DEE0006842MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Ahmeldung: 2. März 1953 Bekanntgemacht am 9. August 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für einen Stoßkreis zum Betrieb von MagnetO'Striktionswandlern zum wechsel weisen Senden und Empfangen von Wellenenergie.

Beabsichtigt man, einen magnetostriktiven Wandler abwechselnd als Sender und Empfänger zu benutzen, so· bereitet die für die Verwendung des Wandlers als Empfänger notwendige Vormagnetisierung die Hauptschwierigkeit. Beim Stoßkreis mit periodisch gedämpfter elektrischer Erregung, bei der ein auf eine hohe Gleichspannung aufgeladener Kondensator auf die Wandlerinduktivität geschaltet wird, bleibt der Wandler nach Abklingen des Impulses entmagnetisiert zurück und kann deshalb nicht als Empfänger verwendet werden,.

Es ist bekannt, zur Vermeidung dieses Nachteils Wandler der genannten Art durch einen Stoßkreis unter aperiodischer elektrischer Erregung zu speisen. In diesem Falle behält der als Sender betriebene Wandler zwar seine Remanenz und hat, wenn er anschließend als Empfänger verwendet wird, seine volle Empfindlichkeit. Er liefert jedoch als Sender einen geringeren Schalldruck als beim üblichen, das heißt periodisch gedämpften Betrieb. Diesen Nachteil kann man, bekanntlich durch Überlagerung der periodisch gedämpften Schwingung

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mit einem aperiodisch abklingenden Gleichstromimpuls vermeiden, wobei der Wandler durch den überlagerten Gleichstromimpuls seine Remanenz behält. Zur Erzeugung des Gleichstromimpulses wird hierbei jedoch eine zusätzliche Stromquelle hoher Kapazität benötigt.

Es ist ferner bekannt, eine Wicklung oder auch zwei Teilwicklungen eines und desselben. Schwingers durch Entladung zweier Kondensatoren, derart

ίο zu erregen, daß im Schwinger in gleicher Richtung gleichzeitig fließende Ströme erzeugt werden. Dadurch wird eine Erhöhung der Betriebsspannung des Schwingers angestrebt und erreicht. Bei dieser bekannten Anordnung ist aperiodische Erregung des Schwingers vorgesehen, da bei periodischem Betrieb ebenfalls eine Entmagnetisierung eintreten würde: Die Entladung der Kondensatoren erfolgt in diesem Fall in Serie.

Bekannt ist ferner, für die Aufschaltung des

ao Sendeimpulses auf einen Wandler Gasentladungsröhren zu verwenden. Diese lassen den Erregungsstrom nur in einer Richtung passieren, wodurch, es möglich wird, den, Wandler auch als Empfänger zu benutzen, da er beim Senden, magnetisch nur gleichsinnig erregt wird. Nachteilig ist nur der bei dieser Art der Erregung geringe abgestrahlte Schalldruck. Erfindungsgemäß bildet bei einer Schaltungsanordnung'für Stoßanregung von Magnetostriktionswandlern, die zum wechselweisen Empfangen von Wellenenergie bestimmt sind, die zur Erregung dienende Gleichspannungsquelle mit zwei verschiedenen Wicklungen des Wandlers oder der Wandler zwei gleich abgestimmte, weniger als aperiodisch dämpfte Schwingungskreise und sind die Wicklungen über Gleichrichter derart an, die Gleichspannungsquelle angeschlossen, daß sie abwechselnd von entgegengesetzt gerichteten, Halbwellen, des Entladestroms durchflossen werden, die in dem oder den magnetischen Kreis bzw. Kreisen des bzw. der Wandler gleichgerichtete magnetische Felder erzeugen.

Durch die Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird eine periodische Anregung des Schwingers erzielt, ohne daß dabei, wie dies sonst bei periodischem Betrieb der Fall ist, eine Schwächung der Magnetisierung eintritt. Der Schwinger kann also· unmittelbar nach der Impulsaussendung als Empfänger benutzt werden, wobei sich eine hohe Empfindlichkeit ergibt. Durch die periodische Anregung des Schwingers beim Senden, die durch die Ausnutzung der verschieden gerichteten Halbwellen, der Stoßentladung in Verbindung mit deren Gleichrichtung erzielt wird, ist aber dabei auch eine hohe Impulsleistung gewährleistet. Die Erfindung vereinigt also- die Vorteile des periodischen, mit denen des aperiodischen Betriebes des Schwingers in, besonders günstiger Weise.

