DE1274730B

DE1274730B - Magnetic variometer

Info

Publication number: DE1274730B
Application number: DEC21714A
Authority: DE
Inventors: Rene Le Gardeur; Jacques Lecomte; Joseph Taillet
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1959-06-20
Filing date: 1960-06-20
Publication date: 1968-08-08

Description

Magnetvariometer Die Erfindung bezieht sich auf Magnetvariometer mit einem Magnetkreis und einer wenigstens einen Teil dieses Kreises umgebenden Polarisationswicklung, die von einem Gleichstrom durchflossen wird, dessen regelbare Stärke zwischen dem Wert Null und wenigstens dem der Sättigung des Kreises entsprechenden Wert veränderlich ist. Bei einem Magnetvariometer wird bekanntlich die Permeabilität eines Massekerns und damit die Induktivität einer auf diesem befindlichen Induktionsspule durch unterschiedliche Gleichstromvormagnetisierung geändert. Insbesondere soll das Magnetvariometer für die Bildung von induktiven Hohlraumresonatoren zur Teilchenbeschleunigung in einer Einrichtung mit veränderlicher Beschleunigungsfrequenz verwendet werden.Magnetic variometer The invention relates to magnetic variometer with a magnetic circuit and a polarization winding surrounding at least part of this circuit, which is traversed by a direct current, whose adjustable strength between the Value zero and at least the value corresponding to the saturation of the circle variable is. In the case of a magnetic variometer, the permeability of a mass core is known and thus the inductance of an induction coil located on it by different DC bias changed. In particular, the magnetic variometer is intended for the formation of inductive cavity resonators for particle acceleration in a Device with variable acceleration frequency can be used.

Vor der Erläuterung der Erfindung wird zunächst folgendes vorausgeschickt: In der Elektrotechnik besteht bei Verwendung von Resonanzkreisen häufig das Bedürfnis, diese Kreise auf ein breites Frequenzband abstimmen zu können. Ein solches Bedürfnis tritt beispielsweise auf, wenn bei einem zyklischen Beschleuniger für elektrisch geladene Teilchen eine starke Beschleunigungsspannung von einem Oszillator verhältnismäßig kleiner Leistung unter Benutzung eines induktiven Hohlraumresonators oder einer Gleitröhre erzeugt werden soll. Ferner ist die Möglichkeit der Abstimmung auf ein breites Frequenzband erwünscht, wenn eine drahtlose Verbindung auf einer bestimmten, aber a priori etwas innerhalb eines Bandes von mehreren Oktaven liegenden Frequenz hergestellt werden soll, z. B. zur Fernlenkung von militärischen Geräten.Before explaining the invention, the following is first sent in advance: In electrical engineering, when using resonance circuits, there is often the need to to be able to tune these circles to a wide frequency band. Such a need occurs, for example, when in a cyclic accelerator for electrical charged particles have a strong accelerating voltage from an oscillator relatively small power using an inductive cavity resonator or a Slide tube is to be generated. There is also the possibility of voting on a Broad frequency band desirable if a wireless connection is on a certain, but a priori something within a frequency band of several octaves is to be produced, e.g. B. for remote control of military equipment.

Für die Abstimmung derartiger Resonanzkreise wurden bisher mechanische Verfahren benutzt, die auf der Veränderung einer Kapazität oder einer Induktivität beruhen und zu relativ günstigen Gütefaktoren (geringe Verluste) führen, aber zu schwerfällig sind und nur die Bestreichung eines schmalen Frequenzbandes gestatten.For the coordination of such resonance circuits, mechanical Method used on the change of a capacitance or an inductance based and lead to relatively favorable quality factors (low losses), but to are cumbersome and only allow a narrow frequency band to be scanned.

Es sind auch elektrische Verfahren benutzt worden, die entweder die Veränderung der Dielektrizitätskonstanten des Dielektrikums eines Kondensators oder die Veränderung der Permeabilität des Magnetkreises einer Induktionsspule ausnutzen. Das erste dieser elektrischen Verfahren gestattet nur die überstreichung eines schmalen Bandes (etwa eine Oktave), wobei die Leistung außerdem verhältnismäßig klein bleiben muß. Die Veränderung der Permeabilität des den Magnetkreis einer Induktionsspule bildenden Materials, vorzugsweise Ferrit, durch magnetische Polarisation gestattet dagegen die Induktivität der Spule in einem Verhältnis zu ändern, das leicht einen Wert von mehreren Hundert erreichen kann.Electrical methods have also been used that either use the Change in the dielectric constant of the dielectric of a capacitor or take advantage of the change in the permeability of the magnetic circuit of an induction coil. The first of these electrical methods allows only a narrow one to be passed over Band (about an octave), whereby the performance also remains relatively small got to. The change in the permeability of the magnetic circuit of an induction coil forming material, preferably ferrite, permitted by magnetic polarization on the other hand changing the inductance of the coil in a ratio that is easy for one Can reach value of several hundred.

