DE628277C

DE628277C - Filters for electrical vibrations

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Publication number: DE628277C
Application number: DEP67229D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1932-07-19
Filing date: 1933-03-16
Publication date: 1936-04-01
Also published as: US1997599A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Filter für elektrische Schwingungen. Üblicherweise bestehen solche Filter aus entsprechend geschalteten Induktivitäten und Kapazitäten. Eine gute Filterwirkung läßt sich indessen theoretisch auch durch das bekannte einfache Mittel eines Transformators erreichen, dessen Kern ein in seiner Mitte eingespannter, auf der Erscheinung der Magnetostriktion beruhender Vibrator ist. Ein solcher Transformator unterscheidet sich von den üblichen Transformatoren dadurch, daß sein Kern so ausgebildet ist, daß er zu schwingen vermag, und zwar im Rhythmus einer ganz bestimmten Frequenz. Nur diese Frequenz wird hindurchgelassen, während andere Frequenzen im Sekundärkreis des Transformators nicht oder nur schwach in Erscheinung treten. Wider Erwarten sind in den Sekundärkreisen solcher selektiv wirkender, auf der Erscheinung der Magnetostriktion beruhender Transformatoren die auszuscheidenden Harmonischen des erregenden Primärstromes noch relativ stark. Man hat bereits erkannt, daß die Ursache dieses Übelstandes darin liegt, daß die durch den magnetostriktiven Vibrator magnetomechanisch gekoppelte Primär- und Sekundärspule sich gegenseitig überdies induktiv beeinflussen, und man hat auch Mittel vorgeschlagen, um diese Beeinflussung zu beseitigen, ohne indessen durch sie zu dem gewünschten Erfolg zu gelangen. Zunächst erscheint es naheliegend, daß sich die ungewünschte induktive Beeinflussung durch die gleichen Mittel beseitigen ließe, die man bei nicht auf der Erscheinung der Magnetostriktion beruhenden Transformatoren zum Schutz der Spulen gegen ungewünschte magnetische Beeinflussung angewandt hat und die darin bestehen, die Spulen durch sie umgebende Kapseln abzuschirmen. Entsprechend durchgeführte Versuche haben jedoch zu keinem brauchbaren Ergebnis geführt. Waren die Schutzkapseln mit dem schwingenden Kern fest verbunden, so trat hierdurch eine Ver-Stimmung desselben auf, bestand jedoch zwischen ihnen und ihm ein Luftspalt, so verfehlten sie ihren Zweck. Abgesehen davon konnte durch die übliche Art der Abschirmung bei den in Frage stehenden, auf der Erscheinung der Magnetostriktion beruhenden Transformatoren der gewünschte Zweck nicht erfüllt werden, weil bei ihnen Kraftlinien an den Stirnflächen des Vibrators auszutreten und sich über die sie nicht induzierende Spule zu schließen vermögen.The invention relates to filters for electrical vibrations. Usually exist such filters from appropriately switched inductances and capacitances. A good filter effect can, however, be achieved theoretically also by the well-known simple means of a transformer, whose Kern a clamped in its center, based on the phenomenon of magnetostriction Vibrator is. Such a transformer is different from the usual ones Transformers in that its core is designed in such a way that it can oscillate, in the rhythm of a very specific frequency. Only this frequency is allowed to pass, while other frequencies not or only weakly in the secondary circuit of the transformer. Contrary to expectations, such are more selective in the secondary circles, on appearance the magnetostriction based transformers the harmonics to be eliminated of the exciting primary current is still relatively strong. It has already been recognized that the cause of this malady lies in that by the magnetostrictive vibrator magnetomechanically coupled primary and Secondary coils also influence each other inductively, and one also has means proposed to eliminate this influence without, however, by it to achieve desired success. At first it seems obvious that the undesired inductive interference could be eliminated by the same means that are used in Transformers not based on the phenomenon of magnetostriction for protection who used coils against undesired magnetic interference and the ones in it insist on shielding the coils by encapsulating them. Executed accordingly However, attempts have not led to any useful result. There were protective capsules with an oscillating core firmly connected, this resulted in a mood of the same, but existed between an air gap between them and him, they missed their purpose. Apart from that, it was possible through the usual type of shielding the transformers in question, based on the phenomenon of magnetostriction, do not have the desired purpose be fulfilled because with them lines of force emerge on the front surfaces of the vibrator and are able to close on the coil that does not induce them.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die durch den magnetostriktiven Vibrator magnetomechanisch gekoppelte Primär- und Sekundärspule gegen gegenseitige induktiveThe essence of the invention is that by the magnetostrictive vibrator magnetomechanically coupled primary and secondary coil against mutual inductive