Die erregende Spannung wird entweder einem Generator entnommen oder vorzugsweise durch Aufschalten einer beispielsweise in einem Kondensator aufgespeicherten Gleichstromenergie auf den Wandler erzeugt, wobei der Kondensator abwechselnd mit den Wandlerwicklungen oder Wandlern ein schwingungsfähiges Gebilde darstellt, so daß/. periodisch gedämpfte Schwingungen entstehen, die den Wandler in der gewünschten Weise erregen.

Für die Umsteuerung der erregenden Spannung auf die beiden Wandlerwicklungen werden zweckmäßigerweise Gasentladungsröhren, insbesondere zur Erzielung leistungsloser Schaltung steuerbare, vorzugsweise gittergesteuerte Gasentladungsröhren verwendet, mit denen man eine zeitlich sehr genaue Einschaltung der Erregung erhält.

Bei gittergesteuerten Gasentladungsröhren, braucht die Sperrung des Entladevorganges nur an der Röhre vorgenommen zu werden, welche für die bei der Aufladung vorliegende Polarität in Durchlaßrichtung geschaltet ist. Zweckmäßigerweise wird hierfür die negative Sperrspannung einem Spannungsteiler entnommen, der über einen. Kontakt an die Gleichspannungsquelle gelegt wird. Da bei Beginn der Ladung eine durch den Ladestrom bedingte hohe negative Gitterspannung das Gasentladungsrohr zerstören könnte, werden spannungsbegrenzende Widerstände in die Steuergitter leitung geschaltet. Auf diese Weise gelingt es, gleichzeitig die Abschaltung der Ladespannung vom Kondensator und die Steuerung des Entladevorgangs mittels eines Kontaktes vorzunehmen, wodurch der hochbelastete Stoßkreiskontakt entfällt.

Die Schaltung kann, auch, angewendet werden für zwei getrennte Wandler, die ebenfalls über zwei Gasentladungsröhren an, die erregende Spannungsquelle geschaltet werden. Die Wandler haben, jeder für sich zwei Wicklungen, wobei die Wicklungen zweckmäßig über Kreuz geschaltet werden,, damit jeder Wandler als Sender die gleiche Energie abstrahlt.

Da die Vormagnetisierung in allen, diesen. Schaltungen erhalten bleibt, ist es möglich, die Wandler in derselben Schaltung als Empfänger mit voller Empfindlichkeit zu benutzen, mit dem Vorteil, daß die Wandlerwicklungen hintereinandergeschaltet an die zum Erdpotential symmetrische Wicklung des Eingangsübertragers eines nachfolgenden Verstärkers gelegt werden, können, wobei die Zuleitung weitgehend gegen äußere elektrische und/oder magnetische Störungen, unempfindlich wird.

Die Symmetrie der Schaltung ist erfüllt, wenn Gasentladungsröhren ohne Kathodenheizung zur Anwendung gelangen. Werden jedoch Gasentladungsröhren mit geheizter Kathode benutzt, dann sind wegen der kapazitiven, einseitig auf eine Wandlerwicklung wirkenden. Beeinflussungen die Symmetriebedingungen, für eine nachfolgende hohe Verstärkung nicht genügend gut erfüllt. Für diesen Fall wird ein Übertrager an den oder die Empfänger gelegt, der neben, einer galvanischen Trennung vom Senderteil die vollkommene Symmetrie der Leitungen zwischen Empfänger und Verstärker gewährleistet.

Die Fig. 1 zeigt das Prinzip der Sende- und Empfangsanordnung. Der Übersicht halber ist hier eine Schaltung mit Gleichrichtern, angegeben.

Der Kondensator ι wird über den Schalter 2 und den Widerstand 3 auf eine hohe Gleichspannung

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aufgeladen, die von der Gleichspannungsquelle 11 geliefert wird.

Nach, der Öffnung des Kontaktes 2 wird, der Impulsbeginn, durch Schließen des Stoßkreiskontaktes 8 ausgelöst; damit kann sich der Kondensator 1 über die Gleichrichter 6 und 7 in der folgenden Weise entladen:

Die erste positive Halbwelle des Stromes fließt über den Gleichrichter 6 auf die Wandlerwicklung S, da der Gleichrichter 7 den Stromfluß in dieser Richtung sperrt.

