DE1052873B

DE1052873B - Einrichtung zur Abgabe von Signalen

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Publication number: DE1052873B
Application number: DEB32421A
Authority: DE
Original assignee: BRINRO Ltd SOICETE ANONYME
Current assignee: BRINRO Ltd SOICETE ANONYME
Priority date: 1953-09-14
Filing date: 1954-08-30
Publication date: 1959-03-12
Also published as: GB780594A; CH329081A; US2976419A; LU32371A1; BE531515A; FR1115561A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung· bezieht sich auf eine Einrichtung zur Abgabe von Signalen, insbesondere Warnsignalen, in Form von Tönen, sobald auf die Einrichtung eine Infrarotstrahlung auftrifft, deren Wellenlängen etwa in dem Bereich zwischen 0,75 und 7 μ liegen; sie soll 5 insbesondere zur Entdeckung militärischer Infrarotstrahler dienen, welche vor allem zu Infrarotbildwandlern gehören.

Die bisher bekannten Vorrichtungen zur Entdeckung von Infrarotstrahlungen haben eine Reihe sehr erheblicher Nachteile, die sie als transportierbares, von einem Soldaten zu tragendes Anzeigegerät von Infrarotstrahlungen in dem genannten Wellenbereich ungeeignet machen.

An sich ist es bekannt, Infrarotstrahlungen durch ihre Wärmewirkung nachzuweisen. Insbesondere ist hierbei bekannt, die Wärmestrahlung auf einen Kondensator fallen zu lassen, dessen Dielektrikum eine von der Temperatur abhängige Ausdehnung erfährt und dadurch den Kapazitätswert des Kondensators ändert. Diese Geräte sind jedoch träge, wenig empfindlich und bedürfen eines optischen Konzentrationssystems, das sie schwer und unhandlich macht.

Außerdem ist die Änderung des Kapazitätswertes nur von der Temperatur, nicht aber von der Intensität der Wärmestrahlung abhängig. Bei einer anderen Art bekannter Nachweisgeräte von Infrarotstrahlungen werden Silber-Cäsium-Photokathoden benutzt, mit deren Hilfe normalerweise dunkle Stoffe beim Auftreffen von Infrarotstrahlen auf das Gerät zum Aufleuchten gebracht werden. Diese Geräte sind zwar verhältnismäßig klein u d leicht, jedoch sind sie wenig empfindlich und fü Infrarotstrahlen mit einer Wellenlänge von mehr als 1,2 μ völlig anempfindlich. Auch Und sie in der Handhabung unpraktisch, da sie eine staidige Beobachtung der zum Aufleuchten zu bringenden Stoffe benötigen. Alle diese Nachteile werden erfindungsgemäß vermieden.

Bei Warngeräten ist es auch bekannt, ein akustisches Warnsignal dadurch auszulösen, daß durch den zu signalisierenden Vorgang die Schwebung der Schwingungen zweier Schwingröhren durch Veränderung des Kapazitätswertes eines zu der einen Schwingröhre gehörenden Kondensators verändert wird.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein akustisches Signal zu erzeugen, dessen Frequenz oder Höhe in Abhängigkeit von der Intensität der einfallenden Infrarotstrahlung veränderlich ist.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung bei der durch den zu signalisierenden Vorgang eine Schwebung der Schwingungen zweier zunächst mit gleicher Frequenz schwingender Schwingröhren infolge Veränderung des Kapazitätswertes einer zu einer Einrichtung zur Abgabe von Signalen

Anmelder:

Brinro Limited, Societe Anonyme,
Tanger

Vertreter: Dr. F. Zumstein, Patentanwalt,
München 2, Bräuhausstr. 4

Beanspruchte Priorität:
Luxemburg vom 14. September 1953

Schwingröhre gehörigen Kapazität erzeugt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß als veränderliche Kapazität eine solche vorgesehen ist, die bei Einwirkung von Infrarotstrahlung ihren Kapazitätswert entsprechend der Intensität der Infrarotstrahlung ändert, so daß die Schwebungsfrequenz und die von ihr abhängige Frequenz des akustischen Signals ebenfalls entsprechend der Intensität der Infrarotstrahlung veränderlich ist.

Die erfindungsgemäß verwendete, bei Einwirkung von Infrarotstrahlung ihren Kapazitätswert entsprechend der Strahlungsintensität ändernde Kapazität kann aus einem Kondensator bestehen, dessen Dielektrikum aus einem Stoff mit vorwiegend innerem dielektrischem Effekt besteht. Solche Stoffe sind z. B. die Sulfid-, Selenid- und Telluridphosphore.

Ferner kann die veränderliche Kapazität durch veränderliche Widerstände, die zugleich mit Elektronenröhren in einer Kapazitätstransformationsschaltung verwendet werden, gebildet werden. Solche unter dem Einfluß einer Infrarotstrahlung veränderliche Widerstände sind z.B. Sulfide (wie Bleisulfid), Selenide und Telluride, die in der Technik als Halbleiter mit Photoeffekt bezeichnet werden.

Das Gerät gemäß der Erfindung hat in dem genannten Wellenbereich, und zwar für diejenigen Wellenlängen, auf die die jeweils benutzten Stoffe mit dielektrischem Effekt ansprechen, eine außerordentlich große Empfindlichkeit, so daß keinerlei Konzentrationsoptik notwendig ist. Ferner arbeitet das Gerät trägheitslos. Wie wichtig die große Empfindlichkeit ist, geht daraus hervor, daß das Gerät schon auf Strahlungs-

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Intensitäten ansprechen muß, die in der Größenordnung von 1 · ΙΟ~^Ί W/cm^a liegen, wenn die Mindestbeleuchtungsstärke für einen mit einem Infrarotsender verbundenen und rechtzeitig zu entdeckenden Infrarotbildwandler in der Größenordnung von 1 · 1O^-8 W/cm² liegt. Bei einer solchen Empfindlichkeit spricht das Entdeckungsgerät gemäß der Erfindung an, bevor sein Träger in die Nutzreichweite des zu entdeckenden Infrarotsenders gelangt. Da ferner das Warngerät die bei der Annäherung an den Infrarotsender zunehmende Strahlungsintensität nicht durch eine Verstärkung, sondern durch eine Erhöhung des Signaltones kenntlich macht, besteht auch nicht die Gefahr, daß der Signalton vom Feind wahrgenommen wird.

Das Gerät gemäß der Erfindung ist auch sehr leicht, so daß es mühelos von einem einzelnen Soldaten getragen werden kann. Dieser wird also· davor gewarnt, durch ein Infrarotstrahlenbündel hindurch zu gehen, das von einem feindlichen Sender ausgeht, bevor letzterer den Soldaten entdeckt hat.

Dank der Erfindung und durch Verwendung sogenannter Miniaturelektronenröhren kann alles in einem sehr kleinen Gehäuse untergebracht werden, das in der Hand gehalten werden kann, während der aus dem Gerät kommende, in seiner Höhe veränderliche Ton in einem am Ohr des Benutzers angebrachten Hörer gehört werden kann:

Weitere wichtige Vorteile des Erfindungsgegenstandes bestehen darin, daß er einen sehr großen Auffangbereich hat, der durch einen Öffnungswinkel von etwa 150° gekennzeichnet ist, daß er gegen Stöße und Erschütterungen unempfindlich ist und einen stabilen Nullpunkt besitzt.

Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 ist das Schaltbild eines erfindungsgemäß ausgebildeten Geräts zur Anzeige einer infraroten Strahlung;

Fig. 2 zeigt in Perspektive und Außenansicht ein ebenfalls erfindungsgemäß ausgebildetes tragbares Gerät solcher Art;

Fig. 3 zeigt im Schnitt ein nach einer Variante ausgebildetes Gerät gleicher Art;

Fig. 4 schließlich ist ein Schaltbild einer veränderlichen Kapazität, wie sie in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung Anwendung findet.

Gemäß Fig. 1 weist das zum Nachweis einer Infrarotstrahlung dienende Gerät zwei Oszillatoren I und II auf, die Spannungen oder Ströme von im wesentlichen gleicher Frequenz Z₁ und Z₂ liefern, die in einer Überlagerschaltung gemischt werden, so daß durch Schwebung die Differentialfrequenz f_m = Z₁- Z₂ erhalten wird. Solange keine Infrarotstrahlung eine Kapazität, die in die Stromkreise eines der beiden Oszillatoren eingeschaltet ist, verändert, tritt keine Differenz zwischen den Frequenzen der beiden Oszillatoren auf, und es wird daher kein Ton hervorgerufen. Sobald jedoch eine Strahlung eine Kapazitätsänderung in einem der beiden Oszillatoren hervorruft, wird die Frequenz dieses Oszillators verändert, so daß eine durch einen Ton wahrnehmbare Frequenzdifferenz f_m auftritt, die um so größer ist, je größer die Energie der auftreibenden Infrarotstrahlung ist.

Jeder der beiden Oszillatoren I und II enthält z. B. eine Pentode 1 oder 2 in ECO-Schaltung (elektronengekuppelter Oszillator), wobei der Schwingkreis eine Induktionsspule L₁ und wenigstens einen Kondensator C enthält. Die mit dem Gitter verbundenen Eückkopplungsspulen sind mit L₂ dargestellt. Die Heizung erfolgt aus der Stromquelle BT, während die Anodenspannung über Widerstände od. dgl. aus der Spannungsquelle HT geliefert wird.

Die in den Anodenkreisen erzeugten Schwingungen der Frequenz Z₁ und Z₂ werden an das Gitter einer Mischröhre 3 gelegt. Man erhält an der Anode derselben die Schwebungsfrequenz df von der Frequenz Z₁-Z₂, welche in einem Kopfhörer 4 od. dgl. hörbar gemacht wird.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform

ίο der Erfindung gelangt die Infrarotstrahlung eventuell nach Filterung mittels eines Schirms 5 (welcher z. B. bei Tage die Lichtstrahlen zurückhält) auf einen in den Schwingungskreis des Oszillators I eingeschalteten Kondensator 7, dessen Dielektrikum aus einem Stoff, insbesondere einem sogenannten Lenardphosphor mit vorwiegend innerem dielektrischem Effekt besteht, so daß das Auftreffen einer Infrarotstrahlung auf diesen Stoff zu einer Veränderung der Dielektrizitätskonstanten des Kondensators führt. Die verwendeten Lenardphosphore können beispielsweise Zink-Cadmium-Selenide sein. Die Empfindlichkeit dieser Phosphore ist besonders groß für Wellenlängen von 0,5 bis 2 μ.

Es ist ferner zu bemerken, daß zwischen den Oszillatoren I und II und der Mischstufe zweckmäßig eine kapazitive Kopplung vorgesehen wird, wie bei α und b dargestellt.

Die Praxis zeigt, daß die obige Kondensatorkopplung die beiden Oszillatoren sozusagen miteinander synchronisiert, d. h. daß die beiden Oszillatoren beim Nullpunkt in einem kleinen Bereich einander mitnehmen. Ferner werden an den Oszillatoren oder an einem von ihnen Regelmittel vorgesehen, um die Frequenz einzustellen und jederzeit die Bedingung Zi⁼ Z2 wiederherzustellen, was sich durch das Schweigen des Hörers 4 bemerkbar macht.

Zur Kompensation von Temperaturschwankungen werden zweckmäßigerweise beide Oszillatoren I und II einander völlig identisch in allen ihren Einzelheiten vorgesehen, so daß Temperaturschwankungen der Umgebung oder des Gerätes in gleicher Weise auf jeden der beiden Oszillatoren wirken.

Insbesondere wird der Oszillator II mit einem Kondensator T versehen, der mit dem Kondensator 7 des Oszillators I (Fig. 1) identisch ist, wobei dieser Kondensator T nur für das Übereinstimmen beider Oszillatoren vorgesehen ist, ohne daß er jedoch von der einfallenden Strahlung getroffen werden soll. Dieser Kondensator T wird beispielsweise in einem kleinen Gehäuse oder in einem hermetischen Abteil 20 untergebracht, in das die Strahlung nicht eindringen kann (Fig. 1).

Was die Empfindlichkeit und Arbeitsstabilität (Z₁ = Z2) anbelangt, ist zu bemerken, daß man diese maximal erhöht, wenn man für Z₁ oder Z₂ einen hohen Wert wählt, beispielsweise von 1 bis 3 Megahertz. Unter diesen Bedingungen und für einen Änderungsbereich der Größenordnung von 0 bis 10 Kilohertz für den Wert f_m (d. h. für den Bereich der hörbaren Töne) stellt man fest, daß eine; Maximaländerung von 1% der veränderlichen Kapazität 7 unter dem Einfluß der Strahlung genügt, wobei diese Änderung ohne weiteres mit Hilfe der oben angeführten Stoffe (Lenardphosphor) oder irgendeines anderen Stoffes mit ähnlichen Eigenschaften erhalten werden kann.

Die Empfindlichkeit eines so beschaffenen Gerätes, d.h. der Schwellwert, ist größenordnungsmäßig besser als l-10-⁶Watt für eine öffnung (diejenige des Filters 5) von etwa 1 cm². Ferner ist der Auffaßwinkel etwa 150°, also größer als bei vorbekannten

Claims

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Geräten, die ein optisches System benötigen, und die rotstrahlung verändernde Stoff als veränderlicher dementsprechend einen nur geringen Auffaßwinkel Widerstand in einer Kapazitätstransformationsschalaufweisen. t^uri& mit Elektronenröhren verwendet. Bei der in Ein Infrarotstrahler, dessen Strahlenbündel einen Fig. 4 dargestellten Schaltung ist mit R der durch die öffnungswinkel von S⁰ aufweist und dessen Leistung 5 auftreffende Infrarotstrahlung veränderliche Wider-1 Watt beträgt, könnte mit einem erfindungsgemäßen stand bezeichnet. Dieser Widerstand wird beispiels-Gerät aus einer Entfernung von 115 m ermittelt weise durch Bleisulfid (PbS) oder Salze ähnlicher werden. Art gebildet, bei denen der Schwefel durch Selen Übrigens versteht es sich, daß Mittel vorgesehen (PbSe) oder Tellur (PbTe) ersetzt ist. Die Wellenwerden können, die ein Regeln der Empfindlichkeit io längen, die bei diesen Stoffen eine Widerstandsändedes Gerätes gestatten. So kann man auf die Wahl der rung hervorrufen, gehen für PbS bis zu 3,5 μ, für Frequenzen ^₁ und /₂, die Wahl der wirksamen Fläche PbSe bis zu 5,5 μ, und für PbTe bis zu 7,5 μ. des Kondensators 7 und auf die Einstellung der Der veränderliche Widerstand R ist zwischen öffnung, durch die die einfallenden Strahlen eintreten, Gitter und Kathode einer Elektronenröhre 17 eingewirken. 15 schaltet, während zwischen Gitter und Anode dieser Es ist zu bemerken, daß die günstigste Empfind- Röhre ein gewöhnlicher, fester Kondensator C₁ angelichkeit selbst mit sehr kleinen Abmessungen der ordnet ist. Diese Gesamtanordnung hat zwischen den Oszillator- und Mischeranordnung erreicht werden Klemmen A und B eine Wirkung, die einer veränderkann, und zwar bei Benutzung von Miniaturröhren. liehen Kapazität gleichwertig ist, wenn sich der Derartige Geräte können in der in Fig. 2 darge- 20 Widerstand R ändert. Diese Schaltung ist also dem stellten Weise ausgebildet werden, so daß sie auf der oben beschriebenen, strahlenempfindlichen Konden-Hand Platz finden. Ein solches Gerät weist ein Ge- sator 7 gleichwertig. Die Klemmen A und B müssen häuse 8 auf, welches die Röhren und ihre Zubehörteile an die mit A' und B' auf dem Schaltbild der Fig. 1 sowie eine Batterie mit einer Kapazität von 50 Stunden gekennzeichneten Punkte an Stelle des Kondenfür die Hoch- und Niederspannung (z. B. 22,5 und 25 sators 7 angelegt werden. Die resultierende Kapa-1,25 V) enthält. zitätC einer solchen Schaltung ist: C = C₁RS, wo-In Fig. 2 sind das Filter bei 5 und Regelknöpfe bei .S" die Steilheit der Röhre 17 in Ampere/Volt ist. bei 9 und 10 sichtbar. Eine solche Anordnung mit einer Miniaturröhre 17 Der vorzugsweise mit einem Kristall arbeitende ist wenig sperrig und gestattet also· die Herstellung Kopfhörer 4 ist mit dem Gerät durch ein Kabel 11 30 eines Gerätes ähnlicher Art wie das in Fig. 2 und 3 verbunden und kann an das Ohr angehängt werden, dargestellte.

so daß das Gerät auf dem Bauch oder von Hand ge- Wie auch immer die Ausführungsform des erfintragen oder an einer beliebigen Stelle befestigt wer- dungsgemäß ausgebildeten Gerätes sei, man kann den kann. immer mindestens einen Teil desselben, d. h. minde-Das Gerät könnte auch auf dem Helm des Soldaten 35 stens seinen strahlenempfindlichen Teil auf einem sitzen, wobei der Hörer ebenfalls an dem Helm be- drehbaren Halter lagern, so daß durch Drehung ein festigt sein kann, oder nicht. Empfang in allen Azimuten und somit die bequeme Fig. 3 zeigt im Querschnitt ein Gerät ähnlicher Feststellung der Richtung des Infrarotsenders ermög-Art, wobei dieser Schnitt zweckmäßige Maßnahmen licht wird. Das Gerät oder sein empfindlicher Teil erkennen läßt, insbesondere was die Lage der beiden 40 kann auch unmittelbar an einer selbsttätigen Waffe anKapazitäten 7, T oder anderer gleichwertiger Zellen gebracht werden, um diese auf den Sender richten zu oder Organe anbelangt. können, in Verbindung mit einer Richtungszielvor-

Es ist zu sehen, daß das Gehäuse 8 von einer in- richtung.

neren Wandung 12 in zwei Abteile unterteilt wird, Schließlich kann das obige Anzeigegerät mit bevon denen jedes je eine der betreffenden Kapazitäten 7 45 liebigen Mitteln zum Empfang andersartiger elektro- bzw. T enthält. Die Kapazität 7 kann die einfallende magnetischer Signale, z. B. Morsezeichen oder Fern-Strahlung durch den in die Öffnung 13 eingebauten Sprüchen vermittels modulierter Infrarotstrahlungen Filter 5 aufnehmen, während die Kapazität T von der kombiniert werden. Dies würde den mit derartigen äußeren Umgebung isoliert ist. Die Öffnung 13 kann Geräten ausgerüsteten Truppen gestatten, außer den mit einem Deckel 14 verschlossen werden, dessen Be- 50 von einem feindlichen Sender kommenden Infrarottätigung das in Betriebsetzen oder Ausschalten der strahlen die zur Befehlsübertragung von einem beOszillatoren sicherstellen kann. Die Spulen L₁, L₂ freundeten, d. h. der gleichen Armee angehörenden (Fig. 2) sind hier (Fig. 3) auf den Seiten des Ge- Befehlsstand gesendeten Morsezeichen od. dgl. zu häuses dargestellt, während die nicht dargestellten empfangen. Die Beantwortung dieser Morsezeichen Röhren an den Tragplatten 15 und 16 angebracht sind. 55 od. dgl. könnte durch Aussendung gleichartiger oder

Im vorstehenden ist der Fall beschrieben, bei dem andersartiger (optischer usw.) Signale erfolgen,

der auf die zu entdeckende Infrarotstrahlung an- Die erfindungsgemäße Anzeige kann auch, außer

sprechende Stoff vorzugsweise inneren dielektrischen zur Entdeckung eines feindlichen Senders, zum Emp-

Effekt hat und daher unmittelbar als Dielektrikum fang von Befehlen benutzt werden, welche durch

eines Kondensators verwandt werden kann, dessen 60 Infrarot von einem befreundeten, d. h. der gleichen

Kapazität bei Auftreffen einer Infrarotstrahlung auf Armee angehörenden Infrarotsender übertragen

den das Dielektrikum bildenden Stoff verändert wird. werden.

Die Fig. 4 zeigt schematisch eine Ausführungsform, Patentansprüche= bei der der zur Verwendung kommende Stoff vorzugsweise einen äußeren dielektrischen Effekt hat und in- 65 1. Einrichtung zur Abgabe von Signalen, insfolgedessen einen durch die auftreffende Infrarot- besondere Warnsignalen, in Form von Tönen, die strahlung veränderlichen Widerstand darstellt. Um. als Schwebung der Schwingungen zweier zunächst auch in diesem Fall mit Hilfe der auftreffenden mit gleicher Frequenz schwingender Schwinginfrarotstrahlung eine Kapazitätsänderung herbeizu- röhren durch Veränderung des Kapazitätswertes führen, wird der seinen Widerstand durch die Infra- 7° einer zu einer Schwingröhre gehörigen Kapazität