Способ регистрации электрических колебаний ультравысокой частоты Советский патент 1935 года по МПК G01R23/02 G01D15/06 

Предлагаемый способ регистрации электрических колебаний ультра-высокой частоты основан на применении явления, которое обычно является весьма неприятным и вредным, а именно коррозии металлов, которая, согласно изобретению, используется для обнаружения присутствия герцевых волн и фиксации мест их прохождения.

На чертеже фиг. 1 и 2 поясняют использование явления коррозии для регистрации электрических колебаний; фиг. 3 изображает схему когерера; фиг. 4-использование когерера в виде элемента Вольта; фиг. 5-когерер с вспомогательными электродами; фиг. 6-фотографирование вибратора Герца.

Одним из факторов, вызывающих коррозию металлов, является образование гальванических пар на металле, соприкасающемся с водой. Те части металла, которые имеют различную химическую природу, имеют различные потенциалы и потому служат местом образования гальванических элементов; в результате получается разложение воды и выделение веществ, разрушающих металл.

Два куска металла, например кусок меди и кусок железа, положенные на влажную бумагу, будут в известной мере подвергаться коррозии. Если же эти металлы соединить металлической проволокой (фиг. 1), то химический процесс пойдет значительно быстрее и под железной пластинкой быстро появится ржавчина.

Соединение при помощи проволоки может быть заменено непосредственным достаточно плотным соприкосновением металлов. Если же контакт недостаточен, то его можно усилить, пропуская искровый электрический разряд. В случае слабого соприкосновения металлов разложения не будет, но коль скоро на них будет действовать электрическая волна, произойдет наведение электрических колебаний и пробивание того тонкого слоя окислов или загрязнения, который препятствовал прохождению тока. Вслед за этим появляются ток, окисление и ржавчина.

Таким образом, описанное элементарное устройство, которое, с одной стороны, восходит к временам гальванического элемента Вольта, а с другой стороны, использует когерерный эффект и явления коррозии, позволяет обнаруживать присутствие электрических волн весьма простым способом, не прибегая к каким-либо особо чувствительным приборам, а пользуясь лищь комбинацией различных металлов.

Опыты, поставленные таким образомне отличаются, конечно, больщой быстротой выполнения, потому что наступление коррозии и появление ржавчины требует времени.

Реакция протекает гораздо быстрее, если применить специальный химический индикатор.

Для этого пропитывают бумагу сначала раствором фенолфталеина, а потом раствором нейтральной соли, например, сернокислого натрия. На влажную бумагу кладутся два шарика-медный и цинковый, которые друг с другом соприкасаются (фиг. 2). Если такого соприкосновения недостаточно для того, чтобы возникнул ток, то устройство представляет собою незамкнутый элемент Вольта. Пока волн нет, никаких изменений не происходит. Когда же на шарики упадут герцевы волны, произойдет замыкание металлов и установится ток, который потечет от меди к цинку по металлу и от цинка к меди нутри бумаги. При прохождении тока йолучается разложение соли, вследствие чего у меди появляется щелочная реакция и фенолфталеин принимает красную окраску.

Хотя такой способ применения двух шариков и дает результаты, н.э гораздо проще и лучше это достигается при помощи известной трубки Бранли, которой раньше в течение ряда лет пользовались в беспроволочной телеграфии. Это маленькая стеклянная трубочка, наполненная металлическим порошком, например, опилками, закрытая с двух сторон, как поршнями, двумя электродами, включенными в цепь из элемента и гальванометра О (фиг. 3). Пока электрических колебаний нет, ток сквозь эту трубку не проходит, так как опилки представляют большое сопротивление, но когда на трубку падают электрические волны, происходит пробивание оксидных пленок, мешавших прохождению тока, устанавливается контакт, сопротивление цепи уменьшается и гальванометр G показывает наличие тока.

То, что здесь достигается при помощи элемента, гальванометра и системы проводов, может быть достигнуто при помощи простого сочетания отдельных проводников: металлов, металлического порошка и электролита.

На фиг. 4 показана влажная бумага, на которой лежит трубка Бранли, у которой один электрод сделан из меди.

а другой - из цинка; при появлении электрических колебаний устанавливается контакт и на бумаге появляется красное пятно.

Однако, электродвижущая сила, которая здесь возникает, слаба. Можно взять трубку с одинаковыми электродами и через бумагу пропускать ток от некоторой вспомогательной батареи при помощи двух пластинок, положенных на края бумаги (фиг. 5). Когда ток идет по бумаге и в когерере устанавливается контакт под действием волн, то вследствие большей проводимости трубки ток проходит через нее и на одном электроде обнаруживается разлолчение, которое дает красное пятно.

Такого рода трубочки изготовляют размером в 1 см. Если взять ряд таких трубочек, то пятна обнаружатся везде, где попадут волны,

Как видно из изложенного, этот способ представляет собой как бы фотографию, примененную в области герцевых волн.

На фиг. 6 показано фотографирование вибратора Герца. В центре кривизны вогнутого зеркала М укреплен вибратор V, волны которого концентрируются в точке D чувствительной электрохимической пластинки Р, помещенной рядом.

Описанный выше детектор, раз возбужденный электрическими волнами, делается проводником и потому остается невосприимчивым. Для последующего восприятия волн ему нужно потерять свою проводимость. Обычно это достигается встряхиванием, а в данном, случае тем, что трубочку катают по пластинке; при этом она проходит через все точки бумаги и фиксирует колебания там, где они имеются.

Таким образом, имея даже сравнительно небольшое число чувствительных зерен, разложенных на пластинке, можно сделать большее число опытов и получить пятна в разных точках пластинки.

Техническое применение предлагаемого способа следующее. Рентгеновы лучи представляют собою могущественное средство видеть и фотографировать внутренность непрозрачных тел, давая возможность различать части разной

плотности. Однако нужная для них аппаратура очень ценна, хрупка и сложна, требует специально подготовленных людей для ее использования. В ряде случаев для просвечивания могут найти применение герцевы электромагнитные волны малой длины порядка немногих сантиметров. Они могут служить для нахождения в изоляторах различных пороков, для обнаруживания в них тел, отличающихся по своим электрическим свойствам, например, кусков металла, водяных включений, пустот и т. п., если только эти объекты достаточно велики, чтобы сантиметровые волны могли дать от них тень. Обычно для восприятия невидимых глазом рентгеновых и герцевых лучей применяются весьма сложные приемы. Для рентгеновых лучей служат фотографические пластинки или флуоресцирующие экраны с неизбежной темной комнатой, а для регистрации герцевых лучей-термоэлементы и кристаллические детекторы, связанные проводами с гальванометром, телефоном и другими сложными и деликатными приборами, требующими вследствие своей „антенности специальной защиты от различных помех.

Допустим, требуется узнать, нет ли внутри парафинового цилиндра пустоты или полости, содержащей воду. При исследовании рентгеновскими лучами вода не даст заметной тени, но при исследовании герцевыми лучами она даст тень, потому что электрические свойства воды сильно разнятся от электрических свойств парафина.

Предлагаемый способ позволяет говорить о нахождении дефектов в диэлектриках, каковы карболитовые, эбонитовые, резиновые и фарфоровые изделия, отливки парафина, об обнаружении металлических тел в сухом дереве или в зерне, слоев воды в бочках с маслом и т. п.

Описанный метод только недавно найден и пока показана его применимость в лаборатории. При условии дальнейшей разработки он может найти приложение прежде всего там, где не могут применяться рентгеновы лучи, например.

для открытия воды в керосине, смолах, компаунде и пр.

Нужные для осуществления этого способа источники электрической энергии крайне просты: индукционная катушка с напряжением в 2-3 десятка киловольт и постоянный ток в несколько сотых ампера при напряжении в 30- 50 вольт. Все операции производятся на свету и не требуют темной комнаты.

В практике исследовательских лабораторий предлагаемый способ может найти самое разнообразнее применение в области как длинных, так и очень коротких волн. Этим способом возможно исследовать явления дифракции герцевых волн при прохождении их около различных тел, что может послужить к рещению вопросов распределения высокочастотных полей и лучей в радиотехнике, в вопросах применения ультракоротких волн в медицине при изучении проникания полей метровых волн в человеческий организм и т. д.

Он является единственным средством графического воспроизведения центров электромагнитного излучения в сложных колебательных системах, так сказать средством восприятия источников вектора Пойнтинга.

Предмет изобретения.

Способ регистрации электрических колебаний ультра-высокой частоты при помощи воспринимающих электрические волны приспособлений, выполненных, например, по типу когереров, отличающийся тем, что большое количество указанных когереров располагают в определенном порядке на близком расстоянии друг от друга на поверхности листа бумаги, пропитанной разлагающимися под действием тока веществами, таким образом, чтобы концы электродов когереров касались бумаги, с целью получения на бумаге картины распределения электрических волн по расположению окрашенных пятен, соответствующих местам соприкосновения электродов с поверхностью бумаги.

к авторскому свидетельству В. К. Аркадьева

№ 44031

Фиг. 2

+ (л Yz/) Фиг.З

f

Фиг 4

Си Zn

ФигБ

Фиг. 5