Die nach dem zuletzt erwähnten Prinzip hergestellten Resonanzkreise besitzen jedoch einen geringen Gütefaktor, d. h. hohe elektrische Verluste, wenn die Abstimmung in einem relativ breiten Frequenzband durchführbar sein soll. Dieser schwerwiegende Nachteil ist eine unvermeidbare Folge der zur Bildung der Magnetkreise verfügbaren Materialien. Von diesen Materialien besitzen nämlich einige zwar eine mit dem polarisierenden Feld stark veränderliche reversible Permeabilität, verursachen jedoch gleichzeitig hohe elektrische Verluste. Bei anderen Materialien sind die elektrischen Verluste geringer, aber ihre reversible Permeabilität ändert sich nur wenig mit dem polarisierenden Feld.The resonance circuits produced according to the last-mentioned principle however, have a low figure of merit; H. high electrical losses, though the tuning should be feasible in a relatively wide frequency band. This serious disadvantage is an inevitable consequence of the formation of the magnetic circuits available materials. Some of these materials do have one cause reversible permeability, which is highly variable with the polarizing field but at the same time high electrical losses. For other materials they are electrical losses are lower, but their reversible permeability only changes little with the polarizing field.

Das Ziel der Erfindung geht dahin, ein Magnetvariometer so auszubilden, daß bei einer gegebenen Änderung des Polarisationsstromes des Magnetkreises eine verhältnismäßig große Änderung der Induktivität eintritt, aber gleichzeitig die den starken Polarisationen entsprechenden elektrischen Verluste des Magnetkreises verhältnismäßig klein sind.The aim of the invention is to design a magnetic variometer so that for a given change in the polarization current of the magnetic circuit a relatively large change in inductance occurs, but at the same time the electrical losses of the magnetic circuit corresponding to the strong polarizations are relatively small.

Bei einem Mehrfachmagnetvariometer ist es bereits bekannt, den Magnetkreis aus zwei in Reihe geschalteten Magnetkreisen zusammenzusetzen. In diesem Fall werden mehrere Spulen von einem allen Spulen gemeinsamen Erregersystem gesteuert, indem die Steuerwicklung auf dem Mittelbutzen eines Schalenkerns angebracht ist, der im Mantel einen Luftspalt aufweist, in dem die erforderliche Anzahl der gleichzeitig gesteuerten Hochfrequenzspulen in regelmäßiger Anordnung so über den Umfang verteilt sind, daß die Kerne dieser Spulen die magnetischen Kraftlinien zwischen den Schalenrändern schließen. Die hintereinandergeschalteten Magnetkreise können aus verschiedenartigen Werkstoffen gebildet sein. Beispielsweise kann das Erregersystem, bei dem eine möglichst hohe Sättigung angestrebt wird, aus einem Manganferrit bestehen, während für die Hochfrequenzkerne im Hinblick auf eine hohe Spulengüte Nickelferrit verwendet werden kann.In a multiple magnetic variometer, it is already known to use the magnetic circuit composed of two magnetic circuits connected in series. In this case it will be several coils controlled by an excitation system common to all coils by the control winding on the central piece of a pot core appropriate is, which has an air gap in the jacket in which the required number of simultaneously controlled high-frequency coils in a regular arrangement so over the Scope are distributed that the cores of these coils the magnetic lines of force between close the edges of the bowl. The series-connected magnetic circuits can be formed from different materials. For example, the excitation system, in which the highest possible saturation is sought, consist of a manganese ferrite, while for the high frequency cores with regard to a high coil quality nickel ferrite can be used.

Weiterhin ist es bekannt, einen ringförmigen Magnetkern aus in der Achsrichtung aufeinandergelegten Einzelmagnetkernen mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften zusammenzusetzen; die sich dabei ergebenden Kerndaten sind Mittelwerte der Daten der Einzelkerne. Durch die Kombination geeigneter Einzelkerne sollen sich Magnetkerne zusammensetzen lassen, die hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften bestimmte Bedingungen erfüllen. Man will auf diese Weise die Lagerhaltung vereinfachen, indem für einen bestimmten Anwendungsfall aus verschiedenen Einzelkernen ein geeigneter Magnetkern zusammengesetzt wird, anstatt eine Vielzahl von fertigen Spezialkernen vorrätig zu halten.Furthermore, it is known to have an annular magnetic core in the Axial direction stacked individual magnetic cores with different magnetic Assemble properties; the resulting core data are mean values the data of the single cores. By combining suitable individual cores, Let magnetic cores put together with regard to their magnetic properties meet certain conditions. The aim is to simplify storage in this way, by choosing a suitable one from different individual cores for a specific application Magnetic core is assembled instead of a multitude of ready-made special cores to keep in stock.

