Detector magnético

El detector magnético o detector magnético Marconi , a veces llamado "Maggie", fue un detector de ondas de radio temprano utilizado en algunos de los primeros receptores de radio para recibir mensajes en código Morse durante la era de la telegrafía inalámbrica a principios del siglo XX. ^{[1] [2]} Desarrollado en 1902 por el pionero de la radio Guglielmo Marconi ^{[1] [2] [3]} a partir de un método inventado en 1895 por el físico neozelandés Ernest Rutherford ^[4] se utilizó en estaciones inalámbricas Marconi hasta alrededor de 1912, cuando fue reemplazado por tubos de vacío . ^[5] Fue ampliamente utilizado en barcos debido a su confiabilidad e insensibilidad a la vibración. Un detector magnético era parte del aparato inalámbrico en la sala de radio del RMS Titanic que se utilizó para pedir ayuda durante su famoso hundimiento el 15 de abril de 1912. ^[6]

Los primitivos transmisores de radio de chispa utilizados durante las primeras tres décadas de la radio (1886-1916) no podían transmitir audio (sonido) y en su lugar transmitían información mediante telegrafía inalámbrica ; el operador encendía y apagaba el transmisor con una llave de telégrafo , creando pulsos de ondas de radio para deletrear mensajes de texto en código Morse . De modo que los equipos de recepción de radio de la época no tenían que convertir las ondas de radio en sonido como los receptores modernos, sino que simplemente detectaban la presencia o ausencia de la señal de radio. El dispositivo que hacía esto se llamaba detector . El primer detector ampliamente utilizado fue el coherer , inventado en 1890. El coherer era un detector muy pobre, insensible y propenso a disparos falsos debido al ruido impulsivo, lo que motivó mucha investigación para encontrar mejores detectores de ondas de radio.

Ernest Rutherford había utilizado por primera vez la histéresis del hierro para detectar ondas hertzianas en 1896 ^{[4] [7]} mediante la desmagnetización de una aguja de hierro cuando una señal de radio pasaba a través de una bobina alrededor de la aguja, sin embargo, la aguja tenía que ser remagnetizada, por lo que esto no era adecuado para un detector continuo. ^[7] Muchos otros investigadores inalámbricos como E. Wilson, C. Tissot, Reginald Fessenden , John Ambrose Fleming , Lee De Forest , JC Balsillie y L. Tieri habían ideado posteriormente detectores basados ​​en histéresis, pero ninguno se había utilizado ampliamente debido a varios inconvenientes. ^[7] Muchas versiones anteriores tenían un imán giratorio sobre una banda de hierro estacionaria con bobinas sobre ella. ^[8] Este tipo solo era sensible periódicamente, cuando el campo magnético cambiaba, lo que ocurría cuando los polos magnéticos pasaban por el hierro.

Durante sus experimentos de comunicación por radio transatlántica en diciembre de 1902, Marconi descubrió que el coherer era demasiado poco fiable e insensible para detectar las señales de radio muy débiles de las transmisiones de larga distancia. Fue esta necesidad la que lo impulsó a desarrollar su detector magnético. Marconi ideó una configuración más efectiva con una banda de hierro móvil impulsada por un motor de relojería que pasaba por imanes y bobinas estacionarias, lo que daba como resultado un suministro continuo de hierro que cambiaba la magnetización y, por lo tanto, la sensibilidad continua (Rutherford afirmó que también había inventado esta configuración). ^[8] El detector magnético de Marconi fue el detector "oficial" utilizado por la Compañía Marconi desde 1902 hasta 1912, cuando la compañía comenzó a convertir a la válvula Fleming y los tubos de vacío de tipo Audion . Se utilizó hasta 1918.

Véase el dibujo de la derecha. La versión de Marconi consistía en una banda de hierro sin fin ( B ) formada por 70 hebras de alambre de hierro cubierto de seda de calibre 40. En funcionamiento, la banda pasa sobre dos poleas ranuradas que giran mediante un motor de cuerda . ^{[1] [2]} La banda de hierro pasa por el centro de un tubo de vidrio que está enrollado de forma cerrada con una sola capa a lo largo de varios milímetros con alambre de cobre cubierto de seda de calibre 36. Esta bobina ( C ) funciona como bobina de excitación de radiofrecuencia . Sobre este devanado hay una pequeña bobina enrollada con alambre del mismo calibre a una resistencia de aproximadamente 140 ohmios . Esta bobina ( D ) funciona como bobina de captación de audio . Alrededor de estas bobinas se disponen dos imanes de herradura permanentes para magnetizar la banda de hierro a medida que pasa a través del tubo de vidrio. ^[1]

El dispositivo funciona por histéresis de la magnetización en los cables de hierro. ^{[1] [2]} Los imanes permanentes están dispuestos para crear dos campos magnéticos opuestos , cada uno dirigido hacia (o lejos) del centro de las bobinas en direcciones opuestas a lo largo del cable. Esto funciona para magnetizar la banda de hierro a lo largo de su eje, primero en una dirección a medida que se acerca al centro de las bobinas, luego revierte su magnetismo a la dirección opuesta a medida que sale del otro lado de la bobina. ^[2] Debido a la histéresis ( coercitividad ) del hierro, se requiere un cierto campo magnético umbral (el campo coercitivo , H _c ) para invertir la magnetización. Por lo tanto, la magnetización en los cables en movimiento no se invierte en el centro del dispositivo donde se invierte el campo, sino en algún lugar hacia el lado de salida de los cables, cuando el campo del segundo imán alcanza H _c . ^{[1] [2]} Aunque el cable en sí se mueve a través de la bobina, en ausencia de una señal de radio, la ubicación donde la magnetización "se voltea" es estacionaria con respecto a la bobina captadora, por lo que no hay cambio de flujo y no se induce voltaje en la bobina captadora.

La señal de radio de la antena ( A ) es recibida por un sintonizador ( no mostrado ) y pasa a través de la bobina de excitación C , cuyo otro extremo está conectado a tierra ( E ). ^[2] El campo magnético que se invierte rápidamente de la bobina excede la coercitividad H _c y cancela la histéresis del hierro, lo que hace que el cambio de magnetización se mueva repentinamente hacia arriba por el cable hasta el centro, entre los imanes, donde el campo se invierte. ^{[1] [2]} Esto tuvo un efecto similar a empujar un imán dentro de la bobina, lo que provocó que el flujo magnético a través de la bobina de captación D cambiara, induciendo un pulso de corriente en la bobina de captación. La bobina de captación de audio está conectada a un receptor de teléfono ( auricular ) ( T ) que convierte el pulso de corriente en sonido . ^[2]

La señal de radio de un transmisor de chispas estaba formada por pulsos de ondas de radio ( ondas amortiguadas ) que se repetían a una velocidad de audio de unos cientos por segundo. Cada pulso de ondas de radio producía un pulso de corriente en el auricular, ^[1] por lo que la señal sonaba como un tono musical o un zumbido en el auricular.

La banda de hierro giraba gracias a un resorte y un mecanismo de relojería situados en el interior de la caja. Se han dado distintos valores para la velocidad de la banda, desde 1,6 a 7,5 cm por segundo; el dispositivo probablemente podría funcionar en un amplio rango de velocidades de banda. ^[8] El operador tenía que mantener el resorte dando cuerda, utilizando una manivela situada en el lateral. A veces, los operadores se olvidaban de darle cuerda, por lo que la banda dejaba de girar y el detector dejaba de funcionar, a veces en medio de un mensaje de radio.

El detector producía un ruido electrónico que se escuchaba en el auricular como un sonido de "silbido" o "rugido" de fondo, algo cansado de escuchar. ^[9] Se trataba de ruido de Barkhausen debido al efecto Barkhausen en el hierro. ^[9] A medida que el campo magnético en un área determinada del cable de hierro cambiaba a medida que se movía a través del detector, las paredes microscópicas de los dominios magnéticos del hierro se movían en una serie de sacudidas, a medida que se atascaban en los defectos de la red cristalina del hierro, y luego se liberaban. Cada sacudida producía un pequeño cambio en el campo magnético a través de la bobina e inducía un pulso de ruido.

Como la salida era una corriente alterna de audio y no una corriente continua, el detector sólo podía utilizarse con auriculares y no con el instrumento de grabación común utilizado en los receptores de radiotelegrafía coherente, la grabadora de cinta de papel sifón. ^​​[10]

Desde un punto de vista técnico, son necesarios varios prerrequisitos sutiles para el funcionamiento. La fuerza del campo magnético de los imanes permanentes en la banda de hierro debe ser del mismo orden de magnitud que la fuerza del campo generado por la bobina de excitación de radiofrecuencia, lo que permite que la señal de radiofrecuencia supere el umbral de histéresis (coercitividad) del hierro. Además, la impedancia del sintonizador que suministra la señal de radio debe ser baja para que coincida con la baja impedancia de la bobina de excitación, lo que requiere consideraciones especiales de diseño del sintonizador. La impedancia del auricular del teléfono debe coincidir aproximadamente con la impedancia de la bobina de captación de audio, que es de unos pocos cientos de ohmios. La banda de hierro se mueve unos pocos milímetros por segundo. El detector magnético era mucho más sensible que los cohesores comúnmente utilizados en ese momento, ^[1] aunque no tan sensible como la válvula Fleming , que comenzó a reemplazarla alrededor de 1912. ^[5]

En el Manual de instrucciones técnicas para telegrafistas inalámbricos de JC Hawkhead (segunda edición revisada por HM Dowsett), en la página 175, se encuentran instrucciones y especificaciones detalladas para la operación y el mantenimiento del detector magnético de Marconi.

• Medios relacionados con Detectores magnéticos en Wikimedia Commons
• El detector magnético de Marconi Del libro "A Handbook of Wireless Telegraphy" (1913) de J. Erskine-Murray. D.Sc.
• Fundamentos de los detectores magnéticos