DE931603C

DE931603C - Magnetic demodulation method

Info

Publication number: DE931603C
Application number: DEP9409A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl-Ing Meinshausen; Leo Dr-Ing Pungs
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1953-03-20
Filing date: 1953-03-20
Publication date: 1955-08-11

Description

Verfahren zur magnetischen Demodulation Es ist bekannt, die Nichtlinearität der Abhängigkeit der magnetischen Induktion von der Feldstärke bei Verwendung ferromagnetischer Stoffe als Kernmaterial zur magnetischen Demodulation amplitudenmodulierter Schwingungen auszunutzen. Jedoch konnte dieses Verfahren wegen des geringen erzielbaren Wirkungsgrades bisher keine praktische Verwendung finden.Method for magnetic demodulation It is known the non-linearity the dependence of the magnetic induction on the field strength when using ferromagnetic Substances as core material for magnetic demodulation of amplitude-modulated vibrations to take advantage of. However, this method could not be used because of the low level of efficiency that can be achieved have not yet found any practical use.

Diese dem an sich bekannten Verfahren der magnetischen Demodulation anhaftenden Nachteile lassen sich aber bei Anwendung vorliegender Erfindung vermeiden. Gemäß der Erfindung wird die Arbeitsweise eines magnetischen Demodulators insbesondere in bezug auf den Wirkungsgrad dadurch wesentlich verbessert, daß man als Kernmaterial ferromagnetische Stoffe verwendet, die eine geringe Stromleitfähigkeit besitzen und schon bei kleinen Feldstärken eine stark ausgeprägte Sättigung zeigen, und daß die Kerne annähernd bis zur Sättigung durch ein konstantes Feld vormagnetisiert werden.This the per se known method of magnetic demodulation Adhering disadvantages can be avoided when using the present invention. According to the invention, the operation of a magnetic demodulator becomes particularly in terms of efficiency significantly improved by the fact that the core material ferromagnetic materials are used, which have a low electrical conductivity and show a very pronounced saturation even at low field strengths, and that the nuclei are pre-magnetized almost to saturation by a constant field will.

Die Erklärung der Wirkungsweise von gemäß der Erfindung ausgebildeten Demodulatoren soll im folgenden an Hand der Figuren erfolgen. In Fig. r ist zunächst der idealisierte Verlauf der Magnetisierungskennlinie B = f (H) des Kernmaterials gezeigt. B kennzeichnet hierin die magnetische Induktion und H die magnetische Feldstärke. Bei diesem Diagramm sind die Hystereseerscheinungen vernachlässigt. Auch der Anstieg im Sättigungsgebiet ist nicht berücksichtigt.The explanation of the mode of operation of demodulators designed according to the invention will be given below with reference to the figures. In Fig. R, the idealized course of the magnetization characteristic B = f (H) of the core material is shown. B here denotes the magnetic induction and H the magnetic field strength. The hysteresis phenomena are neglected in this diagram. The increase in the saturation area is also not taken into account.

Die Verwirklichung des Demodulationsvorganges kann in einfachster Form etwa mit Hilfe der in Fig. z dargestellten grundsätzlichen Schaltung erfolgen. Auf einem ferromagnetischen Kern IL mit der in Fig. r dargestellten Magnetisierungskurve befinden sich folgende Wicklungen, die der übersichtlichkeit halber eietrennt Bezeichnet sind: die Primärw,i,cklungP, der die zu demodu.lierende Ho@chfrequenzschwingung u (t) = U (r -f- cos 6o t) cos. ,Q t zugeführt wird, die Wicklung M zur Erzeugung einer Vormagnetisierung durch Gleichstrom von der Stromquelle G und die Wicklung D, in welche die deinodulierte Spannung induziert wird, die ihrerseits nach Beseitigung des Hochfrequenzanteils mit Hilfe bekannter Siebmittel, bei,spielsweis.e der Drosselspulen S2, den Niederfrequenz-und ModuIationsstrom I cos co t erzeugt, von dem der Verbraucherwiderstand R1 durchflossen wird. Hierin stellen S2 die Kreisfrequenz der hochfrequenten Trägerschwingung und co die Kreisfrequenz der niederfrequenten Modulationsschwingung dar.The demodulation process can be implemented in the simplest form, for example with the aid of the basic circuit shown in FIG. Be located on a ferromagnetic core IL with the r shown in Fig magnetization curve following windings eietrennt Identifies the sake of clarity. The Primärw, i, cklungP which to demodu.lierende Ho @ chfrequenzschwingung u (t) = U (r -f- cos 6o t) cos. , Q t is supplied, the winding M for generating a premagnetization by direct current from the power source G and the winding D, in which the de-modulated voltage is induced, which in turn, after eliminating the high-frequency component with the help of known screening means, for example, the choke coils S2, the low-frequency and modulation current I cos co t generated, through which the consumer resistor R1 flows. Here, S2 represents the angular frequency of the high-frequency carrier oscillation and co the angular frequency of the low-frequency modulation oscillation.