Am Ende der ersten positiven Halbwelle hat sich der Kondensator umgeladen und gibt anschließend eine negative Halbwelle über den, Gleichrichter 7 auf die Wandlerwicklung 4, die in derselben Richtung durchflossen wird, wie die Wicklung 5. Gleichrichter 6 sperrt in dieser Zeit. Es folgt dann, nach der abermaligen, Umladung des Kondensators wieder eine positive Halbwelle usf. Der Wandler wird also* je Halbwelle im richtigen Takt angestoßen. Über den Widerstand 3 und den, dann, wieder geschlossenen Schalter 2 wird der Kondensator in der Impulspause wieder aufgeladen.

An. die Anschlußpunkte A und B kann, über die Zuleitungen 9 der symmetrische Verstärkereingang gelegt werden, in welchem jedoch Schaltmittel zur Spannungsbegrenzung vorgesehen werden müssen, damit die hohe Sendespannungsspitze nicht in, den eigentlichen Verstärker gelangt.

Fig. 2 zeigt eine Schaltung, in der statt der Gleichrichter steuerbare Gasentladungsröhren. 16, 17 verwendet werden. Die Gleichspannungsquelle 11 ist über den Ruhekontakt 12 an einem Spannungsteiler 14, 15 geschaltet, über den, eine negative Gitterspannung gewonnen wird, mit der die Röhre 16 gesperrt wird. Der Kondensator 1 wird über die Widerstände 13 und 15 aufgeladen. In, diesem Zu-. stand kann auch die Röhre 17 wegen, der Polarität der an ihr liegenden Spannung nicht zünden. Die Pendelentladung des Kondensators kommt erst in Gang, wenn der Ruhekontakt 12 geöffnet wird und damit die negative Gittervorspannung der Röhre 16 zusammenbricht. Die Entladung verläuft dann wie oben beschrieben,

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I. Schaltungsanordnung für Stoßanregung von Magnetostriktionswandlern, die zum wechselweisen Empfangen von; Wellenenergie be,-stimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erregung dienende Gleichspannungsquelle (1) mit zwei verschiedenen Wicklungen (4, 5) des Wandlers oder der Wandler zwei gleich abgestimmte, weniger als aperiodisch gedämpfte Schwingungskreise bildet und daß die Wicklungen über Gleichrichter (7, 6) derart an die Gleichspannungsquelle angeschlossen, sind, daß sie abwechselnd von entgegengesetzt gerichteten Halbwellen des Entladestroms durchflossen werden, die in dem oder den magnetischen Kreis bzw. Kreisen, des bzw. der Wandler gleichgerichtete magnetische Felder erzeugen.
2. 2. Schaltungsanordnung nach. Anspruch, 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung durch Aufschalten einer beispielsweise in, einem Kon,-densator aufgespeicherten. Gleichstromenergie erfolgt, wobei der Kondensator abwechselnd mit den Wandlerwicklungen oder Wandlern ein schwingungsfähiges Gebilde darstellt, derart, daß periodisch gedämpfte Schwingungen entstehen, die den Wandler erregen.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Gasentladungsröhren insbesondere zur Erzielung leistungsloser Schaltung steuerbare, vorzugsweise gittergesteuerte Gasentladungsröhren verwendet werden.
4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladevorgang durch die Steuerung einer Gasentladungsröhre eingeleitet wird.
5. 5. Schaltungsanordnung nach; Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltung der Ladespannung vom Kondensator und der Beginn des Entladevorganges gleichzeitig durch einen Kontakt erfolgt.
6. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche ι bis 5, dadurch, gekennzeichnet, daß statt eines Wandlers mit zwei Wicklungen zwei Wandler mit je einer Wicklung, vorzugsweise nebeneinander angeordnet und zu einem Bauteil zusammengefügt, verwendet werden.
7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wandler zwei Wicklungen trägt, die über Kreuz zusammengeschaltet werden.
8. 8. Schaltungsanordnung nach, einem der Ansprüche ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerwicklungen in. Serie geschaltet an die zum Erdpotential symmetrische Wicklung eines Eingangsübertragers eines nachfolgenden Verstärkers gelegt wird, so' daß die Zuleitung weitgehend gegen äußere elektrische und/oder magnetische Störungen unempfindlich wird.

   o,.· Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung geheizter Stromtore und insbesondere bei großer nachfolgender Verstärkung ein, Übertrager an den oder die Empfänger ge>legt wird, der neben einer galvanischem Treunung vom Senderteil die vollkommene Symmetrie der Leitungen zwischen Empfänger und Verstärker gewährleistet.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Belgische Patentschrift Nr. 502 084;
   britische Patentschrift Nr. 609014;
   französische Patentschriften Nr. 502238, 982679.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen