец которой соединен с землей ( Е ). [2] Быстро меняющееся магнитное поле катушки превышает коэрцитивную силу H c и устраняет гистерезис железа, в результате чего изменение намагниченности внезапно перемещается вверх по проводу к центру, между магнитами, где поле меняет направление. [1] [2] Это имело эффект, аналогичный введению магнита в катушку, вызывая магнитного потока через приемную катушку D изменение , вызывая импульс тока в приемной катушке. Звукоснимающая катушка подключена к телефонной трубке ( наушнику ) ( Т ), которая преобразует импульс тока в звук . [2]
Радиосигнал от передатчика с искровым разрядником состоял из импульсов радиоволн ( затухающих волн ), которые повторялись со скоростью звука, около нескольких сотен в секунду. Каждый импульс радиоволн вызывал в наушнике импульс тока. [1] поэтому сигнал в наушниках звучал как музыкальный тон или жужжание.
Технические детали
[ редактировать ]
Железный ремешок приводился в движение ходовой пружиной и часовым механизмом внутри корпуса. Для скорости ленты даны разные значения: от 1,6 до 7,5 см в секунду; устройство, вероятно, могло бы работать в широком диапазоне скоростей. [8] Оператору приходилось удерживать боевую пружину во взведенном состоянии с помощью рукоятки, расположенной сбоку. Иногда операторы забывали его завести, поэтому браслет переставал вращаться, а детектор переставал работать, иногда в середине радиосообщения.
Детектор производил электронный шум , который воспринимался в наушниках как «шипящий» или «ревущий» звук на заднем плане, что несколько утомляло его прослушивание. [9] Это был шум Баркгаузена, возникший из-за эффекта Баркгаузена в утюге. [9] Поскольку магнитное поле в определенной области железной проволоки менялось по мере ее прохождения через детектор, микроскопические доменные границы между магнитными доменами в железе перемещались серией рывков, зацикливаясь на дефектах кристаллической решетки железа. затем вытащили на свободу. Каждый рывок вызывал крошечное изменение магнитного поля в катушке и вызывал импульс шума.
Поскольку на выходе был переменный аудиоток, а не постоянный ток, детектор можно было использовать только с наушниками, а не с обычным записывающим устройством, используемым в когерерных радиотелеграфных приемниках, - сифонным бумажным магнитофоном. [10]
С технической точки зрения для работы необходимо несколько тонких предпосылок. Напряженность магнитного поля постоянных магнитов на железной ленте должна быть того же порядка, что и напряженность поля, создаваемого радиочастотной катушкой возбуждения, что позволяет радиочастотному сигналу превысить пороговый гистерезис (коэрцитивность) железо. Кроме того, импеданс тюнера, подающего радиосигнал, должен быть низким, чтобы соответствовать низкому импедансу катушки возбуждения, что требует особых требований к конструкции тюнера. Сопротивление телефонного наушника должно примерно соответствовать сопротивлению катушки звукоснимателя, которое составляет несколько сотен Ом. Железная лента движется со скоростью несколько миллиметров в секунду. Магнитный детектор был гораздо более чувствительным, чем когереры . обычно использовавшиеся в то время [1] хотя и не столь чувствителен, как клапан Флеминга , который начал его заменять примерно в 1912 году. [5]
В « Справочнике технических инструкций для беспроводных телеграфистов » Дж. К. Хоукхеда (второе издание, переработанное Х. М. Доусеттом) на стр. 175 приведены подробные инструкции и технические характеристики по эксплуатации и техническому обслуживанию магнитного детектора Маркони.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Флеминг, Джон Амброуз (1911). . В Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия . Том. 26 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. стр. 510–541, см. стр. 536, второй абзац, строки 8 и 9 и рисунок 45.
В 1902 году Маркони изобрел две формы магнитного детектора, один из которых он превратил в детектор электрических волн необычайной тонкости и полезности.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Флеминг, Джон Амброуз (1908). Принципы электроволновой телеграфии . Великобритания: Longmans, Green and Co., стр. 380–382 .
- ^ Маркони, Гульельмо (1902). «Заметка о магнитном детекторе электрических волн, который может быть использован в качестве приемника в космической телеграфии» . Труды Королевского общества . 70 (459–466). Лондон: 341–344. Бибкод : 1902RSPS...70..341M . дои : 10.1098/rspl.1902.0034 .
- ^ Перейти обратно: а б Резерфорд, Эрнест (1 января 1897 г.). «Магнитный детектор электрических волн и некоторые его применения» . Философские труды Лондонского королевского общества . 189 . Королевское общество: 1–24. Бибкод : 1897RSPTA.189....1R . дои : 10.1098/rsta.1897.0001 .
- ^ Перейти обратно: а б Венас, Эрик П. (2007). Радиола: Золотой век RCA, 1919-1929 гг . Издательство Соноран. п. 2. ISBN 978-1886606210 .
- ^ Стивенсон, Паркс (ноябрь 2001 г.). «Беспроводная установка Маркони на корабле «Титаник»» . Бюллетень старожила . 42 (4). Ассоциация античной беспроводной связи . Проверено 22 мая 2016 г. скопировано на личном сайте Стивенсона marconigraph.com.
- ^ Перейти обратно: а б с Филлипс, Вивиан Дж. (1980). Ранние детекторы радиоволн . Peter Peregrinus, Ltd. и Музей науки, Лондон. стр. 85 –122. ISBN 0906048249 .
- ^ Перейти обратно: а б с Филлипс (1980) Ранние детекторы радиоволн , с. 103-105
- ^ Перейти обратно: а б Филлипс (1980) Ранние детекторы радиоволн , с. 98, 102, 106
- ^ Флеминг, Джон Амброуз (1916). Элементарное руководство по радиотелеграфии и радиотелефонии для студентов и операторов, 3-е изд . Великобритания: Longmans, Green and Co., стр. 203, 208.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с магнитными детекторами, на Викискладе? - Магнитный детектор Маркони Из книги Дж. Эрскина-Мюррея «Справочник по беспроводной телеграфии» (1913). Доктор наук
- Основы магнитного детектора