Beeinflussung- durch einen den Kern nur an der Einspannstelle berührenden und eng an ihm anliegenden Schirm geschützt sind. Da die Anbringungsstelle des Schirmes eine Knotenstelle der Longitudinalschwingungen des Vibrators ist, werden dessen Schwingungen durch den dort befindlichen Schirm nicht beeinträchtigt. Andererseits hält der dort befindliche Schirm den aus den Stirnflächen des Vibrators austretenden Magnetfluß von der Spule fern, durch die er nicht "erzeugt worden ist.Influence - by a touching the core only at the clamping point and close to it shield adjacent to it are protected. Since the attachment point of the screen is a When the vibrator's longitudinal oscillations are at the junction, its oscillations become not affected by the screen located there. On the other hand, the screen located there keeps the one from the end faces The magnetic flux escaping from the vibrator is far away from the coil by which it was not "generated.

Theoretisch müßte der Schirm eine unendlich große Flächenausdehnung besitzen. Die t5 Praxis hat jedoch gezeigt, daß Schirme relativ kleiner Abmessungen hinreichen. Bildet man den Schirm lediglich durch eine in der Mitte des Vibrators angeordnete Platte, so fallen deren Abmessungen immerhin verhältnismäßig groß aus, namentlich im Hinblick auf nicht stati.onäre Anwendungen des Filters. Man kann sich jedoch die Abschirmplatte längs ihres Umfanges bis zu einer gewissen Tiefe gespalten und die beiden gespaltenen Teile 'nach entgegengesetzten Richtungen um 90 ° umgelegt denken, wodurch man zu kleinerfen Abmessungen gelangt. Durch diese Überlegung gelangt man zu einem Schirm, der aus einem· scheibenförmigen Mittelteil und von ihm ausgehenden Rohrstutzen besteht, die sich über die Enden des in ihnen befindlichen Vibrators erstrecken. Es hat sich als wesentlich ergeben, die Spulen -in unmittelbarer Nähe des scheibenförmigen Mittelteils anzuordnen, so _; „ daß ,die freien Enden, des .Vibrators aus den dem scheibenförmigen Mittelteil abgekehrten Stirnflächen der Spulen hervorragen.Theoretically, the screen should have an infinitely large area. Practice has shown, however, that screens of relatively small dimensions are sufficient. If the screen is formed merely by a plate arranged in the middle of the vibrator, its dimensions are still relatively large, especially with regard to non-stationary applications of the filter. However, the shielding plate can be split along its circumference to a certain depth and the two split parts can be thought of as being turned over by 90 ° in opposite directions, which leads to smaller dimensions. This consideration leads to a screen which consists of a disk-shaped central part and pipe stubs extending from it, which extend over the ends of the vibrator located in them. It has been found to be essential to arrange the coils in the immediate vicinity of the disk-shaped central part, so _; “That the free ends of the vibrator protrude from the end faces of the coils facing away from the disk-shaped central part.

Wenn man den Schirm aus einem magnetostriktiven Material fertigt, so kann auch ,.-. dieser als Vibrator dienen. In diesem Fall befindet sich die Primär- und die Sekundärspuje innerhalb eines Metallrohres, das aus einem magneto$triktiven Material besteht und als magnetosfcriktiv.er Vibrator wirkt, zu . verschiedenen Seiten einer das -Rohr unterteilenden Querscheidewand.If you make the screen from a magnetostrictive material, so can , .-. this serve as a vibrator. In this case is the primary and secondary puje inside a metal tube made of a magnetostrictive material and acts as a magnetosfcriktiv.er vibrator, too . different sides of a transverse partition dividing the pipe.

