DE937219C - Vorrichtung zum Impulsbetrieb von Elektromagneten, insbesondere von Magnetostriktionsschwingern zur Erzeugung von Schallimpulsen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine weitere Ausbildung der im Hauptpatent beschriebenen Vorrichtung zum Impulsbetrieb von Elektromagneten, insbesondere von Magnetostriktionsschwingern zur Erzeugung von Schallimpulsen. Das Wesen des Hauptpatentes besteht darin, daß dem erregenden Wechselstrom ein aperiodisch abklingender polarisierender Strom überlagert wird bzw. nachfolgt. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Schwinger sowohl zum Senden als auch zum Empfangen benutzt werden kann und beim Empfang die für eine gute Empfindlichkeit erforderliche Remanenz aufweist. Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei gleichzeitiger Einwirkung von Erregerwechselstrom und Polarisationsgleichstrom ungünstige gegenseitige Beeinflussungen auftreten können, durch die die Sendeenergie und die Empfangsempfindlichkeit beeinträchtigt werden können. Diesem Mangel läßt sich erfindungsgemäß dadurch abhelfen, daß der polarisierende Strom gegen den Erregerwechselstrom so verschoben wird bzw. einen so langsamen Anstieg erhält, daß er erst wirksam oder voll wirksam wird, nachdem der Erregerstrom weitgehend abgeklungen ist.

Bei elektromagnetischen Wandlern ist es bekannt, den Polarisationsstrom über Drosseln zuzuführen. Beim Umschalten von unpolarisiertem

Senden auf polarisiertes Empfangen hat dies einen verzögerten Anstieg des Polarisationsstromes zur Folge. Dadurch wird aber keine bessere Wirksamkeit der Polarisation erzielt, noch besteht die Gefahr einer Beeinträchtigung der Anregung des Wandlers beim Senden durch den Polarisationsstrom. Weil der verwendete Polarisationsstrom ein Dauerstrom ist, nicht ein vorübergehender Stromstoß wie bei dem Gegenstand der Erfindung, ist der ίο Einschaltvorgang für den späteren Polarisationszustand unerheblich. Es besteht auch kein Grund, den Polarisationsstrom einzuschalten, während noch gesendet wird. Für die Impulsanregung eines magnetostriktiven Wandlers durch eine Kondensatorentladung ist es ferner bekannt, die Entladeschwingung auf eine halbe Periode-zu beschränken und durch Vermeidung weiterer Schwingungen mit abklingender Amplitude die remanente Magneti-' sierung des Schwingers zu erhalten. Bei einer ao solchen Betriebsweise erübrigt sich die Anwendung eines besonderen Polarisationsstromstoßes. Sie setzt jedoch die Benutzung ein oder mehrerer als Schalter und einsinnig leitendes Ventil wirkender Gasentladungsröhren voraus, die eine beschränkte Lebensdauer haben und die Anlage verteuern.

Im Hauptpatent ist zwar schon darauf hingewiesen, daß der aperiodisch abklingende Polarisationsstrom dem Wechselstrom auch gegebenenfalls in gewissen Zeitabständen nachfolgen kann. Dabei wurde es jedoch als zweckmäßig angesehen, den Polarisationsstrom so früh zur Einwirkung zu bringen, daß er die entmagnetisierende Wirkung der zweiten Halbwelle des Erregerwechselstromes aufhebt. Gemäß zweckmäßiger Ausführung vorliegender Erfindung ist es dagegen vorteilhafter, den polarisierenden Strom gegenüber dem Erregerwechselstrom so stark zu verzögern, daß er frühestens nach der zweiten Halbwelle des Erregerwechselstromes wirksam bzw. voll wirksam wird, so daß er sich auf die zweite Halbwelle nicht oder nur unwesentlich auswirkt.

Die Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

Beim Einschwingerbetrieb von Ultraschall-Signalanlagen dient ein Magnetostriktionsschwinger sowohl zum Aussenden als auch zum Empfangen des Ultrasehallsignals. Die Vereinigung der beiden Funktionen ist möglich, weil Sender und' Empfänger beim Zweischwingerbetrieb gleiche Bauelemente sind. Sie unterscheiden sich nur dadurch, daß der zum Empfang dienende Schwinger polarisiert sein muß, wenn die Umsetzung von mechanischer in elektrische Schwingungsenergie mit einem hinreichend großen Wirkungsgrad erfolgen soll, d. h. wenn der Empfangsschwinger empfindlich sein soll. Die Polarisation des Empfangsschwingers erfolgt bekanntlich dadurch, daß an die Spule des Schwingers kurzzeitig eine Gleichspannung gelegt wird. Dabei wird der Nickelkern durch den fließenden Gleichstromstoß permanentmagnetisch, und zwar bis zur Sättigung, wenn der Gleichstromstoß genügend groß ist. In diesem Falle ist der Schwinger maximal empfindlich. Wird, wie in Abb. 1 veranschaulicht, die Empfindlichkeit eines Empfangsschwingers α durch die von einem bestimmten Ultraschallsignal b erzeugte Spannungsamplitude gemessen und die Empfindlichkeit eines maximal empfindlichen Schwingers mit »1« bewertet, so zeigt die Empfindlichkeit £ des Schwingers in Abhängigkeit von der Gleichspannung U, die zur Erzeugung des zur Polarisation dienenden Gleichstromstoßes an den Schwinger gelegt wird, den in Abb. 2 dargestellten Verlauf c.

Fließt durch einen empfindlichen Schwinger ein Wechselstrom mit abklingender Amplitude, wie er beispielsweise in Abb. 3 dargestellt ist, so wird der Schwinger, weitgehend entmagnetisiert und da-"durch unempfindlicher. Der elektrische Sendeimpuls ist ein solcher stark gedämpfter Wechselstrom. Soll also ein Schwinger sowohl zum Senden als auch zum Empfangen benutzt werden, so muß der Schwinger nach Beendigung des Sendevorganges wieder empfindlich gemacht, d. h. durch einen Gleichstromstoß neu polarisiert werden. Dies kann auf verschiedene Weise geschehen.

Abb. 4 und 5 veranschaulichen Aufbau und Wirkungsweise der im Hauptpatent angegebenen Schaltung mit Stoßkondensator d, Polarisationskondensator /, Polarisationswiderstand g, Ladequelle h, Ohmschem Ladewiderstand i und Senderelais k. Bei Benutzung dieser Schaltung ergibt sich der in Abb. 5 gezeigte Stromverlauf / im Schwinger α. Die Änderung, die gegenüber Abb. 3 im zeitlichen Stromverlauf eingetreten ist, ergibt sich durch die Überlagerung des Gleichstromstoßes, der durch Entladung des Polarisationskondensators f über den Polarisationswiderstand g und den Schwinger entsteht. Dieser Gleichstromstoß kompensiert fast die positive Spitze des Wechselstromes. Danach ist zu erwarten, daß die ausgestrahlte Sendeenergie, verglichen mit dem Zweischwingerbetrieb, geringer wird. Dies ist auch tatsächlich der Fall, so daß der Vorteil der Schwingerpolarisation mit dem Nachteil verringerter Sendeehergie erkauft wird. Außerdem reicht der Gleichstromstoß nicht aus, den Schwinger- voll empfindlich zu machen.

Durch Änderung der Größe der verschiedenen Schaltelemente kann zwar, wie Versuche gezeigt haben, die Sendeenergie auf Kosten der Empfindlichkeit gesteigert werden oder die Empfindlichkeit auf Kosten der Sendeenergie; es ist aber nicht möglich, - gleichzeitig maximale Empfindlichkeit und maximale Sendeenergie zu ereichen. Volle Sendeenergie bei maximaler Empfindlichkeit läßt sich bei Benutzung eines Ohmschen Polarisationswiderstandes nicht erreichen. Durch Änderung des Polarisationswiderstandes g oder der Polarisationskapazität/ kann zwar beispielsweise die Stärke des Gleichstromstoßes vergrößert werden, was eine bessere Polarisation zur -Folge hat; ein starker Gleichstromstoß führt aber zu einem stark verzerrten Wechselstromstoß und damit zu verminderter Sendeenergie.

Die Aufgabe, maximale Empfindlichkeit ohne Schwächung der Sendeenergie zu erreichen, kann,

wie aus obigen Überlegungen hervorgeht, dadurch gelöst werden, daß der zur Polarisation dienende Gleichstromstoß erst nach Abklingen des Wechselstromes fließt: Dann wird erreicht, daß der zur mechanischen Erregung des Schwingers dienende Wechselstrom nicht mehr geschwächt oder deformiert wird und daß der zur Polarisation dienende Gleichstromstoß hinreichend groß gemacht werden kann. Der Gleichstromstoß kann am

ίο bequemsten dadurch verzögert werden, daß der Polarisationswiderstand g, wie Abb. 6 zeigt, durch eine geeignete Induktivität L einer Spule m ersetzt wird, die außerdem einen bestimmten Ohmschen Widerstand R hat.

Der Einfluß von Induktivität L und Ohmschem Widerstand R der Polarisationsspule m läßt sich durch Versuche bestimmen.

Um die Wirksamkeit der Polarisationsspule auch bei größeren Kabellängen zu erhalten, ist die Kapazität des Stoßkondensators d der jeweiligen Kabellänge anzupassen.

Der Stromverlauf im Schwinger für die in Abb. 6 gezeigte Schaltung i ist in Abb. J dargestellt. Abb. 8 zeigt, wie dem periodischen Entladestrom der Stoßkapazität g der durch den Widerstand R der Polarisationsspule m aperiodisch gedämpfte Entladestrom der Polarisationskapazität / überlagert ist. Durch die Selbstinduktion der Polarisationsspule wird der Gleichstromstoß so

wei't verzögert, daß er erst wirksam wird, nachdem der die Schallabstrahlung bewirkende Wechselstrom weitgehend abgeklungen ist.

Die Deutung des Stromflusses im Schwinger ist stark vereinfacht, trifft aber das Wesentliche.

Bei einer genauen Darstellung müßte berücksichtigt werden, daß der Entladestrom der Polarisationskapazität nicht nur durch den Schwinger, sondern auch in den Stoßkondensator fließt, wie auch der Stoßkondensator während seiner Entladung zeitweise Energie an den Polarisationskondensator abgibt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Impulsbetrieb von Elektromagneten, insbesondere von Magnetostriktionsschwingern zur Erzeugung von Schallimpulsen, nach Patent 862 274, bei der dem erregenden Wechselstrom ein aperiodisch abklingender polarisierender Strom überlagert wird bzw. nachfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der polarisierende Strom gegen den Erregerwechselstrom so verschoben ist bzw. so langsam ansteigt, daß er erst wirksam oder voll wirksam wird, nachdem der Erregerwechselstrom weitgehend abgeklungen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der polarisierende Strom erst nach der zweiten Halbwelle des Erregerwechselstromes wirksam oder voll wirksam wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der als Polarisationsstrom ein aperiodisch abklingender Entladestrom eines Hilfskondensators benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Erregerwechselstrom und Polarisationsstrom durch den gleichen Vorgang, z.B. die Betätigung eines Senderelais, ausgelöst werden, daß aber der Polarisationsstrom gegenüber dem Erregerwechselstrom durch einen induktiven Widerstand verzögert wird.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 345 794.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 509 608 12.55