CH688291A5 - Thermal light source, in particular for generating infrared radiation in a ceramic or Lampengehaeuse ausMetall - Google Patents
Thermal light source, in particular for generating infrared radiation in a ceramic or Lampengehaeuse ausMetall Download PDFInfo
- Publication number
- CH688291A5 CH688291A5 CH293393A CH293393A CH688291A5 CH 688291 A5 CH688291 A5 CH 688291A5 CH 293393 A CH293393 A CH 293393A CH 293393 A CH293393 A CH 293393A CH 688291 A5 CH688291 A5 CH 688291A5
- Authority
- CH
- Switzerland
- Prior art keywords
- window
- reflector
- lamp housing
- radiator
- coating
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims description 23
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 25
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 18
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 12
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 claims description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 13
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 12
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 12
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 12
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 9
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 2
- 230000005457 Black-body radiation Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BIJOYKCOMBZXAE-UHFFFAOYSA-N chromium iron nickel Chemical compound [Cr].[Fe].[Ni] BIJOYKCOMBZXAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- -1 iron-aluminum-chromium Chemical compound 0.000 description 1
- 229940039744 kolorz Drugs 0.000 description 1
- 239000005355 lead glass Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000623 nickel–chromium alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VVRQVWSVLMGPRN-UHFFFAOYSA-N oxotungsten Chemical group [W]=O VVRQVWSVLMGPRN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C27/00—Joining pieces of glass to pieces of other inorganic material; Joining glass to glass other than by fusing
- C03C27/04—Joining glass to metal by means of an interlayer
- C03C27/042—Joining glass to metal by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, glass-ceramic or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts
- C03C27/046—Joining glass to metal by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, glass-ceramic or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts of metals, metal oxides or metal salts only
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
- H01K1/00—Details
- H01K1/28—Envelopes; Vessels
- H01K1/32—Envelopes; Vessels provided with coatings on the walls; Vessels or coatings thereon characterised by the material thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
- H01K1/00—Details
- H01K1/36—Seals between parts of vessel, e.g. between stem and envelope
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
- H01K7/00—Lamps for purposes other than general lighting
- H01K7/02—Lamps for purposes other than general lighting for producing a narrow beam of light; for approximating a point-like source of light, e.g. for searchlight, for cinematographic projector
Description
1 1
CH 688 291 A5 CH 688 291 A5
2 2nd
Beschreibung description
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Optik, insbesondere der Infrarot-Spektroskopie. Sie betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1, die sich für den Betrieb von optischen Geräten, vor allem für infrarot-spektroskopische Detektoren, eignet. The invention is in the field of optics, in particular infrared spectroscopy. It relates to a device according to the preamble of independent claim 1, which is suitable for the operation of optical devices, especially for infrared spectroscopic detectors.
Es stehen heute unkonventionelle licht-emittieren-de Elemente, wie Laser und lichtemittierende Dioden (LED), zur Verfügung. Solche Lichtquellen, welche im sichtbaren Bereich arbeiten sind kostengünstig und recht leistungsstark. Trotzdem werden klassische, insbesondere thermische Lichtquellen, für Anwendungen im Sichtbaren und im mittleren Infrarot (2 nm-20 um) noch sehr oft verwendet. Der Grund ist in der grossen Bandbreite, der Zuverlässigkeit, der Robustheit, der einfachen Handhabung und dem relativ niedrigen Preis dieser Lichtquellen zu suchen. Unconventional light-emitting elements such as lasers and light-emitting diodes (LED) are available today. Such light sources, which work in the visible range, are inexpensive and quite powerful. Nevertheless, classic, in particular thermal, light sources are still used very often for applications in the visible and in the mid-infrared (2 nm-20 μm). The reason is to be found in the wide range, reliability, robustness, simple handling and the relatively low price of these light sources.
Thermische Strahler lassen sich durch das Planck'sche Gesetz beschreiben. Danach ist das Abstrahlungsspektrum und damit auch das Strahlungsmaximum allein durch die Temperatur der Strahlungsquelle gegeben. Das Strahlungsmaximum für sichtbares Licht wird bei einer Temperatur um die 3700°C erreicht. Zur Erzielung einer effizienten thermischen Lichtquelle für den sichtbaren Spektralbereich ist daher eine möglichst hohe Strahlertemperatur erforderlich. Es ist daher nicht verwunderlich, dass sich das höchstschmelzende Metall, nämlich Wolfram (Schmelzpunkt 3410-0), für Glühkörper sehr gut eignet. Zur Erreichung einer grossen Strahleroberfläche und eines für die Beschaltung hinreichend grossen elektrischen Widerstands wird der Strahler vornehmlich in Wendel- oder Doppelwendelform hergestellt. Wichtig ist diese Formgebung insbesondere dann, wenn die Strahlung thermisch durch Ein- und Ausschalten der Stromversorgung moduliert werden soll. Bei wendeiförmiger Strahlergeometrie kann die thermische Trägheit sehr niedrig gehalten werden. Die Wendelgeometrie bedeutet aber, dass als Strahler fast ausschliesslich ein mechanisch gut bearbeitbares, hochschmelzendes Material, also ein Metall verwendet werden kann. Thermal radiators can be described by Planck's law. After that, the radiation spectrum and thus also the radiation maximum is given solely by the temperature of the radiation source. The radiation maximum for visible light is reached at a temperature around 3700 ° C. To achieve an efficient thermal light source for the visible spectral range, the highest possible radiator temperature is therefore necessary. It is therefore not surprising that the high-melting metal, namely tungsten (melting point 3410-0), is very suitable for incandescent bodies. In order to achieve a large radiator surface area and a sufficiently high electrical resistance for the wiring, the radiator is primarily manufactured in the form of a helix or double helix. This shape is particularly important when the radiation is to be thermally modulated by switching the power supply on and off. The thermal inertia can be kept very low with helical radiator geometry. The helix geometry means, however, that almost exclusively a mechanically easily machinable, high-melting material, i.e. a metal, can be used as the radiator.