Die Transformation, die bei auf der Erscheinung der .,Magnetostriktion beruhenden Transformatoren stattfindet, ist mit gewissen Verlusten, verbunden^ die oft wieder, ausgeglichen werden müssen...Wenn dies geschehen oder wenn die.auszusiebende Frequenz auch noch verstärkt werden-soll, bedient man sich einer Filterkaskade· jtnit Verstärkerröhren.The transformation that occurs when based on the appearance of., Magnetostriction Transformers takes place is associated with certain losses, which are often compensated for must ... if this happens or if the frequency to be screened out too should be strengthened, one makes use of a filter cascade with amplifier tubes.

In. der Zeichnung ist eine solche Kaskade schematisch dargestellt. ...In. such a cascade is shown schematically in the drawing. ...

Auf der linken Seite, der Figur ist eine Verstärkerröhre 4. mit einem .Eingangs- und Äusgaiigsstromkreis dargestellt. Die Zuleitungen 2 dienen, zum Anschluß einer Wechselstromquelle, die nicht sinoidalen Wechselstrom liefert, von dem ein enges Frequenzband ausgewählt und verstärkt werden soll. Zu diesem Zwecke kann die Stromquelle unmittelbar mit dem Eingangsstromkreis der Verstärkerröhre 4 zwischen Gitter 8 und Heizfaden 6 verbunden werden. Es ist aber vorteilhafter, wie die Zeichnung dies zeigt, die Energie der Stromquelle dem Eingangsstromkreis der Verstärkerröhre 4 über einen Eingangstransformator 20 zuzuführen, dessen Primärwicklung 22 mit der Stromquelle und dessen Sekundärwicklung 24 mit ■ dem Eingangsstromkreis der Röhre 4 verbunden ist. In dem Eingangsstromkreis der Röhre 4 kann eine Batterie 25 liegen, die dem Gitter die nötige Vorspannung aufdrückt. Der Ausgangsstromkreis der Röhre 4, der zwischen Heizfaden 6 und Anode 10 angeschlossen ist, enthält eine Anodenbatterie 11 und eine Wicklung 14, innerhalb der axial ein magnetostriktiver Kern 16 gelagert ist. Der Kern 16 kann irgendeine beliebige geeignete Gestalt, etwa die eines Stabes oder eines Rohres, haben und kann aus irgendeinem geeigneten magnetostriktiven Material, etwa einer Kupfer-Nickel-Legierung, bestehen. Eine zweite Wicklung 18, die ebenfalls den Kern 16 umschließt, bildet mit der Wicklung 14 und dem Kern 16 einen auf der Erscheinung der Magnetostriktion beruhenden Transformator 19. Die Glieder der Anordnung stellen gemeinsam eine magnetostriktive Siebkette dar, wobei der Transformator 20 als Eingangstransformator und der Transformator 19 als Ausgangstransformator der Siebkette mit einer einzigen Verstärkungsstufe dient. Der Transformator 19 kann mit einer Belastung oder mit einem Stromanzeigegerät mittels der Zuleitungen 35 verbunden werden.On the left, the figure is one Amplifier tube 4. shown with an input and output circuit. The supply lines 2 are used to connect an alternating current source that is not sinoidal Supplies alternating current, from which a narrow frequency band are selected and amplified target. For this purpose, the power source can be connected directly to the input circuit of the amplifier tube 4 between grid 8 and filament 6 are connected. It is but more advantageous, as the drawing shows, the energy from the current source to the input circuit the amplifier tube 4 via an input transformer 20, the primary winding 22 of which is connected to the current source and its secondary winding 24 connected to the input circuit of the tube 4 is. In the input circuit of the tube 4 can be a battery 25, which the The necessary pretensioning of the grid. The output circuit of the tube 4, the is connected between filament 6 and anode 10, contains an anode battery 11 and a winding 14 within which a magnetostrictive core 16 is axially supported. The core 16 can be of any suitable shape such as a rod or a tube, and can be made of any suitable magnetostrictive material, a copper-nickel alloy, for example. A second winding 18, which also has the Enclosing core 16, forms with winding 14 and core 16 one on the appearance the magnetostriction based transformer 19. The links of the assembly together represent a magnetostrictive sieve chain, the transformer 20 as the input transformer and the transformer 19 as the output transformer of the Sieve chain with a single reinforcement stage is used. The transformer 19 can with a load or connected to a current display device by means of the leads 35 will.