Bei diesen vorbekannten Magnetkernen geht es noch nicht um das Problem, für ein Magnetvariometer einen Magnetkreis zu schaffen, der auch bei einer starken Änderung der reversiblen Permeabilität als Funktion der Polarisierung, wie es zur Erzielung eines breiten Frequenzbandes wünschenswert ist, keine übermäßig großen elektrischen Verluste verursacht.With these previously known magnetic cores, the problem is not yet to create a magnetic circuit for a magnetic variometer that works even with a strong Change in reversible permeability as a function of polarization as it goes to Achieving a wide frequency band is desirable, not an excessively large one electrical losses.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Magnetkreis eines Magnetvariometers der eingangs genannten Art aus wenigstens zwei elementaren Magnetkreisen zusammengesetzt wird, die aus verschiedenen Werkstoffen bestehen und parallel geschaltet sind, wobei sich die reversible Permeabilität des den ersten Magnetkreis bildenden Werkstoffes stärker ändert als die des den zweiten Magnetkreis bildenden Werkstoffes, wenn der Polarisationsstrom von einem Grenzwert zum anderen übergeht, und die elektrischen Verluste in dem zweiten Werkstoff bei den benutzten Frequenzen kleiner als die elektrischen Verluste in dem ersten Werkstoff sind.According to the invention, this object is achieved in that the magnetic circuit a magnetic variometer of the type mentioned at least two elementary Magnetic circuits is composed, which consist of different materials and are connected in parallel, the reversible permeability of the first Magnetic circuit forming material changes more than that of the second magnetic circuit forming material when the polarization current from one limit value to another passes over, and the electrical losses in the second material in the used Frequencies are smaller than the electrical losses in the first material.

Als Werkstoffe werden für den Aufbau der einzelnen Magnetkreise des Magnetvariometers nach der Erfindung vorzugsweise Ferrite benutzt.The materials used to build the individual magnetic circuits are Magnetic variometer according to the invention preferably used ferrites.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Magnetvariometers nach der Erfindung ist jeder einzelne Magnetkreis in sich selbst geschlossen.In a preferred embodiment of the magnetic variometer according to Invention, every single magnetic circuit is self-contained.

Das nach der Erfindung aufgebaute Magnetvariometer bietet bei geeigneter Kombination der einzelnen Magnetkreise den Vorteil, daß es in einem relativ breiten Frequenzband mit einem Gütefaktor arbeitet, wie er bisher nur für schmale Frequenzbänder bekannt war. Durch die nach der Erfindung vorgesehene Zusammenfassung von wenigstens zwei einzelnen Magnetkreisen werden resultierende Eigenschaften erzielt, die nicht etwa über den Verlauf des Frequenzbandes einen Mittelwert darstellen, sondern bei den höchsten und tiefsten Frequenzen des Bandes jeweils von demjenigen Werkstoff maßgeblich bestimmt werden, der dabei den günstigeren Einfluß ausübt. Zwischen den Extremwerten liegt ein stetiger Übergang der magnetischen Eigenschaften vor. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen F i g. 1 bis 3 Diagramme mit den Änderungen bestimmter Kenngrößen von Ferriten, wie sie zur Herstellung von Magnetkreisen benutzt werden, in Abhängigkeit vom Polarisationsfeld H, F i g. 4 schematisch einen induktiven Hohlraumresonator, der mit einem Magnetvariometer gemäß der Erfindung ausgestattet ist, F i g. 5 das elektrische Ersatzschaltbild des Hohlraumresonators nach F i g. 4, F i g. 6 in einer perspektivischen Darstellung einen Hohlraumresonator und F i g. 7 ein Diagramm, das die Änderungen von zwei Parametern eines Arbeitsspiels des Hohlraumresonators enthält.The magnetic variometer constructed according to the invention offers with suitable Combination of the individual magnetic circuits has the advantage that it is relatively broad Frequency band works with a quality factor that was previously only available for narrow frequency bands was known. By the proposed according to the invention summary of at least two individual magnetic circuits result in properties that are not achieved represent an average value over the course of the frequency band, but at the highest and lowest frequencies of the band, each of that material be determined decisively, which exercises the more favorable influence. Between In extreme values, there is a steady transition in the magnetic properties. Further Details of the invention are shown below on the basis of exemplary embodiments shown in the drawings explained. It shows F i g. 1 to 3 diagrams with the changes in certain parameters on ferrites as they are used to make magnetic circuits from the polarization field H, F i g. 4 schematically an inductive cavity resonator, equipped with a magnetic variometer according to the invention, FIG. 5 that electrical equivalent circuit diagram of the cavity resonator according to FIG. 4, fig. 6 in one perspective view of a cavity resonator and FIG. 7 a diagram, that is, the changes in two parameters of a working cycle of the cavity resonator contains.

Bei den zur Bildung der Magnetkreise benutzten Werkstoffen handelt es sich um ferromagnetische Keramikwerkstoffe, die unter dem Namen Ferrit bekannt sind.The materials used to form the magnetic circuits are these are ferromagnetic ceramic materials known under the name ferrite are.

In dem Diagramm der F i g. 1 ist als Abszisse das Polarisationsfeld H in AW/cm und als Ordinate die reversible Permeabilität ,u bei 20° C für zwei Ferrite mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften aufgetragen, wobei die Kurve 1 für einen Ferrit A und die Kurve 2 für einen Ferrit B gilt.In the diagram of FIG. 1 is the polarization field as the abscissa H in AW / cm and the ordinate is the reversible permeability, u at 20 ° C for two ferrites plotted with different magnetic properties, the curve 1 for a ferrite A and curve 2 for a ferrite B applies.

Aus diesem Diagramm ergibt sich, daß bei der Polarisation Null die reversible Permeabilität des Ferrits A in der Nähe von 1000 liegt, während die des Ferrits B nur 200 erreicht, daß aber andererseits, sobald die Stärke des polarisierenden Feldes etwa 2 AW/cm übersteigt, der Ferrit B eine reversible Permeabilität hat, die größer ist als die des Ferrits A. Mit anderen Worten heißt dies: Für eine gegebene Änderung des polarisierenden Feldes ändert sich die reversible Permeabilität des Ferrits A viel stärker als die des Ferrits B. Der Verhältniswert der reversiblen Permeabilität des Ferrits B nimmt also mit der Polarisation zu, was auch für die entsprechenden Induktivitäten gilt, die zu den reversiblen Permeabilitäten praktisch proportional sind.From this diagram it can be seen that the polarization is zero reversible permeability of ferrite A is close to 1000, while that of the Ferrite B only reaches 200, but that on the other hand, once the strength of the polarizing Field exceeds about 2 AW / cm, the ferrite B has a reversible permeability, which is greater than that of ferrite A. In other words, this means: for a given one Changing the polarizing field changes the reversible permeability of the Ferrite A much stronger than that of ferrite B. The ratio of the reversible The permeability of the ferrite B increases with the polarization, which also applies to the corresponding inductances applies, which is practical to the reversible permeabilities are proportional.

In dem Diagramm der F i g. 2 ist als Abszisse wiederum das Polarisationsfeld Hin AW/cm und als Ordinate der entsprechende Gütefaktor eines weiter unten beschriebenen induktiven Hohlraumresonators aufgetragen. Die Kurve 3 gilt für den Fall, daß der Hohlraumresonator nur mit dem Ferrit A ausgerüstet ist, während die Kurve 4 sich auf die Ausrüstung ausschließlich mit dem Ferrit B und die Kurve 5 auf den Fall bezieht, daß der Hohlraumresonator zu vier Fünfteln mit dem Ferrit A und zu einem Fünftel mit dem Ferrit B ausgerüstet ist.In the diagram of FIG. 2 is again the polarization field as the abscissa Hin AW / cm and as the ordinate the corresponding quality factor of one described below inductive cavity resonator applied. The curve 3 applies in the event that the Cavity resonator is equipped only with the ferrite A, while curve 4 is on the equipment exclusively with the ferrite B and curve 5 on the case refers that the cavity resonator to four fifths with the ferrite A and to one Fifth is equipped with the ferrite B.

Aus diesem Diagramm geht hervor, daß bei den benutzten Hochfrequenzwerten (wobei sich die Frequenz mit dem polarisierenden Feld ändert, wie dies weiter unten erläutert ist) der von dem Ferrit B herrührende Gütefaktor Q2 erheblich größer als der von dem Ferrit B herrührende Gütefaktor Q1 ist, und daß die Hinzufügung des Ferrits B den Gesamtgütefaktor QT des Hohlraumresonators verbessert. In der Praxis ist dieser letztere praktisch gleich Q1 bei fehlender Polarisation und sucht sich Q2 immer mehr zu nähern, wenn die Polarisation zunimmt.This diagram shows that at the high frequency values used (where the frequency changes with the polarizing field, like this below is explained) the quality factor Q2 resulting from the ferrite B is considerably greater than the figure of merit resulting from the ferrite B is Q1, and that the addition of the Ferrite B improves the overall quality factor QT of the cavity resonator. In practice the latter is practically equal to Q1 in the absence of polarization and searches for itself Q2 getting closer and closer as the polarization increases.

Bekanntlich ist, wenn L1 die von dem Ferrit A herrührende Teilinduktivität und L2 die von dem Ferrit B herrührende Teilinduktivität ist, die äquivalente Gesamtinduktivität LT gleich der Summe von L1 und L2, und der Gütefaktor QT kann aus folgender Beziehung abgeleitet werden: LT _ L, L2 QT Q1 + Q2 Da Q2 stets größer als Q, ist, kann aus dieser Beziehung gefolgert werden, daß QT um so mehr zunimmt, je größer der Wert von L2 gegenüber L1 ist, was aus den Diagrammen der F i g. 1 und 2 hervorgeht.As is well known, if L1 is the partial inductance resulting from the ferrite A and L2 is the partial inductance resulting from the ferrite B, the equivalent total inductance LT is equal to the sum of L1 and L2, and the quality factor QT can be derived from the following relationship: LT _ L, L2 QT Q1 + Q2 Since Q2 is always greater than Q i, it can be concluded from this relationship that QT increases the more the greater the value of L2 is compared to L1, which can be seen from the diagrams in FIGS. 1 and 2.

Von einem gewissen Wert des Polarisationsstromes an haben die Kreise aus dem Ferrit B einen magnetischen Widerstand der gleichen Größenordnung wie die parallelgeschalteten Kreise aus dem Ferrit A, deren Zahl - und somit deren Querschnitt - größer ist, deren Permeabilität aber kleiner ist. Ein hoher Anteil der Gesamtinduktivität rührt dann von den Kreisen aus dem Ferrit B her, und dieser Anteil nimmt mit der Polarisation zu.From a certain value of the polarization current the circles have from the ferrite B a magnetic reluctance of the same order of magnitude as that Circuits connected in parallel from the ferrite A, their number - and thus their cross-section - is larger, but its permeability is smaller. A high proportion of the total inductance then comes from the circles from the ferrite B, and this proportion increases with the Polarization too.

Für die höchsten Abstimmfrequenzen muß die Gesamtinduktivität erheblich kleiner (ein Fünfunddreißigstel bei dem nachstehenden Beispiel) als bei den tiefsten Abstimmfrequenzen sein. Für diese hohen Frequenzen muß daher die reversible Permeabilität der Ferrite entsprechend verringert werden, wofür der Polarisationsstrom dieser Ferrite einen um so größeren Wert haben muß, je mehr die Abschnitte mit geringerer Permeabilität (aus Ferrit B) die Wirkung dieses Stromes zu verringern suchen. Anders ausgedrückt, der Zusatz des Ferrits B erfordert zur Abstimmung auf die höchsten Frequenzen eine geringere Vergrößerung des Polarisationsstromes.For the highest tuning frequencies, the total inductance must be considerable smaller (one thirty-fifth in the example below) than the deepest Be tuning frequencies. For these high frequencies, therefore, the reversible permeability must the ferrites are reduced accordingly, for which the polarization current of this Ferrite must have a higher value, the more the sections with the lesser Permeability (from ferrite B) try to reduce the effect of this current. Different in other words, the addition of the ferrite B requires tuning to the highest Frequencies a smaller increase in the polarization current.

Dies hat zwei günstige Wirkungen für die Verringerung der Hochfrequenzverluste, d. h. für die Verbesserung des Gesamtgütefaktors QT bei Hochfrequenz: a) Die erste rührt von der verhältnismäßigen Zunahme der Bedeutung des Ferrits B her, dessen Gütefaktor Q2 dann sehr hoch ist; b) die zweite beruht auf der Zunahme des Gütefaktors Q, unter sonst gleichen Umständen. Aus der Kurve 3 geht nämlich hervor, daß dieser Gütefaktor mit der Stärke des polarisierenden Feldes zunimmt (welche bei dem betrachteten Fall gleichzeitig mit der Frequenz zunimmt).This has two beneficial effects for reducing the high frequency losses, ie for improving the overall quality factor QT at high frequency: a) The first is due to the relative increase in the importance of ferrite B, the quality factor Q2 of which is then very high; b) the second is based on the increase in the quality factor Q, all other things being equal. From curve 3 it can be seen that this quality factor increases with the strength of the polarizing field (which in the case under consideration increases simultaneously with the frequency).

Das Diagramm in Fig.3 ist angegeben, um zu zeigen, daß bei konstanter Frequenz der Gütefaktor Q1 praktisch linear mit der Stärke des polarisierenden Feldes zunehmen würde. In das Diagramm dieser Figur ist als Abszisse das Polarisationsfeld H in AW/cm und als Ordinate der entsprechende Gütefaktor einer mit dem Ferrit A ausgerüsteten Anordnung eingetragen, bei welchem die Induktion mit der Frequenz in der gleichen Beziehung wie bei dem obigen induktiven Hohlraumresonator steht. Die verschiedenen Kurven zeigen die Versuchsergebnisse für eine Hochfrequenz bestimmten Wertes bei 20° C.The diagram in Fig.3 is given to show that at constant Frequency of the quality factor Q1 practically linear with the strength of the polarizing field would increase. In the diagram of this figure, the polarization field is the abscissa H in AW / cm and the corresponding quality factor of one with the ferrite A as the ordinate equipped arrangement entered, in which the induction with the frequency is in the same relationship as the above inductive cavity resonator. The different curves show the test results for a given high frequency Value at 20 ° C.

Die beiden obigen günstigen Wirkungen gestatten, mittels einer Vergrößerung des Polarisationsstromes der Ferrite die in dem oberen Bereich des Frequenzbandes erforderliche Hochfrequenzleistung zu verringern, was bei Apparaturen besonders günstig ist, welche hauptsächlich mit in diesem Bereich liegenden Frequenzen arbeiten, wie dies bei dem weiter unten beschriebenen Hohlraumresonator der Fall ist.The two above beneficial effects allow, by means of an enlargement the polarization current of the ferrites in the upper range of the frequency band to reduce the required high-frequency power, which is particularly important in the case of apparatus is favorable, which mainly work with frequencies in this range, as is the case with the cavity resonator described below.

Natürlich können, wie bereits oben ausgeführt, auch andere magnetische Werkstoffe als die aufgeführten zur Herstellung der betrachteten elementaren Magnetkreise benutzt werden.Of course, as already stated above, other magnetic ones can also be used Materials than those listed for manufacturing the elementary magnetic circuits under consideration to be used.

So kann insbesondere an Stelle des Ferrits B ein Ferrit C benutzt werden, der unter sonst gleichen Umständen noch kleinereÄnderungen der reversiblen Permeabilität als der Ferrit B und noch kleinere Verluste aufweist.In particular, instead of the ferrite B, a ferrite C can be used which, all other things being equal, make even smaller changes to the reversible Permeability than the ferrite B and has even smaller losses.

Ferner können mehr als zwei aus verschiedenen Werkstoffen gebildete Elementarkreise benutzt werden, z. B. aus den Ferriten A, B und C.Furthermore, more than two can be formed from different materials Elementary circles are used, e.g. B. from the ferrites A, B and C.

Aus dem in den F i g. 4 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Hochfrequenzinduktivität, die einem induktiven Hohlraumresonator zur Beschleunigung der Protonen in einem Synchrotron angehört, mit 6 bezeichnet. In einem derartigen Apparat durchlaufen die Protonen eine geschlossene Bahn in einer ringförmigen Vakuumkammer 7 und werden bei jedem Umlauf durch eine Potentialdifferenz geeigneten Sinnes beschleunigt, welche zwischen zwei Elektroden 8 und 9 angelegt wird, welche die beiden Lippen einer isolierenden Unterbrechung 10 (oder eines »Beschleunigungsintervalls«) dieser Kammer bilden.From the in the F i g. 4 to 7, the high-frequency inductance, which belongs to an inductive cavity resonator for accelerating the protons in a synchrotron, is denoted by 6. In such an apparatus, the protons pass through a closed path in an annular vacuum chamber 7 and are accelerated with each revolution by a potential difference of suitable sense, which is applied between two electrodes 8 and 9, which the two lips of an insulating interruption 10 (or an "acceleration interval «) Form this chamber.

Anstatt die von einem Hochfrequenzgenerator mit großer elektromotorischer Kraft erzeugte elektrische Spannung unmittelbar an diese Elektroden anzulegen, werden diese aus Ersparnisgründen besser in einen die Induktivität 6 und die Kapazität 11 enthaltenden Resonanzkreis eingeschaltet, welcher durch einen Hochfrequenzgenerator 12 erregt wird, dessen Leistung erheblich kleiner sein kann.Instead of that from a high frequency generator with a large electromotive Force generated electrical voltage to be applied directly to these electrodes For reasons of economy, this is better integrated into one inductance 6 and the capacitance 11 containing resonance circuit switched on, which is generated by a high frequency generator 12 is excited, the power of which can be considerably smaller.

Gemäß dem Prinzip des Synchrotrons muß sich die Beschleunigungsfrequenz mit der Energie der beschleunigten Protonen ändern, und der Resonanzkreis 6-11 muß ebenso wie der Generator 12 auf das ganze entsprechende Frequenzband abgestimmt werden können.According to the principle of the synchrotron, the acceleration frequency must be change with the energy of the accelerated protons, and the resonance circuit must be 6-11 just like the generator 12 is tuned to the entire corresponding frequency band can be.

Beispielshalber sei das Protonensynchrotron »Saturne« in Saclay (Frankreich) angegeben, dessen Frequenzband zwischen 0,75 und 8,5 MHz liegt. Das Verhältnis zwischen den Grenzfrequenzen ist somit größer als 11, so daß die Werte der Induktivität 6 und/oder der Kapazität 11 in einem Verhältnis in der Größenordnung von 130 veränderlich sein müssen (gleich dem Quadrat des Verhältnisses der Grenzresonanzfrequenzen). Wenn daher die Kapazität im Verhältnis 1: 4 veränderlich ist, muß die Induktivität etwa in dem Verhältnis 1: 35 veränderlich sein.As an example, let the proton synchrotron "Saturne" in Saclay (France) whose frequency band is between 0.75 and 8.5 MHz. The relation between the limit frequencies is thus greater than 11, so that the values of the inductance 6 and / or the capacitance 11 variable in a ratio of the order of 130 must be (equal to the square of the ratio of the limit resonance frequencies). Therefore, if the capacitance is variable in the ratio 1: 4, the inductance must be variable in the ratio of 1: 35.

Die in den Figuren dargestellte Induktivität 6 ist in bezug auf den Körper symmetrisch und wird durch zwei koaxiale, in einer Flucht angeordnete Leitungen gebildet, deren jede einen sich an das Beschleunigungsintervall 10 anschließenden Abschnitt der Protonenbahn umgibt. Die entgegengesetzten Enden dieser Leitungen sind durch die Böden 13 kurzgeschlossen, und an ihren einander gegenüberliegenden Enden sind die Außenleiter miteinander vereinigt, wodurch die Außenwand des Hohlraumresonators gebildet wird, während ihre voneinander isolierten Innenleiter zwei Abschnitte der ringförmigen Kammer 7 verwirklichen, welche durch die erwähnten Beschleunigungslippen 8 und 9 abgeschlossen werden.The inductance 6 shown in the figures is with respect to the Body symmetrical and is made by two coaxial lines arranged in a row formed, each of which follows the acceleration interval 10 Surrounding section of the proton orbit. The opposite ends of these lines are short-circuited by the bottoms 13, and at their opposite one another Ends of the outer conductors are united with one another, creating the outer wall of the cavity resonator is formed, while their insulated inner conductors are two sections of the realize annular chamber 7, which by the mentioned acceleration lips 8 and 9 to be completed.

Die Induktivität 6 ist durch Magnetkreise 14a, 14 b aus Ferrit veränderlich gemacht, welche zwischen den Innen- und Außenleitern einer jeden koaxialen Leitung angeordnet und durch Spulen 15 polarisierbar sind, welche aus einer Stromquelle 16 mit Gleichstrom gespeist werden. Entsprechend den obigen Ausführungen bestehen diese Magnetkreise aus mehreren Teilkreisen 14a, 14 b, welche parallel angeordnet sind und aus Ferriten verschiedener Kenngrößen bestehen.The inductance 6 is made variable by magnetic circuits 14a, 14b made of ferrite, which are arranged between the inner and outer conductors of each coaxial line and can be polarized by coils 15 which are fed with direct current from a current source 16. According to the above statements, these magnetic circuits consist of several partial circles 14a, 14b, which are arranged in parallel and consist of ferrites of different parameters.

Eine praktische Ausführung des induktiven Hohlraumresonators, welche sich voll bewährt hat, ist in F i g. 6 genauer dargestellt.A practical version of the inductive cavity resonator, which has proven itself fully is shown in FIG. 6 shown in more detail.

Der den beiden koaxialen Leitungen gemeinsame, die Außenwand des Hohlraumresonators verwirklichende Außenleiter wird durch vier Platten 6a aus weichem Stahl (welche eine magnetische Abschirmung bilden) gebildet, welche auf ihren beiden Seiten mit Kupferfolien (zur Herstellung der elektrischen Leitfähigkeit) überzogen sind, wobei die Anordnung ein rechteckiges Parallelepiped mit einer Länge von 1,90 m, einer Breite von 1 m und einer Höhe von 0,70 m bildet.The one common to the two coaxial lines, the outer wall of the cavity resonator The outer conductor which is to be realized is supported by four plates 6a made of soft steel (which forming a magnetic shield), which on both sides with Copper foils (for the production of electrical conductivity) are coated, whereby the arrangement a rectangular parallelepiped with a length of 1.90 m, one Width of 1 m and a height of 0.70 m forms.

Die Innenleiter werden durch zwei rohrförmige Teile 6b aus rostfreiem Stahl mit einer Breite von 450 mm und einer Höhe von 134 mm gebildet.The inner conductors are made of stainless steel by two tubular parts 6b Steel formed with a width of 450 mm and a height of 134 mm.

An der Stelle des Beschleunigungsintervalls verbindet eine isolierende Dichtung 17 aus dem Äthoxylinharz mit einer Breite von 55 mm dicht die beiden Rohrteile 6 b.At the point of the acceleration interval there is an isolating connection Seal 17 made of ethoxylin resin with a width of 55 mm tightly seals the two pipe parts 6 b.

Die Ro-grteile 6 b durchdringen die Böden 13, und ihre außerhalb des Hohlraumresonators liegenden Abschnitte sind durch Systeme mit nachgiebigen Membranen mit dem Rest der Vakuumkammer verbunden.The bulk parts 6 b penetrate the floors 13, and their sections lying outside the cavity resonator are connected to the rest of the vacuum chamber by systems with flexible membranes.

Der zu jeder koaxialen Leitung gehörende Magnetkreis wird durch eine Anordnung von zwanzig rechteckigen Ferritrahmen (sechzehn Rahmen 14a aus Ferrit A und vier Rahmen 14 b aus Ferrit B) gebildet, deren jeder die Innenabmessungen 553 X 200 mm und die Außenabmessungen 800 X 447 mm sowie eine Dicke von 25 mm hat. Diese Rahmen sind paarweise zusammengefaßt, und die Rahmengruppen sind zur Ermöglichung ihrer Kühlung durch breite Zwischenräume 18 voneinander getrennt.The magnetic circuit belonging to each coaxial line is created by a Arrangement of twenty rectangular ferrite frames (sixteen frames 14a made of ferrite A and four frames 14 b made of ferrite B), each of which has the internal dimensions 553 X 200 mm and the external dimensions 800 X 447 mm and a thickness of 25 mm. These frames are grouped in pairs, and the frame groups are to enable their cooling separated from one another by wide spaces 18.

Die Polarisation des Magnetkreises erfolgt durch den Strom, welcher in zwei Spulen 15 fließt, welche nur einen geringen Teil der Länge der Ferritrahmen umgeben und symmetrisch zu der mittleren Querebene des Hohlraumresonators innerhalb desselben auf der gleichen Seite der Vakuumkammer angeordnet sind. Zur Entkopplung des Niederfrequenzpolarisationsfeldes von dem Hochfrequenzbeschleunigungsfeld sind die Spulen 15 achtförmig verwunden. Hierfür sind die zwanzig Rahmen einer jeden Hohlraumresonatorhälfte zu zwei Zehnerpaketen zusammengefaßt, und die Windungen der Spulen 15 sind nacheinander in verschiedenem Sinn auf die Anordnung der entsprechenden Rahmenabschnitte eines jeden Pakets aufgewickelt, wodurch die ungewünschten induzierten elektromotorischen Kräfte durch Gegenschaltung fast vollständig aufgehoben werden. Jede Spule besteht aus zehn Kupferrohren mit einem äußeren quadratischen Querschnitt, deren Kühlung durch einen inneren Wasserumlauf erfolgt. Die Gesamtinduktivität dieser Spulen beträgt größenordnungsmäßig 5 mH, während der höchstzulässige Strom etwa 400 A beträgt. Eine nicht dargestellte Siebanordnung für den Polarisationsstrom ist außerhalb des Hohlraumresonators vorgesehen, um den übertritt von hochfrequenten Störinduktionen in den Rest der Anlage zu verhindern. Das Diagramm der F i g. 7 zeigt die Änderungen der Abstimmfrequenz des Hohlraumresonators (voll ausgezogene Kurve 19) bzw. der Stärke des Polarisationsstromes (gestrichelte Kurve 20) während eines (etwa 0,8 Sekunden dauernden) Beschleunigungszyklus. In diesem Diagramm sind als Abszissen die Zeit t in Sekunden und als Ordinaten die Frequenz f in Megahertz bzw. die Stromstärke I in Ampere aufgetragen.The polarization of the magnetic circuit is made by the current, which flows in two coils 15 which are only a small part of the length of the ferrite frame surrounded and symmetrical about the median transverse plane of the cavity resonator inside the same are arranged on the same side of the vacuum chamber. For decoupling of the low frequency polarization field from the high frequency accelerating field the coils 15 twisted eight-shaped. For this are the twenty frames of each Cavity resonator half combined into two packets of ten, and the turns the coils 15 are sequentially in different sense on the arrangement of the corresponding Frame sections of each package wound up, causing the undesirable induced electromotive forces are almost completely canceled out by counter-switching. Each coil consists of ten copper tubes with an outer square cross-section, they are cooled by an internal water circulation. The total inductance of this Coils is on the order of 5 mH, while the maximum permissible current is around 400 A. A sieve arrangement, not shown, for the polarization current is provided outside the cavity resonator to prevent the passage of high frequency To prevent interference induction in the rest of the system. The diagram of FIG. 7th shows the changes in the tuning frequency of the cavity resonator (fully drawn Curve 19) or the strength of the polarization current (dashed curve 20) during an acceleration cycle (approximately 0.8 seconds). In this diagram are the abscissa is the time t in seconds and the ordinate is the frequency f in megahertz or the current intensity I is plotted in amperes.

Das Diagramm zeigt deutlich, daß die Frequenz des Hohlraumresonators während des größten Teils des Beschleunigungszyklus in dem oberen Bereich der möglichen Abstimmfrequenzen liegt.The diagram clearly shows that the frequency of the cavity resonator in the upper range of possible during most of the acceleration cycle Tuning frequencies lies.

Wie oben bereits ausgeführt, gestattet die Erfindung eine erhebliche Verringerung der Verluste in diesem Bereich. In der Praxis braucht der Generator 12 nur eine Leistung von 2 kW zu liefern, während er bei einem nicht erfindungsgemäß ausgebildeten Hohlraumresonator eine fünffache Leistung liefern müßte. Ferner gestattet die Erfindung, diese Hochfrequenzleistung praktisch von der Frequenz in dem ganzen benutzten Frequenzband (0,75 bis 8,5 MHz) unabhängig zu machen, was insbesondere das Arbeiten der Anordnungen zur Verstärkung und Regelung der an 21-22 (F i g. 6) angelegten Beschleunigungsspannung erheblich vereinfacht.As already stated above, the invention allows a considerable Reducing losses in this area. In practice, the generator needs 12 to deliver only a power of 2 kW, while it is not according to the invention for one trained cavity resonator would have to deliver a five-fold power. Also permitted the invention, this high frequency performance practically on the frequency in the whole used frequency band (0.75 to 8.5 MHz) to make what in particular the work of the arrangements for the reinforcement and regulation of the an 21-22 (Fig. 6) applied acceleration voltage considerably simplified.

Claims

Claims: 1. Magnetic variometer with a magnetic circuit and a at least part of this circle surrounding polarization winding, by a Direct current flows through, the adjustable strength between the value zero and is variable at least to the value corresponding to the saturation of the circle, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the magnetic circuit consists of at least two Elementary magnetic circuits are composed of different materials exist and are connected in parallel, the reversible permeability of the the first magnetic circuit forming material changes more than that of the second Magnetic circuit forming material when the polarization current has reached a limit to the other, and the electrical losses in the second material the frequencies used are smaller than the electrical losses in the first material are.

2. Magnetic variometer according to claim 1, characterized in that the elementary Materials that form magnetic circuits are ferrites.

3. Magnetic variometer according to the claims 1 and 2, characterized in that each elementary magnetic circuit in itself closed is.

4. Use of the magnetic variometer according to Claims 1 to 3 for the formation of inductive cavity resonators for particle acceleration in one Device with variable acceleration frequency. Considered publications: German Patent Nos. 951819, 450 560; German Auslegeschrift No. 1061847; Book by H. R e i n b o t h, Technology and Application of Magnetic Materials, VEB-Verlag Technik, Berlin, 1958, pp. 61 to 64.