Wolfram eignet sich nicht nur wegen des hohen Schmelzpunkts. Dieses Material besitzt auch einen überaus niedrigen Dampfdruck. (Der Siedepunkt von Wolfram beträgt 5660°C). Diese Grösse ist massgebend für die Lebensdauer der Strahlungsquelle, da die Alterung der Wendel vor allem durch Abdampfen des Wendelmaterials bedingt ist. Tungsten is not only suitable because of its high melting point. This material also has an extremely low vapor pressure. (The boiling point of tungsten is 5660 ° C). This size is decisive for the service life of the radiation source, since the aging of the filament is primarily due to the evaporation of the filament material.
Trotz seines breiten Anwendungsgebiets hat Wolfram einige sehr wesentliche Nachteile: Despite its wide range of applications, tungsten has some very significant disadvantages:
Wolfram besitzt ein niedriges Licht-Emissionsver-mögen. Dasselbe beträgt bei 1000°C: e = 0.15, bei 1500°C: e = 0.23 und bei einer Temperatur von 2000°C: e = 0.28. Tungsten has a low light emissivity. The same is at 1000 ° C: e = 0.15, at 1500 ° C: e = 0.23 and at a temperature of 2000 ° C: e = 0.28.
Wolfram verträgt als höchstschmelzendes Metall wohl eine sehr hohe Temperatur. Allerdings muss dieses Material in absolut wasserfreier Umgebung betrieben werden, denn bei Anwesenheit von Wasserdampf bildet sich auf der beheizten Wolframoberfläche unter Dissoziation des Wassers ein As the highest melting metal, tungsten can withstand a very high temperature. However, this material must be operated in an absolutely water-free environment, because in the presence of water vapor, the water forms on the heated tungsten surface with dissociation of the water
Oxid, das sehr leicht sublimiert. Die Sublimationstemperatur dieses Oxids liegt bei 800-900°C. Das sublimierte Wolframoxid kondensiert an der kalten Oberfläche des Lampengehäuses. Dieses Oxid ist aber nicht stabil; es wird durch den bei der Wasserdissoziation gebildeten Wasserstoff unter Bildung von Wasser reduziert. Das Wasser gelangt wiederum an die Wendel, wobei sich von neuem Wolframoxid bildet usw. Auf diese Weise wird das Wolfram bei Anwesenheit kleinster Wasserspuren aufgrund des sog. Langmuir'schen Kreisprozesses innert kürzester Zeit von der beheizten Fläche an die kühle Oberfläche des Lampengehäuses transportiert. Oxide that sublimes very easily. The sublimation temperature of this oxide is 800-900 ° C. The sublimed tungsten oxide condenses on the cold surface of the lamp housing. However, this oxide is not stable; it is reduced by the hydrogen formed during water dissociation to form water. The water in turn reaches the filament, whereby new tungsten oxide forms, etc. In this way, in the presence of the smallest traces of water, the tungsten is transported from the heated surface to the cool surface of the lamp housing in a very short time due to the so-called Langmuir cycle.
Zur Erreichung der erforderlichen Wasser-Freiheit wird die Wolfram-Glühwendel in der Regel in ein verschmolzenes Lampengehäuse aus Glas eingeschlossen und während des Evakuierungsprozesses zusammen mit dem Lampengehäuse auf einer Temperatur von über 400°C gehalten. Kunststoff-verkittungen sind völlig ungeeignet, da sie die verlangte Ausheiztemperatur nicht vertragen. Weiter ist eine hinreichende Wasserverdämmung nicht gewährleistet und zudem besteht die Gefahr, dass bei der thermischen oder photochemischen Zersetzung des Kunststoffes Sauerstoff und Wasserstoff, resp. Wasser freigesetzt werden. To achieve the required freedom from water, the tungsten filament is usually enclosed in a fused glass lamp housing and kept at a temperature of over 400 ° C. together with the lamp housing during the evacuation process. Plastic cements are completely unsuitable because they cannot tolerate the required baking temperature. Adequate water insulation is also not guaranteed and there is also the risk that during the thermal or photochemical decomposition of the plastic oxygen and hydrogen, respectively. Water will be released.
Die Technologie des Einschmelzens einer Wolframwendel in ein Glasgehäuse ist derart ausgereift, dass entsprechende Lampen bekanntlich zu einem äusserst günstigen Preis hergestellt werden können. The technology of melting a tungsten filament into a glass housing is so mature that it is known that corresponding lamps can be manufactured at an extremely low price.
Für Anwendungen in der Infrarot-Spektroskopie, insbesondere in der Gasanalytik, sind hingegen Lampen mit Wolframwendeln nicht optimal geeignet: However, lamps with tungsten filaments are not optimally suited for applications in infrared spectroscopy, especially in gas analysis:
Einerseits ist keine hohe Temperaturverträglichkeit gefordert, denn das Intensitätsmaximum der infraroten Schwarzkörperstrahlung einer Wellenlänge im Bereich 2 nm-20 um wird bei einer Temperatur unterhalb 2000°C erreicht. Beispielsweise liegt das Emissionsmaximum der 4.25 nm-Strahlung, die zur optischen Detektion des CO2-Gases meistens verwendet wird, bei einer Temperatur von 1000°C. Andererseits ist Glas im mittleren Infrarot nicht durchsichtig, sodass auf andere Fenstermaterialien, wie Saphir, ausgewichen werden muss. Solche Materialien lassen sich aber mit Glas wegen der Verschiedenheit der Ausdehnungskoeffizienten nur schwer verschmelzen. On the one hand, high temperature compatibility is not required, because the intensity maximum of the infrared blackbody radiation of a wavelength in the range 2 nm-20 µm is reached at a temperature below 2000 ° C. For example, the emission maximum of the 4.25 nm radiation, which is mostly used for optical detection of the CO2 gas, is at a temperature of 1000 ° C. On the other hand, glass in the middle infrared is not transparent, so other window materials, such as sapphire, have to be used. Such materials, however, are difficult to fuse with glass due to the difference in expansion coefficients.
Es existieren Metalle, welche an der Luft ohne Schaden zu nehmen, beheizt werden können. Es handelt sich um die sog. Heissleiter, welche beispielsweise unter der Bezeichnung «Kanthai» bekannt sind. Dieselben bestehen mçist aus einer Eisen-Chrom-, Eisen-Aluminium-Chrom-, oder Eisen-Nickel-Chrom-Legierung. Beim Beheizen diffundiert das Chrom an die Metalloberfläche und bildet dabei unter der Wirkung des Luftsauerstoffs eine schützende Oxidschicht. Der Nachteil bei diesen Legierung ist einerseits die beschränkte Temperaturbeständigkeit von ca. 1000°C, wobei bei sehr dünnen Drähten die maximal Betriebstemperatur niedriger liegt. Beispielsweise dürfen nach eigenen Untersuchungen Wendeln aus 0.03 mm-Draht (Modulati5 There are metals that can be heated in the air without being damaged. These are the so-called hot conductors, which are known, for example, under the name "Kanthai". The same usually consist of an iron-chromium, iron-aluminum-chromium, or iron-nickel-chromium alloy. When heated, the chromium diffuses to the metal surface and forms a protective oxide layer under the effect of atmospheric oxygen. The disadvantage of this alloy is, on the one hand, the limited temperature resistance of approx. 1000 ° C, whereby the maximum operating temperature is lower for very thin wires. For example, according to our own investigations, filaments made of 0.03 mm wire (Modulati5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
2 2nd
3 3rd
CH 688 291 A5 CH 688 291 A5
4 4th
onstiefe bei 10 Hz: 30%), ohne eine erhebliche Einschränkung der Lebenszeit in Kauf nehmen zu müssen, nur bei einer Maximaltemperatur von 820°C beheizt werden. Offenbar steht bei sehr dünnem Material zu wenig Chrom zur Bildung einer hinreichend schützenden Oberflächenschicht zur Verfügung. depth at 10 Hz: 30%), without having to put up with a significant reduction in life time, can only be heated at a maximum temperature of 820 ° C. If there is very thin material, there is apparently too little chromium available to form a sufficiently protective surface layer.
Heissleiter besitzen wegen ihrer oxidierten Oberfläche im infraroten Spektralbereich ein gutes Emissionsvermögen von 0.3 bis 0.8, wobei der grosse Variationsbereich durch die unterschiedliche Beschaffenheit der Oxidoberfläche bedingt ist. Because of their oxidized surface in the infrared spectral range, thermistors have a good emissivity of 0.3 to 0.8, whereby the large variation range is due to the different properties of the oxide surface.
Die Anwesenheit von Sauerstoff ist bei diesen Leitern unumgänglich, da sonst die Oberflächenschicht unkontrolliert abgebaut wird, wobei sich Strahlungsfluktuationen ergeben. The presence of oxygen is unavoidable with these conductors, since otherwise the surface layer is broken down in an uncontrolled manner, with radiation fluctuations resulting.
Mit Ausnahme der Edelmetalle ist es bei Metallwendeln erforderlich, dass sie im Vakuum oder unter Schutzatmosphäre betrieben werden. With the exception of precious metals, metal helices must be operated in a vacuum or under a protective atmosphere.
Im infraroten Spektralbereich besitzen reine Metalle typischerweise ein Emissionsvermögen von ca. e = 0.2. Hingegen liegt das Emissionsvermögen von oberflächlich oxidierten Metallen viel höher, nämlich typischerweise bei e = 0.6.-0.8. Im Gegensatz aber zum leicht sublimierbaren Wolframoxid und dessen Reduktion in Anwesenheit von Wasserstoff auf der kühlen Gehäuseoberfläche, existieren andere sehr stabile Metalloxide. In the infrared spectral range, pure metals typically have an emissivity of approx. E = 0.2. On the other hand, the emissivity of superficially oxidized metals is much higher, namely typically at e = 0.6.-0.8. In contrast to the easily sublimable tungsten oxide and its reduction in the presence of hydrogen on the cool housing surface, other very stable metal oxides exist.
Diese Stabilität des Oxids auf dem beheizten Strahler bringt es mit sich, dass die Hochvakuumanforderungen, welche an die Metalldurchführungen und Materialverbindungen gestellt werden müssen, geringer gehalten wer den können, sodass auf eine Glasverschmelzung gegebenenfalls verzichtet werden kann. This stability of the oxide on the heated radiator means that the high vacuum requirements that have to be imposed on the metal bushings and material connections can be kept lower, so that a glass fusion can be dispensed with if necessary.
Das Umgehen einer Saphir-Glasverschmelzung hat folgende Vorteile: Bypassing a sapphire glass fusion has the following advantages:
- Reduktion der Herstellungskosten, - reduction of manufacturing costs,
- leichtere Handhabung der Komponenten (Metallstatt Glas-Technologie) - easier handling of the components (metal instead of glass technology)
- gute Wärmeableitung vom Reflektor auf die Umgebung, was bei einer thermisch modulierten Strahlungsquelle eine grosse Modulationstiefe bedeutet, good heat dissipation from the reflector to the surroundings, which means a great depth of modulation in the case of a thermally modulated radiation source,
- präzise Bearbeitbarkeit des Reflektors und genaue Justierbarkeit der Stahler-Reflektor-Geometrie. - Precise machinability of the reflector and exact adjustability of the steel reflector geometry.
Es ist offensichtlich, dass bei Verwendung eines Metallreflektors mit aufgebrachtem Fenster die Lichtführung bedeutend einfacher ist, als unter der Auflage eines in Glas eingeschmolzenen Strahlers. It is obvious that when using a metal reflector with an attached window, the light guidance is significantly easier than under the support of a spotlight melted in glass.
Die gute Führbarkeit des Lichtes, insbesondere eine effiziente Fokussierung, ist heute wegen der zunehmenden Miniaturisierung der Gassensoren besonders wichtig. Entsprechende Konstruktionen existieren zwar (es sei etwa auf den Artikel von O. Oehler, S. Kunz and J. Wieland in Helv. Phys. Acta, 65, 834 (1992) hingewiesen), doch sind Wendeln aus Kanthai, wie bereits erwähnt worden ist, bedeutend weniger temperaturbeständig als jene aus einem hochschmelzenden Material wie Wolfram. The good controllability of the light, in particular efficient focusing, is particularly important today due to the increasing miniaturization of the gas sensors. Corresponding constructions exist (for example, reference is made to the article by O. Oehler, S. Kunz and J. Wieland in Helv. Phys. Acta, 65, 834 (1992)), but they are coils from Kanthai, as has already been mentioned , significantly less temperature resistant than those made of a high-melting material such as tungsten.
Für Arbeiten im Spektalbereich unter 7 (im ist Saphir als Fenstermaterial nicht mehr geeignet, da seine Transparenz zu klein ist. Andere Materialien, For work in the spectral range under 7 (sapphire is no longer suitable as a window material because its transparency is too small. Other materials,
wie etwa Silizium, oder ionische Einkristallgläser lassen sich aber mit Glas kaum verschmelzen. such as silicon or ionic single crystal glasses, however, can hardly be fused with glass.
Ein weiteres Problem stellt die Oberflächenbehandlung der Fenster dar. Vor allem bei Fenstermaterialien mit hohem Brechungsindex, wie Silizium, ist eine Vergütung der Fensteroberfläche durch eine Antireflexionsschicht sehr empfehlenswert. Ebenfalls von Interesse ist der Ersatz des Lichtquellenfensters durch ein optisches Filter, insbesondere durch ein Interferenzfilter. Die Doppelfunktion des Fensters als optisches Filter führt zu einer konstruktiven Vereinfachung. Weiter wird bei geeigneter Reflektorgeometrie und Strahleranordnung das nicht aus dem Reflektor austretende Licht auf den Strahler zurückgeworfen, was zu einer Erhöhung der Lampeneffizienz führt. A further problem is the surface treatment of the windows. Especially in the case of window materials with a high refractive index, such as silicon, an anti-reflection layer is highly recommended for the window surface. Also of interest is the replacement of the light source window with an optical filter, in particular with an interference filter. The double function of the window as an optical filter leads to a design simplification. Furthermore, with a suitable reflector geometry and emitter arrangement, the light that does not emerge from the reflector is thrown back onto the emitter, which leads to an increase in lamp efficiency.
Eine interessante Lampenkonstruktion beruht auf dem Anbringen eines Gegenreflektors mit zentralem Durchlassbereich auf der Fensteroberfläche. Solche Vorrichtungen werden im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 eingehend erörtert. An interesting lamp design is based on the attachment of a counter reflector with a central passage area on the window surface. Such devices are discussed in detail in connection with FIGS. 1 and 2.
Eine Metall-Konstruktion bietet zudem gegenüber einer Glaskonstruktion den Vorteil, dass ein Teil des Lichtes leicht zur Überwachung der Strahlungsintensität seitwärts ausgekoppelt und einem am Lampengehäuse angeflanschten Lichtdetektor zugeführt werden kann. Ebenfalls ist das Anbringen eines metallenen Abpumpstutzens und dessen Verschlusses bei einem Metall-Lampengehäuse einfach zu realisieren. A metal construction also has the advantage over a glass construction that part of the light can be easily coupled out sideways to monitor the radiation intensity and fed to a light detector flanged to the lamp housing. It is also easy to attach a metal pump connector and its closure to a metal lamp housing.
Die zur Verfügung stehenden Lampenkonstruktionen, insbesondere die Glasausführung mit aufgeschmolzenem Saphirfenster sind, wie die vorgängigen Betrachtungen zeigen, mit erheblichen Nachteilen behaftet. The available lamp designs, in particular the glass version with a melted sapphire window, have considerable disadvantages, as the previous considerations show.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine thermische Lichtquelle zu schaffen, welche die obigen Nachteile nicht aufweist. It is the object of the invention to provide a thermal light source which does not have the above disadvantages.
Die Aufgabe wird gelöst mittels der im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufgeführten Vorrichtung. The object is achieved by means of the device listed in the characterizing part of independent claim 1.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass das Lampengehäuse aus Metall, insbesondere Anti-corodal, besteht und das vorbehandelte Fenster durch eine Weichlötung auf dem Lampengehäuse befestigt ist. The essence of the invention is that the lamp housing is made of metal, in particular anti-corodal, and the pretreated window is attached to the lamp housing by soft soldering.
Die Methode der Verlötung von Metalloxiden, wie Aluminiumoxid-, Siliziumoxid-Keramiken oder Saphir mit einem Metall ist wohlbekannt. Es sei in diesem Zusammenhang etwa auf die «Cermax»-Xenon-Lampe der Firma ILC Technology, Sunnyvale, CA 94 089, USA, hingewiesen. Die Verlötung beruht in der Regel auf einer Benetzung der Oxidoberfläche mit einem aktiven Metall wie Ti, Zr, Hf, V, Nb oder Ta, wobei diese zu einem kleinen Anteil im Hartlot vorhanden sind. Obwohl das Hartlot an sich eine relativ niedrige Schmelztemperatur um 600°C aufweist, ist trotzdem eine Löttemperatur von ca. 900°C erforderlich, da nur bei hoher Temperatur die Oberflächenbenetzung des Oxids zustande kommt. Versuche, Saphir mit Aluminium zu verbinden, waren daher nicht erfolgreich. Die höchste für Aluminium erlaubte Temperatur von ca. 600°C führte wohl zu einem Aufschmelzen des Lotes, nicht aber zu einer Benetzung der Saphiroberfläche. Bei Kupfer, The method of soldering metal oxides such as aluminum oxide, silicon oxide ceramics or sapphire to a metal is well known. In this connection, reference should be made, for example, to the “Cermax” xenon lamp from ILC Technology, Sunnyvale, CA 94 089, USA. The soldering is usually based on wetting the oxide surface with an active metal such as Ti, Zr, Hf, V, Nb or Ta, a small proportion of which are present in the braze. Although the brazing alloy itself has a relatively low melting temperature of around 600 ° C, a soldering temperature of approx. 900 ° C is still necessary, since the surface wetting of the oxide only occurs at high temperatures. Attempts to combine sapphire with aluminum were therefore unsuccessful. The highest temperature of approx. 600 ° C permitted for aluminum probably caused the solder to melt, but not to wet the sapphire surface. With copper,
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
3 3rd
5 5
CH 688 291 A5 CH 688 291 A5
6 6
das eine Temperatur von 1000°C aushält, ist eine Saphir-Metall-Verlötung hingegen möglich. Es sei in diesem Zusammenhang etwa auf das Werk «Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde», Hrsg. G. Leonhardt, G. Ondracek S. 385 (1993) hingewiesen. that can withstand a temperature of 1000 ° C, sapphire metal soldering is possible. In this context, reference should be made to the work “Composites and Composites”, ed. G. Leonhardt, G. Ondracek p. 385 (1993).
Versuche, einen Lampenkörper aus Kupfer mit polierter optischer Oberfläche durch Aktivverlötung zu verbinden, erwiesen sich als nicht einfach. Offenbar infolge der hohen Temperatur wurde die Qualität der optischen Oberfläche beeinträchtigt. Ebenfalls erwiesen sich die Versuche, die optische Oberfläche durch eine Vergoldung zu schützen, nicht als erfolgreich. Trotz einer Diffusionssperre aus Titan oder Nickel konnte nicht verhindert werden, dass das Gold in das Kupfer des Lampengehäuses eindrang und mit dem Kupfer eine Legierung einging. Attempts to connect a lamp body made of copper with a polished optical surface by active soldering have proved to be not easy. Apparently due to the high temperature, the quality of the optical surface was impaired. Attempts to protect the optical surface by means of gold plating have also not been successful. Despite a diffusion barrier made of titanium or nickel, it could not be prevented that the gold penetrated into the copper of the lamp housing and an alloy with the copper was formed.
Ein weiteres Problem bieten die sehr verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten von Kupfer und Saphir. So wurden Fehler in der Metall-Saphir-Verbin-dung beobachtet, welche sich auf das Langzeitverhalten der Lampe nachteilig auswirken können. Es ist allerdings festzuhalten, dass vakuumdichte Kupfer-Saphir-Verbindungen sich bei geeigneter Geometrie der Verbindung durchaus schaffen lassen, wie aus dem Artikel «Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde», A. Satir-Kolorz, T. Lüthi, H. Schwe-da, 1993, S. 385/92, hervorgeht. Im vorliegenden Fall eines ebenen Saphirfensters sind hingegen die konstruktiven Freiheiten eingeschränkt. Another problem is the very different expansion coefficients of copper and sapphire. Errors in the metal-sapphire connection have been observed, which can have a negative effect on the long-term behavior of the lamp. However, it should be noted that vacuum-tight copper-sapphire connections can be created with a suitable geometry of the connection, such as from the article “Composites and Composites”, A. Satir-Kolorz, T. Lüthi, H. Schwe-da, 1993, P. 385/92. In the present case of a flat sapphire window, on the other hand, the design freedom is restricted.
Eine weitere Schwierigkeit bietet die hohe Temperatur der Aktivverlötung. Die erwähnten Metalloxide, wie auch gewisse Halbleitermaterialien, halten zwar eine Löttemperatur von 900°C aus. Hingegen sind die erwähnten Antireflexions-Vergütungen oder Beschichtungen mit Filtereigenschaften, beispielsweise Interferenzfilter, nicht gegen eine Temperatur von 900°C beständig. Ebenfalls wird eine Verspie-gelung des Fensters, beispielsweise eine partielle Vergoldung, durch die hohe Temperatur beeinträchtigt. Es wurde eine wesentliche Reduktion des Reflexionsvermögens beobachtet. Another problem is the high temperature of the active soldering. The metal oxides mentioned, as well as certain semiconductor materials, can withstand a soldering temperature of 900 ° C. In contrast, the above-mentioned anti-reflection coatings or coatings with filter properties, for example interference filters, are not resistant to a temperature of 900 ° C. Mirroring of the window, for example partial gilding, is also affected by the high temperature. A significant reduction in reflectivity was observed.
Verspiegelungen, Vergütung und optische Filter sind hingegen gegenüber Temperaturen, wie sie beim Weichlöten auftreten (unter 400°C) durchaus beständig. Mirroring, coating and optical filters, on the other hand, are quite resistant to the temperatures that occur during soft soldering (below 400 ° C).
Das Prinzip der Verbindung des Metall-Lampenkörpers mit dem Fenster beruht darauf, dass zunächst das Fenster einer für eine Weichlötung geeigneten Vorbehandlung unterzogen wird. Diese Vorbehandlung wird erfindungsgemäss im Anbringen einer metallisierten Berandung der Fensterfläche, beispielsweise durch Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung, oder durch Aktivlot-Verbindung des Fenstermaterials mit einem Hartlot geschaffen. Als nächster Schritt wird das Fenster mit der Vergütungsschicht oder der Teilverspiegelung, resp. der Filterschicht versehen. Schliesslich wird das vorbehandelte Fenster mittels eines Weichlots mit dem Metall des Lampengehäuses verbunden. The principle of connecting the metal lamp body to the window is based on first subjecting the window to a pretreatment suitable for soft soldering. According to the invention, this pretreatment is created by applying a metallized edge to the window surface, for example by vapor deposition or sputtering, or by active solder connection of the window material with a hard solder. The next step is the window with the coating layer or the partial mirroring, respectively. the filter layer. Finally, the pretreated window is connected to the metal of the lamp housing using a soft solder.
Die hohe Duktilität des Weichlots gestattet einen Ausgleich der Verschiedenheit der Wärmeausdehnungskoeffizienten von Fenstermaterial und Lampengehäuse, was sich auf die Qualität und Beständigkeit der Metall-Fenster-Verbindung günstig auswirkt. The high ductility of the soft solder allows the differences in the thermal expansion coefficients of window material and lamp housing to be compensated, which has a favorable effect on the quality and durability of the metal-window connection.
Herstellungstechnisch wichtig ist ferner, dass alle Verlötungen, insbesondere diejenige des Fensters oder der Fenster, diejenige des Sockels für die elektrischen Durchführungen, an welchem letzteren der Strahler befestigt ist, und diejenige für den Absaugstutzen gleichzeitig vorgenommen werden können. Ferner ist von Vorteil, dass das Auswechseln von Komponenten, beispielsweise der Glühwendel oder des Fensters mit dem optischen Filter, nachträglich leicht vorgenommen werden kann. It is also important from a manufacturing point of view that all soldering, in particular that of the window or windows, that of the base for the electrical feedthroughs to which the radiator is attached, and that for the suction nozzle can be carried out simultaneously. Another advantage is that the replacement of components, for example the filament or the window with the optical filter, can easily be carried out subsequently.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Zeichnungen im Detail beschrieben. The invention is described in detail with reference to the following drawings.
Fig. 1 zeigt eine Lichtquelle mit parabolischem Reflektor, einem Infrarotfenster mit Gegenreflektor, einem Strahler und einer photoakustischen Detektor und Fig. 1 shows a light source with a parabolic reflector, an infrared window with a counter reflector, a radiator and a photoacoustic detector and
Fig. 2 zeigt eine zu Fig. 1 analoge Konstruktion mit elliptischem Reflektor, wobei zusätzlich ein Infrarotdetektor zur Überwachung der emittierten Strahlung angebracht ist und die Strahlung einem photothermischen Detektor zugeführt wird. FIG. 2 shows a construction analogous to FIG. 1 with an elliptical reflector, an infrared detector for monitoring the emitted radiation being additionally attached and the radiation being fed to a photothermal detector.
Fig. 1 zeigt als Beispiel die Darstellung einer Infrarotquelle, bei welcher der Reflektor 4 gleichzeitig Bestandteil des aus Metall oder Keramik bestehenden Lampengehäuses 2 ist. Im Gegensatz zu einer Glaskonstruktion ist in diesem Falle die Parallelisie-rung, resp. die Fokussierung des Lichtes günstig, da eine sehr genaue Bearbeitung und Justierung der Optik, bestehend aus dem Strahler 1, dem Reflektor 14 und dem Fenster 12 möglich ist. Die Durchführungen 3, 3' mit dem Strahler 1 sind vorteilhafterweise in einem Durchführungssockel 13 befestigt. Damit ist es möglich, den Strahler vor dem Einbau in das Lampengehäuse 2, beispielsweise unter einem Mikroskop, genau zu justieren. Anschliessend wird der Durchführungssockel 13 mit Hilfe eines Anschlags durch eine Weichlötung in das Lampengehäuse eingefügt. 1 shows as an example the representation of an infrared source, in which the reflector 4 is at the same time part of the lamp housing 2 made of metal or ceramic. In contrast to a glass construction, the parallelization or the focusing of the light favorably, since a very precise processing and adjustment of the optics, consisting of the emitter 1, the reflector 14 and the window 12 is possible. The bushings 3, 3 'with the radiator 1 are advantageously fastened in a bushing base 13. This makes it possible to precisely adjust the radiator before installing it in the lamp housing 2, for example under a microscope. The bushing base 13 is then inserted into the lamp housing by means of a soft soldering stop.
Besonders wichtig ist die gute Fokussierbarkeit, wenn die Strahlung in einer miniaturisierte Detektorzelle, beispielsweise in einen photoakustischen Detektor 18 (Fig. 1), oder in einen photothermischen Detektor 28 (Fig. 2) eingekoppelt werden soll. Good focusability is particularly important if the radiation is to be coupled into a miniaturized detector cell, for example into a photoacoustic detector 18 (FIG. 1) or into a photothermal detector 28 (FIG. 2).
Die in Fig. 1 beschriebene Konstruktion hat zudem die günstige Eigenschaft, dass ein Teil des Lichtes leicht zur Überwachung der Strahlungsintensität durch ein seitliches Fenster 12' ausgekoppelt und einem genau positionierten, angeflanschten Lichtdetektor 15 zugeführt werden kann. Es wird somit auf einfache Weise eine optische Verbindung zwischen dem Strahler 1 und dem Lichtdetektor 15 geschaffen. Ebenfalls sind das Anbringen eines Metall-Abpumpstutzens 16 am Metall-Lampengehäuse 2 und dessen Verschlusses nach der Evakuierung, resp. nach der Schutzgasfüllung, unproblematisch. The construction described in FIG. 1 also has the advantageous property that part of the light can easily be coupled out through a side window 12 ′ for monitoring the radiation intensity and can be fed to a precisely positioned, flanged-on light detector 15. An optical connection between the radiator 1 and the light detector 15 is thus created in a simple manner. Likewise, the attachment of a metal pump connector 16 on the metal lamp housing 2 and its closure after the evacuation, respectively. after the inert gas filling, no problem.
Der in Fig. 1 abgebildete Reflektor 4 ist von parabolischer Form 14. Das austretende Licht ist damit weitgehend parallel, falls der Strahler bei dessen Brennpunkt 14' angebracht ist. Falls das Licht fokussiert werden soll ist eine Fokussieroptik 17 erforderlich. Zur Einengung des austretenden Licht The reflector 4 shown in FIG. 1 has a parabolic shape 14. The emerging light is therefore largely parallel if the spotlight is attached to its focal point 14 '. If the light is to be focused, focusing optics 17 are required. To constrict the emerging light
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
4 4th
7 7
CH 688 291 A5 CH 688 291 A5
8 8th
strahls kann das Fenster 12 mit einem Gegenreflektor 12' mit zentralem Durchlassbereich versehen sein. Falls der Glühkörper teilweise transparent ist, was bei einer Glühwendel beispielsweise der Fall ist, kann eine Erhöhung der Strahlintensität erreicht werden, wie in der europäischen Patentschrift Nr. 0 112 347 nachzulesen ist. The window 12 can be provided with a counter reflector 12 'with a central passband. If the incandescent body is partially transparent, which is the case with an incandescent filament, for example, an increase in the beam intensity can be achieved, as can be seen in European Patent No. 0 112 347.
Eine weitere Ausführungsform des Reflektors ist in Fig. 2 dargestellt. Es handelt sich um einen elliptischen Reflektor 24. In diesem Fall wird die Strahlung vom Strahler 1, welcher in der Nähe des inneren Brennpunkts 24' des Ellipsoid- Reflektors 24 angebracht ist, im äusseren Brennpunkt 24" fokus-siert. Das Fenster 12 kann ebenfalls zusätzlich mit einem Gegenreflektor 12" mit zentralem Durchlassbereich versehen sein. Wie ebenfalls in der europäischen Patentschrift Nr. 0 112 347 festgehalten ist, ergibt sich bei dieser Konstruktion eine effiziente Lichtsammlung, falls der Gegenreflektor 12" in der mittelhalbierenden Ebene der beiden Brennpunkte 24', 24" des Ellipsoidreflektors 24 angebracht ist. Another embodiment of the reflector is shown in FIG. 2. It is an elliptical reflector 24. In this case, the radiation from the radiator 1, which is located in the vicinity of the inner focus 24 'of the ellipsoid reflector 24, is focused in the outer focus 24 ". The window 12 can also additionally be provided with a counter reflector 12 "with a central pass-through area. As is also stated in European Patent Specification No. 0 112 347, this construction results in an efficient light collection if the counter-reflector 12 "is mounted in the middle bisector of the two focal points 24 ', 24" of the ellipsoidal reflector 24.
Die gesammelte Strahlung des Strahlers 1 kann beispielsweise durch Ein- und Ausschalten des Stromes, der über die Stromdurchführungen 3, 3' dem Strahler 1 zugeführt wird, moduliert werden. Das Infrarotlicht des Strahlers 1, kann, wie Fig. 1 zeigt, zur Detektion eines Gases durch ein Fenster 18" einem photoakustischen Detektor 18 zugeführt werden. Bei Absorption des intensitätsmodulierten Lichtes durch das zu untersuchende Medium entsteht im photoakustischen Detektor 18 ein Schallsignal, das mit Hilfe eines Mikrophons 18' erfasst werden kann. The collected radiation from the radiator 1 can be modulated, for example, by switching the current which is supplied to the radiator 1 via the current bushings 3, 3 ′. 1, can be fed through a window 18 "to a photoacoustic detector 18 for the detection of a gas. When the intensity-modulated light is absorbed by the medium to be examined, a sound signal is produced in the photoacoustic detector 18, which is accompanied by With the help of a microphone 18 'can be detected.
Eine weitere Möglichkeit zur Detektion eines gasförmigen Mediums besteht darin, dass anstelle des absorptions-bedingten alternierenden Drucksignals, die periodische Erwärmung des Mediums gemessen wird. Zu diesem Zweck wird, wie in Fig. 2 dargestellt ist, die intensitäts-modulierte und gegebenenfalls monochromatische Strahlung durch das Fenster 28'" in einen photothermischen Detektor 28 eingekoppelt und die Temperaturschwankungen, welche bei der Strahlungsabsorption auftreten, beispielsweise über die Verstimmung eines Ultraschallresonators, der aus zwei einander gegenüber angeordneten Ultraschallwandlern 28', 28" gebildet wird, erfasst. Es sei in diesem Zusammenhang auf die europäische Patentschrift Nr. 0 362 307 hingewiesen. Another possibility for the detection of a gaseous medium is that instead of the absorption-dependent alternating pressure signal, the periodic heating of the medium is measured. For this purpose, as shown in FIG. 2, the intensity-modulated and possibly monochromatic radiation is coupled through the window 28 '' into a photothermal detector 28 and the temperature fluctuations which occur in the radiation absorption, for example via the detuning of an ultrasonic resonator, which is formed from two ultrasound transducers 28 ′, 28 ″ arranged opposite one another. In this connection, reference is made to European Patent No. 0 362 307.
Zur Erreichung der Selektivität ist vornehmlich monochromatische Strahlung erforderlich. Das an sich breite Emissionsspektrum eines thermischen Strahlers kann durch Anbringen eines optischen Filters 19, beispielsweise eines Schmalbandfilters in Form eines Interferenzfilters, im Lichtstrahl zwischen Lichtquelle 1, 2 und Detektor 18, 28 auf den erforderlichen Bereich spektral eingeengt werden. Gegebenenfalls kann das optische Filter direkt als Beschichtung 19' auf dem Fenster 12 der Lichtquelle und/oder gegebenenfalls auf dem seitlichen Fenster 12' als Beschichtung 19" aufgebracht sein. Die Anordnung der Filterbeschichtung 19' auf dem Fenster 12 ist unter Verwendung eines parabolischen Reflektors 14, oder eines elliptischen Reflektors 24 Monochromatic radiation is primarily required to achieve selectivity. The inherently broad emission spectrum of a thermal radiator can be spectrally narrowed to the required range by attaching an optical filter 19, for example a narrow-band filter in the form of an interference filter, in the light beam between light source 1, 2 and detector 18, 28. Optionally, the optical filter can be applied directly as a coating 19 'on the window 12 of the light source and / or optionally on the side window 12' as a coating 19 ". The arrangement of the filter coating 19 'on the window 12 is using a parabolic reflector 14 , or an elliptical reflector 24
besonders günstig, da die vom Filter reflektierte Strahlung auf den beim Brennpunkt 14', resp. 24' angebrachten Strahler 1 zurückgeworfen wird. Particularly favorable, since the radiation reflected by the filter on the at the focal point 14 ', respectively. 24 'attached radiator 1 is thrown back.
Da sowohl die Modulationstiefe der abgestrahlten Lichtintensität, also das Verhältnis der Intensitäts-Amplitude zum Mittelwert, als auch die Wellenlänge bei Verwendung eines Interferenzfilters als optisches Filter 19 von der Temperatur des Lampengehäuses, resp. von der Temperatur des Interferenzfilters abhängt, ist es bei präzisen Messungen unumgänglich, sowohl die Temperatur des Lampengehäuses 2 als auch diejenige des Interferenzfilters 19' auf konstanter Temperatur zu halten. Dank der Ganzmetall- oder Keramik-Konstruktion des Lampengehäuses 2 und den aufgelöteten Fenstern 12, 12', was durch das vorgängige Anbringen einer metallisierten Berandung 11, resp. 11' auf den Fensterflächen möglich ist, besteht eine hohe Wärmeübertragung auf das Lampengehäuse und die Fenster. Das Lampengehäuse 2 und die Fenster mit den Interferenzfilter-Schichten 19', 19" können durch eine Heiz- und/oder Kühl-Vorrichtung 29, beispielsweise in Form eines Peltier-Elements, leicht auf konstanter Temperatur gehalten werden. Bei einer Glaskonstruktion mit internem Reflektor wäre die Temperaturkontrolle schwieriger zu realisieren, abgesehen davon, dass das Interferenzfilter nicht direkt auf das Lampengehäuse aufgeschmolzen werden kann. Since both the modulation depth of the emitted light intensity, ie the ratio of the intensity amplitude to the mean, and the wavelength when using an interference filter as an optical filter 19 from the temperature of the lamp housing, respectively. depends on the temperature of the interference filter, it is essential for precise measurements to keep both the temperature of the lamp housing 2 and that of the interference filter 19 'at a constant temperature. Thanks to the all-metal or ceramic construction of the lamp housing 2 and the soldered windows 12, 12 ', which is due to the previous application of a metallized border 11, respectively. 11 'is possible on the window surfaces, there is a high heat transfer to the lamp housing and the windows. The lamp housing 2 and the windows with the interference filter layers 19 ', 19 "can easily be kept at a constant temperature by a heating and / or cooling device 29, for example in the form of a Peltier element. In the case of a glass construction with an internal reflector Temperature control would be more difficult to implement, apart from the fact that the interference filter cannot be melted directly onto the lamp housing.
Claims (12)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH293393A CH688291A5 (en) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | Thermal light source, in particular for generating infrared radiation in a ceramic or Lampengehaeuse ausMetall |
| DE19944432819 DE4432819A1 (en) | 1993-09-30 | 1994-09-15 | Thermal light source in a metal housing |
| FR9411707A FR2710982A1 (en) | 1993-09-30 | 1994-09-28 | Thermal light source in a metal case. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH293393A CH688291A5 (en) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | Thermal light source, in particular for generating infrared radiation in a ceramic or Lampengehaeuse ausMetall |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH688291A5 true CH688291A5 (en) | 1997-07-15 |
Family
ID=4244898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CH293393A CH688291A5 (en) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | Thermal light source, in particular for generating infrared radiation in a ceramic or Lampengehaeuse ausMetall |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CH (1) | CH688291A5 (en) |
| DE (1) | DE4432819A1 (en) |
| FR (1) | FR2710982A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112305079A (en) * | 2020-11-02 | 2021-02-02 | 之江实验室 | Pulse light driven focusing type ultrasonic emitter |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5933245A (en) * | 1996-12-31 | 1999-08-03 | Honeywell Inc. | Photoacoustic device and process for multi-gas sensing |
| DE29715712U1 (en) * | 1997-09-02 | 1997-11-06 | Schnaubelt Jaromier | Infrared heater |
| DE20007742U1 (en) * | 2000-04-28 | 2001-09-06 | Palocz Andresen Michael | Device for the production of long-wave infrared radiators |
| DE10156915B4 (en) * | 2001-11-21 | 2007-11-29 | Heraeus Noblelight Gmbh | Apparatus for homogeneous heating of substrates or surfaces and their use |
| DE10213680A1 (en) * | 2002-03-27 | 2003-10-09 | Hella Kg Hueck & Co | Vehicle headlamp with cooling, includes condenser in headlamp housing, with interceptor and drain for condensate formed |
| DE102010050513A1 (en) * | 2010-11-08 | 2012-05-10 | Karl Storz Gmbh & Co. Kg | Method for mounting a cover glass in an endoscope and endoscope |
-
1993
- 1993-09-30 CH CH293393A patent/CH688291A5/en not_active IP Right Cessation
-
1994
- 1994-09-15 DE DE19944432819 patent/DE4432819A1/en not_active Withdrawn
- 1994-09-28 FR FR9411707A patent/FR2710982A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112305079A (en) * | 2020-11-02 | 2021-02-02 | 之江实验室 | Pulse light driven focusing type ultrasonic emitter |
| CN112305079B (en) * | 2020-11-02 | 2022-12-06 | 之江实验室 | Pulse light driven focusing type ultrasonic emitter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4432819A1 (en) | 1995-04-06 |
| FR2710982A1 (en) | 1995-04-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1467144B1 (en) | Light generating device with reflector | |
| DE69911091T2 (en) | Discharge lamp and process for its manufacture | |
| EP2803961B1 (en) | Hermetically gas-tight optoelectronic or electro-optical component and method for manufacturing the same | |
| WO2002095804A1 (en) | Method and device for the thermal treatment of substrates | |
| DE102017110378B4 (en) | LED lamp with LED bulbs | |
| DE1696066B2 (en) | Heat reflective window and method of making it | |
| EP0901992B1 (en) | Method of soldering optical materials to metallic frames and framed units | |
| DE2512436A1 (en) | ELECTRIC DISCHARGE LAMP WITH A BOTTOM IN CHEMICAL POLISHED POLYCRYSTALLINE ALUMINUM OXYDE | |
| DE2835904C2 (en) | Use of an assembly consisting of an electrode and a supply line | |
| CH688291A5 (en) | Thermal light source, in particular for generating infrared radiation in a ceramic or Lampengehaeuse ausMetall | |
| EP3150562A1 (en) | Optical filter material consisting of doped quartz glass, and uv lamp containing the filter material | |
| WO2001015207A1 (en) | Light source and method for producing a light source | |
| WO2001015290A1 (en) | Solid-state laser cooling | |
| DE102018101974A1 (en) | Infrared radiation source | |
| EP0859536B1 (en) | Infrared radiator and its application | |
| EP0119408B1 (en) | Gas laser and method of making the same | |
| WO2009049752A1 (en) | Apparatus for an irradiation unit | |
| DE102013001417B4 (en) | Reflective optical element for a dynamic deflection of a laser beam and a method for its production | |
| DE10392422T5 (en) | Short arc lamp with double concave reflectors and a transparent arc chamber | |
| DE3036112C2 (en) | Metal vapor laser with cataphoretic vapor transport | |
| EP0166029B1 (en) | Gas laser tube and method for making the same | |
| EP0720730B1 (en) | Radiation arrangement with reflector body and its use | |
| DE2808045A1 (en) | Irradiation appts. for photopolymerisation of dental plastics masses - has inner housing formed by inverted cup closed by reflector holding lamp | |
| DE10156915B4 (en) | Apparatus for homogeneous heating of substrates or surfaces and their use | |
| AT119228B (en) | Power supply lines for vessels made of glass, in particular made of quartz glass. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |