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磁気検出器、またはマルコーニ磁気検出器は、 20世紀初頭の無線通信時代にモールス信号を受信するための初期の無線受信機に使用された初期の電波検出器であり、「マギー」と呼ばれることもあった。 [1] [2]ニュージーランドの物理学者アーネスト・ラザフォードが1895年に発明した方法に基づいて、1902年に無線の先駆者であるグリエルモ・マルコーニ によって開発された[1] [2] [3] 。 [4] 1912年頃までマルコーニ無線局で使用され、その後真空管に取って代わられた。[5]信頼性が高く、振動に強いことから、船舶でも広く使用された。磁気検出器は、1912年4月15日に沈没したタイタニック号 の無線室に設置された無線装置の一部であり、この有名なタイタニック号の沈没事故の際に救助要請に使用された。[6]
歴史
ラジオの最初の30年間（1886-1916年）に使用された原始的な火花ギャップ無線送信機は、音声（音）を送信できなかったため、代わりに無線電信によって情報を送信していました。オペレーターは電信キーで送信機のオン/オフを切り替え、電波のパルスを発生させてモールス信号でテキストメッセージを伝えていました。そのため、当時の無線受信機器は、現代の受信機のように電波を音に変換する必要がなく、無線信号の有無を検出するだけで済みました。これを行うデバイスはすべて検出器と呼ばれていました。広く使用された最初の検出器は、1890年に発明されたコヒーラでした。コヒーラは非常に性能の低い検出器で、感度が低く、インパルス性ノイズによる誤作動を起こしやすかったため、より優れた電波検出器を見つけるための多くの研究のきっかけとなりました。
アーネスト・ラザフォードは1896年に初めて鉄のヒステリシスを利用してヘルツ波を検出しました[4] [7]。これは、無線信号が鉄の針の周りのコイルを通過するときに鉄の針が消磁されることによって検出しましたが、針を再び磁化する必要があるため、連続的な検出器には適していませんでした。[7] E.ウィルソン、C.ティソ、 レジナルド・フェッセンデン、ジョン・アンブローズ・フレミング、 リー・ド・フォレスト、JCバルシリー、L.ティエリなど、他の多くの無線研究者がその後ヒステリシスに基づく検出器を考案しましたが、さまざまな欠点のために広く使用されることはありませんでした。[7] 初期のバージョンの多くは、コイルが付いた静止した鉄の帯の上に回転する磁石がありました。[8]このタイプは、磁極が鉄を通過するときに発生する磁場が変化するときのみ定期的に感度がありました。
1902年12月、マルコーニは大西洋横断無線通信実験中に、コヒーラが長距離通信からの非常に微弱な無線信号を検出するには信頼性が低く感度が低いことを発見した。この必要性が、彼を磁気検出器の開発へと駆り立てた。マルコーニは、ゼンマイ仕掛けのモーターで駆動される可動鉄帯が固定磁石とコイルのそばを通過するという、より効果的な構成を考案した。これにより、磁化を変化させる鉄が継続的に供給され、感度が一定に保たれる（ラザフォードもこの構成を発明したと主張している）。[8]マルコーニ磁気検出器は、1902年から1912年までマルコーニ社 が「公式」に使用した検出器であり、この年に同社はフレミングバルブとオーディオン型真空管への移行を開始した。この検出器は1918年まで使用された。
説明
右の図を参照してください。マルコーニ版は、70 本の 40 番ゲージの絹で覆われた鉄線で作られたエンドレスの鉄帯 ( B ) で構成されていました。動作中、この鉄帯は、巻き上げ式のゼンマイ仕掛けのモーターによって回転する 2 つの溝付きプーリーの上を通過します。[1] [2]鉄帯は、数ミリにわたって 36 番ゲージの絹で覆われた銅線が単層で密に巻かれたガラス管の中心を通過します。このコイル ( C )は、無線周波数励起コイルとして機能します。この巻き線の上に、約 140オームの抵抗まで同じゲージのワイヤが巻かれた小さなボビンがあります。このコイル ( D )は、オーディオピックアップコイルとして機能します。これらのコイルの周りには、鉄帯がガラス管を通過するときに磁化するために、2 つの永久馬蹄形磁石が配置されています。 [1]
仕組み
この装置は鉄線の磁化のヒステリシスによって動作する。 [1] [2] 永久磁石は、鉄線に沿って反対方向にコイルの中心に向かう（または中心から離れる）２つの反対方向の磁場を生成するように配置されている。これは、鉄帯をその軸に沿って磁化する機能があり、最初はコイルの中心に近づくときに一方向に磁化し、次にコイルの反対側から離れるときにその磁気を反対方向に反転させる。[2]鉄の ヒステリシス（保磁力）のため、磁化を反転させるには特定の閾値磁場（保磁力、H c ）が必要である。そのため、移動する鉄線の磁化は、磁場が反転する装置の中心ではなく、２番目の磁石の磁場がH cに達したときに、鉄線から遠ざかる側に向かっていくらか反転する。[1] [2] ワイヤ自体はコイル内を動いているが、無線信号がない場合、磁化が反転する位置はピックアップコイルに対して静止しているため、磁束の変化はなく、ピックアップコイルに電圧は誘導されない。
アンテナ( A )からの無線信号はチューナー (図示せず) で受信され、励起コイルCを通過します。励起コイル C のもう一端はアース( E ) に接続されています。[2] コイルからの急速に反転する磁場は保磁力H cを超え、鉄のヒステリシスを打ち消し、磁化変化がワイヤに沿って磁石の間の中心まで急激に移動し、そこで磁場が反転します。[1] [2]これは、コイルに磁石を押し込むのと同様の効果があり、ピックアップコイルD を通る磁束が変化し、ピックアップコイルに電流パルスを誘導します。オーディオピックアップコイルは電話受信機 (イヤホン) ( T )に接続され、電流パルスが音に変換されます。[2]
スパークギャップ送信機からの無線信号は、1秒間に数百回程度の音声周波数で繰り返される電波パルス（減衰波）で構成されています。各電波パルスはイヤホンに電流パルスを発生させ、 [1]そのため、イヤホン内では楽音やブザー音のように聞こえます。
技術的な詳細
鉄製のバンドは、ケース内部のゼンマイとゼンマイ仕掛けの機構によって回転した。バンドの速度は1.6cm/秒から7.5cm/秒と様々な値が報告されており、この装置はおそらく幅広いバンド速度で動作したと思われる。[8] 操作者は側面のクランクを使ってゼンマイを巻き上げておく必要があった。操作者は時々ゼンマイを巻き忘れ、バンドの回転が止まり、検出器も動作を停止することがあり、無線メッセージの途中で停止することもあった。
検出器は、イヤホンから「シューッ」という音、あるいは「轟音」のような電子ノイズを発し、バックグラウンドで聞こえ、やや聞き疲れするほどでした。 [9] これは、鉄のバルクハウゼン効果によるバルクハウゼンノイズでした。 [9] 鉄線が検出器を通過する際に、その特定の領域における磁場が変化すると、鉄の磁区間の微小な磁壁が、鉄の結晶格子の欠陥に引っかかったり、剥がれたりしながら、一連の動きをしました。それぞれの動きは、コイルを通る磁場に微小な変化をもたらし、ノイズパルスを誘導しました。
出力は直流ではなく音声交流であったため、検出器はイヤホンでのみ使用でき、コヒーラ無線電信受信機で使用される一般的な録音機器であるサイフォン紙テープレコーダーでは使用できませんでした。[10]
技術的な観点から見ると、動作にはいくつかの微妙な前提条件が必要である。鉄帯における永久磁石の磁場強度は、無線周波数励起コイルによって生成される磁場強度と同程度でなければならない。これにより、無線周波数信号は鉄の閾値ヒステリシス（保磁力）を超えることができる。また、無線信号を供給するチューナーのインピーダンスは、励起コイルの低インピーダンスに合わせて低くする必要があり、特別なチューナー設計上の考慮が必要となる。電話のイヤホンのインピーダンスは、数百オームのオーディオピックアップコイルのインピーダンスとほぼ一致する必要がある。鉄帯は毎秒数ミリメートル移動する。磁気検出器は、当時一般的に使用されていたコヒーラ[1]よりもはるかに高感度であったが、 1912年頃にコヒーラに取って代わったフレミングバルブ[5]ほど高感度ではなかった。
JC Hawkhead 著『無線電信技師のための技術指導ハンドブック』（HM Dowsett による第 2 版改訂）の 175 ページに、マルコーニの磁気検出器の操作とメンテナンスに関する詳細な手順と仕様が記載されています。
参考文献
- ^ abcdefghi フレミング、ジョン・アンブローズ(1911). 。ヒュー・チザム編著『ブリタニカ百科事典』第26巻（第11版）ケンブリッジ大学出版局、 510～ 541ページ、536ページ第2段落、8行目と9行目、および図45を参照。
1902年、マルコーニは2種類の磁気検出器を発明し、そのうちの1つを非常に精巧で実用的な電波検出器へと発展させた。
- ^ abcdefghi フレミング、ジョン・アンブローズ (1908). 『電波電信の原理』 イギリス：ロングマンズ・グリーン社 pp. 380–382.
- ^ マルコーニ、グリエルモ (1902). 「宇宙電信の受信機として使用できる電磁波の磁気検出器に関する覚書」.王立協会紀要. 70 ( 459–466 ). ロンドン: 341–344 . Bibcode :1902RSPS...70..341M. doi : 10.1098/rspl.1902.0034 .
- ^ abラザフォード、アーネスト（1897年1 月1日）「電磁波の磁気検出器とその応用」ロンドン王立協会哲学論文集、189ページ。王立協会：1-24ページ。Bibcode：1897RSPTA.189....1R。doi ：10.1098/rsta.1897.0001。
- ^ ab ウェナス、エリック P. (2007)。 Radiola: RCA の黄金時代、1919 ～ 1929 年。ソノラン出版。 p. 2.ISBN 978-1886606210。
- ^ Stephenson, Parks (2001年11月). 「RMS Titanic の Marconi 無線設備」. Old Timer's Bulletin . 42 (4). The Antique Wireless Association . 2016年5月22日閲覧。スティーブンソンの個人ウェブサイト marconigraph.com からコピー
- ^ abc Phillips, Vivian J. (1980). 初期の電波検出器. Peter Peregrinus, Ltd. および The Science Museum, London. pp. 85–122. ISBN 0906048249。
- ^ abc Phillips (1980) 初期の電波検出器、p. 103-105
- ^ ab Phillips (1980) 初期の電波検出器、p. 98, 102, 106
- ^ フレミング、ジョン・アンブローズ（1916年）『学生とオペレーターのための無線電信と無線電話の基礎マニュアル』第3版、英国：ロングマンズ・グリーン社、203～208頁。
外部リンク
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