Der der Wicklung P zugeführte Hochfrequenzstrom wird durch die Drosselspulen S1 sinus.förmig gehalten. Durch den Magnetisierungsstrom in der Wicklung lYI wird die Feldstärke Ho der Vormagnetisierung mit Hilfe des veränderlichen Widerstandes R2 so eingestellt, daß der Arbeitspunkt A ungefähr .mit dem Knickpunkt der Magnetisierungskurve zusammenfällt, wie es in Fig.3, die der Fig. r entspricht, gezeigt ist. Dann arbeitet die Anordnung analog einem Stromgleichrichter, lediglich mit dem Unterschied, daß an Stelle des Stromes der Wechselinduktionsfluß 0, wie es in Fig.3 dargestellt ist, gleichgerichtet wird. Im ersten Fall wird zur Demodulation eine nichtlineare Strom-Spannungs-Charakteristik, im zweiten Fall die nichtlineare Feldstärke-Induktions-(bzw. Strom-Fluß-) Charakteristik ausgenutzt.The high frequency current supplied to the winding P is passed through the choke coils S1 kept sinusoidal. The magnetizing current in the winding lYI becomes the field strength Ho of the premagnetization with the help of the variable resistance R2 adjusted so that the working point A is approximately .with the inflection point of the magnetization curve coincides, as shown in Figure 3, which corresponds to Figure r. Then work the arrangement is analogous to a current rectifier, with the only difference that instead of the current the alternating induction flux 0, as shown in Fig. 3, is rectified. In the first case, a non-linear current-voltage characteristic is used for demodulation, in the second case the non-linear field strength-induction (or current-flow) characteristic exploited.

Der hochfrequente Trägerstrom in der Wicklung P (Fig. j), der in Fig. 3 durch eine Schwingungsperiode angedeutet ist, erzeugt ein magnetisches Wechselfeld, das dem von der Wicklung M (Fig. r) erzeugten konstanten Induktionsfiuß 0, überlagert ist.The high-frequency carrier current in the winding P (Fig. J), which is shown in Fig. 3 is indicated by an oscillation period, generates an alternating magnetic field, which is superimposed on the constant induction fiow 0 generated by the winding M (Fig. r) is.

Wie leicht zu ersehen ist, bewirken die oberen (rechten) Halbwellen des Stromes I und damit die entsprechenden Änderungen der Feldstärke H keine Änderung der Größe der Induktion B, weil in diesem Arbeitsbereich bei der vorgeschlagenen und dargestellten Wahl des Arbeitspunktes A bereits Sättigung besteht. Die linken (unteren) Halbwellen von I dagegen bewirken eine (bei der dargestellten idealisierten Kennlinie) ebenfalls halbsinusförmige Änderung der Induktion B und damit des Flusses 0, dessen Verlauf in Abhängigkeit von der Zeit t in Fig. 3 eingezeichnet ist. Diese negativen Halbwellen überlagern sich dem konstanten von HO erzeugten und B., entsprechenden Sättigungsfiuß $o, der der Übersichtlichkeit halber in Fig.3 in einem solchen Maßstab aufgetragen ist, daß die Ondonate 0, der Ordinate Bo gleich ist. Ebenfalls für I ist ein Maßstab angenommen, bei dem für die hier betrachtete Anordnung Änderungen von I und H in der Darstellung einander größenmäßig entsprechen. -Solange der Hochfrequenzeingangstsrom in der Wicklung P urimoduliert ist, wird in die Modulationswicklung D nur eine Hochfrequenzs.pannung induziert. Ist aber die primäre Frequenz moduliert, so kann der gesamte Induktionsfluß, der in Fig. 4 dargestellt ist, durch die Gleichung 0 (t) = 0o- 0m sin c) t - 01 sin 2 t - 02 sin --.Q t-. . . dargestellt werden. Entsprechend dieser Gleichung zeigt Fig. q. den Verlauf des gesamten Induktionsflusses mit der Zeit. $o entspricht dem Wert des Induktionsflusses durch Einwirkung der Vormagnetisierung. Die Gleichrichterwirkung ist in dieser Figur deutlich zu erkennen. Nach Glättung der Kurve durch Eliminieren des Hochfrequenzanteils erhält man den im Rhythmus der Niederfrequenz schwankenden Fluß Om, der durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Hierzu ist jedoch zu bemerken, daß die Beseitigung des Hochfrequenzanteils auf elektrischem Wege erst durch Glättungsmaßnahmen im Sekundärkreis der Wicklung D erfolgt. Die in diese Demodulationswicklung D induzierte Spannung ist dann bei Vernachlässigung der höheren Harmonischen der Trägerwelle worin K eine Konstante bezeichnet, die im wesentlichen der Zahl der Windungen der Wicklung D entspricht. Die Wirkung der Hochfrequenzkomponente wird in bekannter Weise unterdrückt, so daß dem relativ hohen Verbraucherwiderstand R1 der Strom lediglich mit der Modulierfrequenz au zugeführt wird. Die Wirkung des durch diesen geringen Strom entstehenden Induktionsflusses kann dann vernachlässigt werden. Die Abhängigkeit der Amplitude der demodulierten Spannung von der Frequenz bewirkt eine lineare Verzerrung, die sich ebenfalls durch Anwendung bekannter Mittel leicht beseitigen läßt.As can be easily seen, the upper (right) half-waves of the current I and thus the corresponding changes in the field strength H do not change the magnitude of the induction B, because the proposed and illustrated selection of the working point A is already saturated in this working range. The left (lower) half-waves of I, on the other hand, cause a likewise semi-sinusoidal change in induction B and thus in flux 0 (in the case of the idealized characteristic curve shown), the course of which is shown in FIG. 3 as a function of time t. These negative half-waves are superimposed on the constant saturation fiow $ o generated by HO and corresponding to B., which, for the sake of clarity, is plotted in FIG. A scale is also assumed for I in which, for the arrangement considered here, changes in I and H in the representation correspond to one another in terms of size. - As long as the high-frequency input current is urimodulated in the winding P, only a high-frequency voltage is induced in the modulation winding D. If, however, the primary frequency is modulated, the entire induction flux, which is shown in FIG. 4, can be given by the equation 0 (t) = 0o-0m sin c) t - 01 sin 2 t - 02 sin -. Q t- . . . being represented. In accordance with this equation, FIG. the course of the total induction flux over time. $ o corresponds to the value of the induction flux due to the action of the premagnetization. The rectifier effect can be clearly seen in this figure. After smoothing the curve by eliminating the high-frequency component, the flux Om, which fluctuates in the rhythm of the low frequency and is indicated by the dashed line, is obtained. It should be noted, however, that the elimination of the high-frequency component by electrical means is only carried out by smoothing measures in the secondary circuit of winding D. The voltage induced in this demodulation winding D is then neglecting the higher harmonics of the carrier wave where K denotes a constant which corresponds essentially to the number of turns of the winding D. The effect of the high-frequency component is suppressed in a known manner, so that the current is only supplied to the relatively high load resistance R1 at the modulating frequency au. The effect of the induction flux produced by this low current can then be neglected. The dependence of the amplitude of the demodulated voltage on the frequency causes a linear distortion which can also be easily eliminated by using known means.

In der Darstellung nach Fig.2 ist für jede Funktion, die Zuführung .der hochfrequenten modulierten Trägerschwingung, die Erzeugung der Gleichflußkomponente und dieAbnahme der niederfrequenten Modulationsschwingung, je eine Wicklung vorgesehen. Hierzu sei bemerkt, daß natürlich von einer Wicklung mehrere Funktionen erfüllt werden können. Insbesondere die Erzeugung der Gleichflußkomponente kann mit einer der beiden anderen Wicklungen durch Überlagerung eines Gleichstromanteils bewirkt werden.In the illustration according to FIG. 2, the supply is for each function .the high-frequency modulated carrier oscillation, the generation of the constant flux component and the decrease in the low-frequency modulation oscillation, one winding each provided. It should be noted here that one winding naturally fulfills several functions can be. In particular, the generation of the constant flow component can be done with a the other two windings caused by superimposing a direct current component will.

Zur Erzielung der Vormagnetisierung lassen sich natürlich auch permanente Magnete verwenden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil großer Stabilität und Unabhängigkeit von Hys.tereseerscheinungen.Of course, permanent ones can also be used to achieve the premagnetization Use magnets. This has the advantage of great stability and independence of symptoms of dysentery.

Da dieser permanente Magnet von einem Induktionsfluß mit der doppelten primären Frequenz durchflossen wird, ist es gemäß der Erfindung vorteisl'haft, ihn aus einem ferromagnetischen, schlecht stromleitenden Material herzustellen.Because this permanent magnet is affected by an induction flux with twice the value primary frequency is flowed through, according to the invention it is advantageous to use it made of a ferromagnetic, poorly conductive material.

Es sei bemerkt, daß es sich bei den Darstellungen in den Fig. z bis q. um im Prinzip bekannte Schaltungen und Erkenntnisse handelt, die jedoch die Vorzüge der Erfindung mit besonderer Deutlichkeit zeigen, denn erst durch Anwendung der Erfindung gelingt es, Magnetisierungskurven zu erhalten, die für den praktischen Betrieb gut brauchbar sind. Insbesondere .aus den Fig. i und 3 erkennt man, wie wichtig die verhältnismäßig niedrige Sättigungsinduktion ist. Würde die Sättigung der Kurve bei einem höheren Induktionswert erreicht werden, so würde man nicht nur eine höhere Vormagnetisierungsleistung benötigen, sondern auch eine größere Eingangsenergie, um zu den gleichen sekundären Effekten zu gelangen. Die schlechte Stromleitfähigkeit des Kernmaterials bewirkt weiterhin eine Herabsetzung der Verluste durch Wirbelstrom.It should be noted that the representations in FIGS q. is in principle known circuits and findings, but the Show the advantages of the invention with particular clarity, because only through application the invention succeeds in obtaining magnetization curves for the practical Operation are usable. In particular, from FIGS. I and 3 it can be seen how the relatively low saturation induction is important. Would the saturation of the curve can be achieved at a higher induction value, one would not only require a higher bias power, but also a larger input energy, to get the same secondary effects. The poor conductivity of the core material also has the effect of reducing eddy current losses.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method for magnetic demodulation of amplitude-modulated Vibrations by means of coils with ferromagnetic cores, characterized in that that ferromagnetic substances are used as the core material, which have a low Have electrical conductivity and a very pronounced one even at low field strengths Show saturation, and that the nuclei approach saturation by a constant Field are pre-magnetized.

2. The method according to claim i, characterized in that that the working point is placed approximately at the inflection point of the magnetization curve.

3. The method according to claim i and 2, characterized in that .als ferromagnetic Substances for the cores ferrites are used. q ..

Method according to claims i to 3, characterized in that the premagnetization by a permanent magnet is effected.

5. The method according to claim .4, characterized in that the permanent Magnet lies in the magnetic demodulation circuit and consists of a ferromagnetic Material of low conductance.