Der Transformator 20 kann ein gewöhnlicher elektromagnetischer Transformator oder aber ein auf der Erscheinung der Magnetostriktion beruhender Transformator sein, wie die Abbildung dies zeigt.The transformer 20 can be an ordinary electromagnetic transformer or a transformer based on the phenomenon of magnetostriction, as the picture shows.

Falls es erwünscht ist, den Siebketteneffekt zu verstärken, kann die Wicklung 18 mittels der Zuleitungen 35 mit dem Eingangsstromkreis eines zweiten Verstärkers 34 zwischen Heizfaden 36 und Gitter 38 verbunden werden. Auf diese Weise koppelt der magnetostriktive Transformator 19 den Ausgangsstromkreis der ersten Verstärkerröhre 4 mit dem Eingangsstromkreis der zweiten Verstärkerröhre 34. Eine Wicklung 44, in der sich ein magnetostriktiver Kern 46 befindet, ist im Ausgangsstromkreis der Röhre 34 zwischen Heizfaden 36 und Anode 40 vorgesehen. In Serie mit der Wicklung 44 ist die Anodenbatterie 41 geschaltet. Auf dem Kern 46 kannIf it is desired to reinforce the sieve chain effect, the winding 18 can by means of of the leads 35 with the input circuit of a second amplifier 34 between Filament 36 and grid 38 are connected. This is how the magnetostrictive couples Transformer 19, the output circuit of the first amplifier tube 4 with the input circuit of the second amplifier tube 34. A winding 44 in which a magnetostrictive core 46 is located, is provided in the output circuit of the tube 34 between the filament 36 and the anode 40. The anode battery 41 is connected in series with the winding 44. On the core 46 can

eine zweite Wicklung 48 sitzen. Er bildet dann in Verbindung mit den Wicklungen 44 und 48 einen magnetostriktiven Transformator 49. Der Transformator 49 kann den Ausgangsstromkreis einer Siebkette mit zwei Verstärkungsstufen bilden und kann mit einer Belastung verbunden werden.a second winding 48 sit. It then forms 44 in conjunction with the windings and 48, a magnetostrictive transformer 49. The transformer 49 can be the Output circuit of a sieve chain with two amplification stages and can be combined with one Load to be connected.

Falls eine noch weitergehende Verstärkung der Siebkettenwirkung erwünscht ist,If a further strengthening of the sieve chain effect is desired,

to kann die Wicklung 48 mit dem Eingangsstromkreis einer dritten Verstärkerröhre 50 verbunden werden, deren Ausgangsstromkreis die Primärwicklung 54 eines Transformators 56 enthält, dessen Sekundärwicklung bei 58 gezeigt ist. Die Sekundärwicklung 58 kann dann mit einer Belastung oder einer stromanzeigenden Vorrichtung verbunden werden. Eine Anodenbatterie 52 und ein Widerstand 53 von etwa 40 000 Ω kann der Wicklung 54 parallel geschaltet sein. Ein Kondensator 55 trennt die Wicklung von der Batterie.The winding 48 can be connected to the input circuit of a third amplifier tube 50, the output circuit of which contains the primary winding 54 of a transformer 56, the secondary winding of which is shown at 58. The secondary winding 58 can then be connected to a load or a current indicating device. An anode battery 52 and a resistor 53 of approximately 40,000 Ω can be connected in parallel to the winding 54. A capacitor 55 separates the winding from the battery.

Wie bereits angegeben, können eine oder mehrere der Verstärkerröhren weggelassen werden. In diesem Fall soll der Widerstand 53 und der Kondensator 55 in den Ausgangsstromkreis der letzten Verstärkerröhre eingeschaltet werden.As previously indicated, one or more of the booster tubes can be omitted will. In this case, the resistor 53 and the capacitor 55 should be in the output circuit the last amplifier tube must be switched on.

Der Transformator 56 kann wie die Transformatoren 19 oder 49 ein magnetostriktiver Transformator oder aber ein gewöhnlicher Transformator sein.The transformer 56, like the transformers 19 or 49, can be magnetostrictive Transformer or an ordinary transformer.

Die Zeichnung zeigt ferner, wie Erdungen an dem Filter vorgesehen sein können. Die Spulen 22 und 58 können gemeinsam bei 59 geerdet sein. Die verschiedenen Anodenbatterien, die durch eine einzige Batterie ersetzt sein können, sind vorzugsweise bei 61 geerdet. Die Abschirmanordnungen, die später beschrieben werden, sind vorzugsweise ebenfalls geerdet.The drawing also shows how grounds can be provided on the filter. the Coils 22 and 58 can be grounded together at 59. The various anode batteries, which can be replaced by a single battery are preferably grounded at 61. The shielding arrangements to be described later are also preferable grounded.

Ein Strom, der viele Frequenzen enthält, fließt nach Verstärkung durch den Verstärker 4 durch die Spule 14. Die Stromkomponente, die die gleiche Frequenz wie der Kern 16 besitzt, wird den Kern 16 in magnetostriktive Schwingungen versetzen, und die Vibrationen des Kerns 16 erzeugen durch Magnetostriktion eine EMK der gleichen Frequenz in der Spule 18. Falls eine zweite Verstärkungsstufe verwendet wird, wird die Resonanzfrequenz weiter durch den Verstärker 34 verstärkt. Der verstärkte Strom durchfließt die Wicklung 44. Wenn der Kern 46 auf die gleiche Frequenz abgestimmt ist, wird die gewünschte Frequenz weiter im Verhältnis zu den unerwünschten Frequenzen verstärkt und durch Magnetostriktion auf die Wicklung 48 übertragen. Entsprechendes tritt ein, falls noch weitere Verstärkungsstufen verwendet werden. Auf diese Weise wird eine sehr wirksame magnetostriktiv^ Siebkette gebildet, in deren Ausgangsspule 58 des Transformators 56 ein sehr enges Frequenzband in der Nähe der Frequenz der Kerne 16 und 46 besteht.A current containing many frequencies flows through the amplifier after being amplified 4 through the coil 14. The current component having the same frequency as the core 16 possesses, will put the core 16 in magnetostrictive oscillations, and the Vibrations of the core 16 generate an emf of the same by magnetostriction Frequency in coil 18. If a second gain stage is used, the The resonance frequency is further amplified by the amplifier 34. The amplified current flows through it the winding 44. When the core 46 is tuned to the same frequency, the desired frequency is further in relation to the unwanted frequencies amplified and transmitted to the winding 48 by magnetostriction. The same occurs on if other gain levels are used. That way will formed a very effective magnetostrictive ^ sieve chain, in whose output coil 58 des Transformer 56 has a very narrow frequency band near the frequency of the cores 16 and 46 consists.

Die Empfindlichkeit und Wirksamkeit des Filters kann weiterhin durch elektrische Abstimmung der Stromkreise, wie z. B. durch in der Figur nicht eingezeichnete Kondensatoren, die zu einer oder mehreren der Spulen der magnetostriktiven Transformatoren parallel geschaltet und richtig abgestimmt sind, verbessert werden.The sensitivity and effectiveness of the filter can be further enhanced by electrical tuning the circuits, such as B. by capacitors not shown in the figure, leading to one or more of the coils of the magnetostrictive transformers connected in parallel and correctly matched can be improved.

Die Spulen 14 und 18 sind durch die scheibenförmige Scheidewand 64 voneinander getrennt, die sich in der Mitte des Vibrators 16 befindet, eng an ihm anliegt und ihn nur an seiner Einspannstelle berührt. Der Vibrator 16 ist durch eine Öffnung 66 der Scheidewand 16 hindurchgesteckt. Von dem scheibenförmigen Mittelteil 64 gehen nach beiden Seiten Rohrstutzen 60, 62 aus, die sich über die Enden des in ihnen befindlichen Vibrators 16 erstrecken. Die Rohrstutzen 60, 62 sind an ihren Stirnflächen abgeschlossen.The coils 14 and 18 are separated from one another by the disk-shaped septum 64, which is located in the center of the vibrator 16, lies close to it and only touches it at its clamping point. The vibrator 16 is inserted through an opening 66 in the partition 16. From the disk-shaped central part 64 pipe sockets 60, 62 extend on both sides, which extend over the ends of the vibrator 16 located in them. The pipe sockets 60, 62 are closed at their end faces.

In entsprechender Weise ist der Vibrator 46 durch eine öffnung 74 des scheibenförmigen Teils 72 hindurchgesteckt, in ihr gelagert und von Rohrstutzen 68, 70 eingeschlossen. . - *In a corresponding way, the vibrator 46 is through an opening 74 of the disk-shaped Part 72 pushed through, stored in it and enclosed by pipe sockets 68, 70. . - *

Vorzugsweise werden die Spulen des magnetostriktiven Transformators in möglichster Nähe der Mitte des magnetostriktiven Kerns angeordnet. Ferner sind die Spulen vorzugsweise so montiert, daß gerade genug Zwischenraum zwischen ihnen und dem Kern besteht, um ein freies Schwingen desselben zu gewährleisten. Die Spulen können ungefähr ¹^ der Kernlänge besitzen. Der Kern, der die Gestalt eines Stabes hat, ruht in der Mitte auf einer Unterlage 76, die durch eine öffnung 78 „ in der Mittel wand 64 bzw. 72 hindurchgeht. /Die Lagerung ist eine solche, daß der magnetostriktive Kern mechanisch frei schwingen kann. Indessen ist eine geringfügige Reibung, die durch zufälliges Berühren der inneren Seite der Spule durch das Kernende auftreten kann, ohne Bedeutung für die Wirksamkeit des Filters, wenn der Kern in der eben beschriebenen Weise gela- no gert ist. Zwei permanente Magnete 80 und 82 befinden sich außerhalb des elektromagnetischen Schutzes. Sie dienen dazu, um eine ausreichende Vormagnetisierung der Kerne zu erzeugen.The coils of the magnetostrictive transformer are preferably arranged as close as possible to the center of the magnetostrictive core. Furthermore, the coils are preferably mounted so that there is just enough space between them and the core to allow the same to vibrate freely. The coils can be about ¹ ^ of the core length. The core, which has the shape of a rod, rests in the middle on a base 76 which passes through an opening 78 ″ in the central wall 64 and 72, respectively. / The storage is such that the magnetostrictive core can mechanically vibrate freely. In the meantime, a slight friction that can occur due to accidental contact with the inner side of the coil by the core end is of no importance for the effectiveness of the filter when the core is stored in the manner just described. Two permanent magnets 80 and 82 are outside the electromagnetic protection. They serve to generate a sufficient premagnetization of the cores.

Wenn man die Lage einer oder beider Spulen in der Richtung ihrer Achsen verändert, kann man die Intensität und die Schärfe der Frequenzauswahl einstellen. Die Verschiebbarkeit der Spulen bildet daher ein wichtiges Moment bei der Einstellung magnetostriktiver Siebketten.If you change the position of one or both coils in the direction of their axes, you can adjust the intensity and the sharpness of the frequency selection. The displaceability of the coils therefore forms a important moment when adjusting magnetostrictive sieve chains.

Claims

62827 *

Patent claims:
ι. Filter for "electrical vibrations, which contains a transformer whose core is a clamped in its center, based on the phenomenon of magnetostriction vibrator, characterized in that the magneto-mechanically coupled by the magnetostrictive vibrator primary and secondary coil against mutual inductive interference by a the core is only protected at the clamping point touching and tightly fitting shield.

2. Filter according to claim i, 'characterized in that the screen consists of a disk-shaped central part and pipe sockets extending from it which extend over the ends of the vibrator " ¹ " located in them.

3. Filter according to claim 1 and 2, characterized in that the coils in are arranged in the immediate vicinity of the disk-shaped central part and the free Ends of the vibrator from the end faces facing away from the disk-shaped central part the coils protrude.

4. Filter according to claim 1, characterized in that the primary and the Secondary coil inside a metal tube that consists of a magnetostrictive Material consists and acts as a magnetostrictive vibrator, to different Sides of a pipe dividing transverse partition are arranged.

5. Filter according to one of the preceding claims, characterized by in cascade switched amplifier tubes, in whose input circuits the secondary coils and in whose output circuits the primary coils of the gnetostriction based transformers lie.

For this purpose ι sheet of drawings