DE1227169B - Verfahren zur Herstellung einer magnetostriktiven Verzoegerungsleitung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03h

Deutsche Kl.: 21g-34

Nummer: 1227169

Aktenzeichen: T23031IXd/21g

Anmeldetag: 17. November 1962

Auslegetag: 20. Oktober 1966

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer magnetostriktiven Verzögerungsleitung mit verbesserten Dämpfungseigenschaften. Derartige Verzögerungsleitungen sind beispielsweise anwendbar in der Farbfernsehtechnik, für Radargeräte oder in der Computer-Technik.

Es sind magnetostriktive Verzögerungsleitungen bekannt (Proceedings of the IEE, Part B, Vol. 103, 1956, S. 497 bis 508), bei denen ein Draht, insbesondere ein Nickeldraht mit magnetostriktiven Eigenschäften, an seinen beiden Enden in zwei reflexionsfreien Lagern eingespannt ist. Zwischen den beiden Lagern befinden sich koaxial auf dem Draht an zwei Stellen je eine Spule. Die eine Spule dient dazu, ein Ultraschallsignal in dem Draht zu erzeugen. Mit der anderen Spule wird dieses Signal mit einer entsprechenden Verzögerungszeit wieder als elektrisches Signal aus der Verzögerungsleitung herausgekoppelt. Vorzugsweise wird die Verzögerungsleitung an der Stelle der beiden Spulen durch ein magnetisches Gleichfeld, insbesondere mit einem Permanentmagneten vormagnetisiert, damit das durch die Spulen bewirkte magnetische Wechselfeld an einem geeigneten Arbeitspunkt der Kennlinie der Verzögerungsleitung liegt. Durch die Einkoppelspule werden in dem Draht Dehnungswellen erzeugt, die sich in Drahtrichtung mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten und die mit der Einkoppelspule in die Verzögerungsleitung gegebene Information enthalten.

Die Dämpfung zwischen dem eingekoppelten und dem herausgekoppelten Signal ist im wesentlichen durch zwei Dämpfungsgrößen gegeben. Einmal ist beim Einkoppeln und Auskoppeln die sogenannte Wandlerdämpfung wirksam. Zum anderen ist bei der Ausbreitung der Dehnungswelle auf der Leitung eine Ausbreitungsdämpfung wirksam, die der Länge der Leitung proportional ist. Dabei ist in der Regel die Wandlerdämpfung um mehrere Größenordnungen größer als die Ausbreitungsdämpfung. Zur Verringerung der Wandlerdämpfung ist es bekannt (Nachdatentechnik, August 1962, S. 286 bis 293), die Leitung aus einem Material mit hohem elektromechanischen! Kopplungsfaktor, beispielsweise einem Nickeldraht, herzustellen. Dieses erfolgt insbesondere durch ein Glühen des Nickeldrahtes. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß die Wandlerdämpfung zwar herabgesetzt, die Ausbreitungsdämpfung auf der Leitung jedoch wesentlich vergrößert wird, was insbesondere für große Verzögerungszeiten und lange Verzögerungsleitungen nachteilig ist.

Zur Verringerung der Ausbreitungsdämpfung ist es bekannt, die Leitung aus einem ziehharten Nickel-Verfahren zur Herstellung einer
magnetostriktiven Verzögerungsleitung

Anmelder:
Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Werner Scholz, Hannover-Linden -·

draht herzustellen. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß dabei die Wandlerdämpfung gegenüber dem geglühten Nickeldraht wesentlich heraufgesetzt wird.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Lösungen und besteht bei einer magnetostriktiven Verzögerungsleitung, bei der das zu verzögernde Signal mit einem Wandler an einer Stelle in die an ihren Enden reflexionsfrei eingespannte Leitung als Ultraschallsignal eingekoppelt wird, das nach Durchlaufen der Ausbreitungsstrecke, deren Länge der Verzögerungszeit entspricht, an einer anderen Stelle mit einem zweiten Wandler ausgekoppelt wird, darin, daß für die Ausbreitungsstrecke ein Material mit günstigen Ausbreitungseigenschaften und für den Bereich der Wandler ein Material mit hohem elektromechanischen! Kopplungsfaktor verwendet ist.

Beispielsweise kann ein ziehharter Nickeldraht verwendet werden, der nur an den Stellen der Wandlerspulen geglüht ist. Es ist auch möglich, für die Ausbreitungsstrecken einen beliebigen Draht zu verwenden, den Draht an den Stellen der Wandlerspulen aufzutrennen und an diesen Stellen Leitungsstücke aus einem anderen Material mit hohem elektromechanischen Kopplungsfaktor einzusetzen.

Es ist bekannt (britische Patentschrift 714 627), für die Ausbreitungsstrecke eine Leitung aus einem Material mit guten Ausbreitungseigenschaften vorzusehen und an diese Leitung Leitungsstücke anzusetzen, die eine geringe Wandlerdämpfung aufweisen und die Wandlerspulen tragen. Die Leitungsstücke werden z.B. durch Kitten, Kleben, Anglasen, Löten oder Schweißen an die Ausbreitungsleitung angesetzt. Hierbei werden zwar Wandlerdämpfung und Ausbreitungsdämpfung gering gehalten. Diese Lösung erfordert aber einen beträchtlichen Aufwand weil an jeder Stelle, an der ein Wandler vorgesehen ist, die Leitung aufgetrennt werden muß. Das Ansetzen der

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Claims (1)

1. 3 4

   Leitungsstücke muß außerdem mit besonderer Sorg- Schluß bilden. Mit einer Spule 4, die koaxial auf dem

   falt und unter besonderen Gesichtspunkten erfolgen, Draht 1 befestigt ist, wird das zu verzögernde Signal,

   damit an der Verbindungsstelle keine unerwünschten das über Klemmen 5 der Spule zugeführt wird, auf

   Reflexionen entstehen. die Leitung gegeben. Die Information breitet sich in

   Durch die gleiche Literaturstelle ist es auch be- 5 Richtung der Leitung, d. h. in Richtung des Pfeiles 6,

   kannt, einen Draht aus einem Material mit guten in Form einer Dehnungswelle mit Schallgeschwindig-

   Ausbreitungseigehschaften, z. B. Kupfer, an der Stelle keit aus. Mit einer am anderen Ende des Nickel-

   der Wandler mit einem Material mit guten magneto- drahtes 1 befindlichen gleichen Spule 7 wird die ver-

   striktiven Eigenschaften, z.B..Nickel, zum umgeben. zögerte Information wieder aus der Leitung heraus-

   Auch diese Lösung ist aufwandreich, weil entweder io gekoppelt und kann an den Klemmen 8 mit der ge-

   auf den Draht eine Hülse aus einem anderen Material wünschten Verzögerung abgegriffen werden. An den

   aufgebracht oder ein anderes Material auf den Draht Stellen 9,10 ist der aus einem ziehharten Material

   aufplatiert werden muß. Außerdem muß der Durch- bestehende Nickeldraht geglüht, so daß er an diesen

   messer der Hülse kontinuierlich auf den Durchmesser Stellen ein magnetisch weiches Verhalten zeigt und

   des Drahtes übergehen, weil sonst unerwünschte Re- 15 damit einen hohen Kopplungsfaktor hat.

   flexionen am Ende der Hülse entstehen. In Fig. 2 sind für verschiedene Ausführungs-

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ver- formen die Dämpfungskurven in Abhängigkeit von

   einfachtes Verfahren zur Herstellung einer Verzöge- der Frequenz des zu verzögernden Signals dargestellt,

   rungsleitung mit geringer Ausbreitungsdämpfung und Bei den drei dargestellten Kurvenpaaren 11,12,13

   geringer Wandlerdämpfung sowie geringen Reflexio- 20 zeigt jeweils die obere Kurve die Dämpfung für die

   nen an den Stellen der Wandler zu schaffen. gesamte Leitung und die untere Kurve die Dämpfung

   Die Erfindung besteht bei einem Verfahren zur für die Wandler allein. Der Unterschied zwischen den Herstellung' einer* magnetostriktiven Verzögerungs- beiden Kurven zeigt also die Ausbreitungsdämpfung leitung, bei der das zu verzögernde Signal mit einem auf der Leitung, d. h. zwischen den beiden Spulen 4,7. Wandler an einer Stelle in eine an ihren Enden re- 25 Das Kurvenpaar 11 gilt für einen durchgehend ziehflexionsfrei eingespannte Leitung als Ultraschallsignal harten Nickeldraht. Es ist zu erkennen, daß dabei die eingekoppelt und nach Durchlaufen der die Verzöge- Wandlerdämpfung sehr hoch ist, wenngleich die Ausrungszeit bestimmenden Ausbreitungsstrecke an einer breitungsdämpfung nur gering ist. Das Kurvenpaar 12 anderen Stelle mit einem zweiten Wandler ausgekop- gilt für einen Nickeldraht, der durchgehend ein mapelt wird, wobei die Leitung im Bereich der Aus- 30 gnetisch weiches Verhalten hat, beispielsweise geglüht breitungsstrecke aus einem Material mit günstigen ist. Es ist zu erkennen, daß die Wandlerdämpfung, Ausbreitungseigenschaften und im Bereich der Wand" insbesondere bei kleinen Frequenzen, zwar wesentler aus einem andersgearteten Material oder einer lieh geringer ist als bei einem Draht mit durchgehend Materialkombination mit hohem elektromechani- magnetisch hartem Material. Die Ausbreitungsschem Kopplungsfaktor besteht, darin, daß als Lei- 35 dämpfung ist jedoch insbesondere bei hohen Fretung ein homogener, sich über den Bereich der Aus- quenzen wesentlich größer als bei einem magnetisch breitungsstrecke und der Wandler erstreckender zieh- harten Material. Außerdem ist die Abhängigkeit beiharter Nickeldraht verwendet ist, der nur im Bereich der Dämpfungen von der Frequenz wesentlich größer der Wandler einer Glühbehandlung unterzogen wird. als bei dem ziehharten Nickeldraht. Das Kurvenpaar

   Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß 40 13 zeigt das Verhalten eines gemäß der Erfindung durch den Glühprozeß an den Stellen der Wandler behandelten Nickeldrahtes. Insbesondere bei kleinen ein hoher elektromechanischer Kopplungsfaktor er- Frequenzen ist die Wandlerdämpfung so gering wie zielt werden kann, während die Ausbreitungseigen- bei einem durchgehend geglühten Nickeldraht. Die schäften auf der Ausbreitungsstrecke, die nicht dem Ausbreitungsdämpfung ist in diesem Frequenzbereich Glühprozeß unterworfen wird, unverändert gut blei- 45 äußerst gering. Auch bei höheren Frequenzen bleibt ben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist deshalb be- die Ausbreitungsdämpfung auf einem verhältnismäßig sonders einfach und rationell, weil keine Leitungs- geringen Wert, während gleichzeitig die Wandlerstücke aus verschiedenen Materialien zusammen- dämpfung im Verhältnis zu dem durchgehend gegesetzt werden müssen. Deshalb werden auch un- glühten Nickeldraht (Kurvenpaar 12) nur wenig anerwünschte Reflexionen an der Stoßstelle zwischen 50 steigt. Bei der Kurve 13, die durch den erfindungsden Leitungsstücken verschiedenen Materials ver- gemäßen Nickeldraht erreicht wird, sind also die Vormieden, teile der Kurvenpaare 11 und 12 kombiniert.

   Durch die erfindungsgemäße Lösung werden die Die Anwendung der Erfindung ist auch für VerVorteile der bekannten Verzögerungsleitungen korn- zögerungsleitungen möglich, die aus einer größeren biniert. Durch das Material mit guten Ausbreitungs- 55 Zahl einzelner dünner Drähte bestehen. Dabei wird eigenschaften zwischen den Wandlerspulen bleibt die vorzugsweise das gesamte Leitungsbündel an der Ausbreitungsdämpfung klein, während durch das Stelle der Wandlerspulen geglüht. Durch die Oxyd-Material mit hohem Kopplungsfaktor an den Stellen schicht, die bei dieser Glühung entsteht, wird eine der Wandlerspulen die Wandlerdämpfung ebenfalls Verringerung der Wirbelstromverluste erzielt. Dagering gehalten wird. 60 durch wird die Wandlerdämpfung der Wandlerspulen

   Die Erfindung wird im folgenden an Hand der herabgesetzt.

   Figuren und an Hand dargestellter Meßergebnisse ' Patentanspruch-

   näher erläutert. ^

   In F i g. 1 ist ein Nickeldraht 1 mit magnetostrik- Verfahren zur Herstellung einer magnetostriktiven Eigenschaften an seinen beiden Enden in zwei 65 tiven Verzögerungsleitung, bei der das zu ver<Lagern 2, 3 eingespannt, die aus einem dämpfenden zögernde Signal mit einem Wandler an einer Stelle Material bestehen und für die durch den Nickel- in eine an ihren Enden reflexionsfrei eingespannte draht 1 gebildete Leitung einen reflexionsfreien Ab- Leitung als Ultraschallsignal eingekoppelt und

   nach Durchlaufen der die Verzögerungszeit bestimmenden Ausbreitungsstrecke an einer anderen Stelle mit einem zweiten Wandler ausgekoppelt wird, wobei die Leitung im Bereich der Ausbreitungsstrecke aus einem Material mit günstigen Ausbreitungseigenschaften und im Bereich der Wandler aus einem andersgearteten Material oder einer Materialkombination mit hohem elektromechanischen! Kopplungsfaktor besteht, dadurch gekennzeichnet, daß als Leitung (1) ein homogener, sich über den Bereich der Ausbreitungsstrecke und der Wandler (4,7) erstreckender ziehharter Nickeldraht verwendet ist, der nur im Bereich (9,10) der Wandler (4,7) einer Glühbehandlung unterzogen wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Britische Patentschrift Nr. 714 627;

   »Proceedings of the IEE«, Part B, Vol. 103,1956, S. 497 bis 508;

   »Nachrichtentechnik«, August 1962, S. 286 bis 293.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   609 707/344 10.66 © Bundesdruckerei Berlin