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Verfahren zum Nachweis von Infrarotstrahlung und Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Nachweis von
Infrarotstrahlung mittels eines in einem magnetischen Feld angeordneten, der nachzuweisenden
Strahlung ausgesetzten ferromagnetischen Körpers, der auf eine Temperatur etwas
unterhalb des Curie-Punktes des ferromagnetischen Materials gebracht wird, unter
Ausnutzung der Änderung des magnetischen Zustandes des Körpers infolge der durch
die von der nachzuweisenden Strahlung hervorgerufenen Temperaturerhöhung bedingten
Änderung der magnetischen Permeabilität des Materials dieses Körpers, und auf eine
Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Es ist bekannt, die Eigenschaft ferromagnetischer Materialien, beim
Erreichen einer von der Art des Materials abhängigenTemperatur (Curie-Temperatur)
ihren Ferromagnetismus zu verlieren, zur Messung bzw. Regelung von Temperaturen
heranzuziehen.
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Bei bekannten, diese Eigenschaft ausnutzenden Meß- bzw. Regelverfahren
wird die Änderung des magnetischen Zustandes eines der zu messenden bzw. zu regelnden
Temperatur ausgesetzten ferromagnetischen Körpers dazu benutzt, entweder eine Schaltbewegung
eines beweglichen Teiles eines den ferromagnetischen Körper enthaltenden magnetischen
Kreises auszulösen oder die Impedanz einer diesen Körper als Kern- oder Kernteil
enthaltenden Spule zu ändern.
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Es ist auch bekannt, dieses Phänomen zum Nachweis von Infrarotstrahlung
zu verwenden, indem die nachzuweisende Strahlung mittels Absorption dazu benutzt
wird, die Temperatur eines ferromagnetischen Körpers in der Weise zu erhöhen, daß
der Curie-Punkt des Materials dieses Körpers erreicht bzw. überschritten wird und
die demzufolge auftretende Änderung der magnetischen Anziehungskraft zwischen diesem
Körper und einem anderen Teil auf mechanischem Wege einen elektrischen Schaltvorgang
auslöst.
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Die obengenannten Änderungen, bei denen die Änderung des magnetischen
Zustandes des ferromagnetischen Körpers auf mechanischem bzw. elektromagnetischem
Weg ausgenutzt wird, haben beide den Nachteil, daß der ferromagnetische Körper mehr
oder weniger voluminös ist und dementsprechend viel Wärme benötigt wird, um die
Temperatur des Körpers zur Erzielung des gewünschten Effektes genügend zu ändern.
Die Anordnungen, bei denen der magnetische Zustand des ferromagnetischen Körpers
auf mechanischem Wege nachgewiesen wird, zeigen zusätzlich die mit der Verwendung
von beweglichen Teilen verbundenen Nachteile der größeren mechanischen Trägheit,
des Verschleißes, der erforderlichen Justierung usw. Insbesondere wenn es sich um
den Nachweis von Infrarotstrahlung handelt, bei dem vielfach die Intensität der
Strahlung und demzufolge die durch Absorption dieser Strahlung frei werdende Wärmemenge
beschränkt ist, ist der vorerwähnte Nachteil einer verhältnismäßig großen Wärmekapazität
des der Strahlung ausgesetzten ferromagnetischen Körpers erheblich.
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Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art anzugeben,
bei dem die obenstehenden Nachteile vermieden werden.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der
als dünne Schicht ausgebildete ferromagnetische Körper von einer linear-polarisierten
Hilfsstrahlung beaufschlagt und die durch die Einwirkung der Infrarotstrahlung hervorgerufene
Änderung der Lage der Polarisationsebene der vom ferromagnetischen Körper reflektierten
Hilfsstrahlung zur Anzeige gebracht wird. Da der ferromagnetische Körper schichtförmig
ausgebildet ist, kann dessen Wärmekapazität klein sein, so daß sowohl eine verhältnismäßig
geringe Temperaturträgheit als auch eine gute Empfindlichkeit erhalten wird. Der
optische Nachweis des magnetischen Zustandes des ferromagnetischen Körpers ist auch
bei sehr geringer Dicke dieses Körpers möglich und arbeitet auch ohne Trägheit.
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Die Schichtform des ferromagnetischen Körpers ermöglicht es, ihn derart
flächenhaft auszubilden, daß
ein auf diesen Körper auftreffendes
Infrarotstrahlungsbild ihn lokal in Übereinstimmung mit dem Bildinhalt erwärmt und
dementsprechend ein Wärmebild hervorruft, das infolge der resultierenden lokalen
Änderungen des magnetischen Zustandes des ferromagnetischen Körpers optisch wahrgenommen
werden kann.
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Dementsprechend ist gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung als Infrarotbildwandler ausgebildet, der dadurch
gekennzeichnet ist, daß der ferromagnetische Körper aus einer dünnen, auf einem
flächenhaften, das Infrarotbild auffangenden Träger angeordneten Schicht besteht,
daß die Schicht von einem nahezu senkrecht einfallenden, von einer Hilfsquelle stammenden
Bündel linear-polarisierten sichtbaren Lichtes beleuchtet ist, und daß für die visuelle
Beobachtung des von der ferromagnetischen Schicht reflektierten Teils dieses sichtbaren
Lichtes eine optische Vorrichtung mit drehbarem Analysator angeordnet ist.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert,
in der F i g. 1 das Prinzipschaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung zeigt;
F i g. 2 zeigt das Prinzipschaltbild eines Infrarotbildwandlers nach der Erfindung.
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Die physikalische, in der Vorrichtung nach der Erfindung benutzte
Erscheinung besteht in dem mehr oder wenig starken Verschwinden der ferromagnetischen
Eigenschaften eines Körpers aus ferromagnetischem Material, wenn unter der Wirkung
einer durch die nachzuweisende Infrarotstrahlung hervorgerufenen Erwärmung die Temperatur
des Körpers mehr oder weniger die des Curiepunktes des betreffenden Materials erreicht.
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Die magnetische Eigenschaft, deren Änderung zum Nachweis der Erwärmung
des Körpers benutzt wird, ist der sich ändernde magnetische Polarisationszustand,
der auf optischem Wege nachgewiesen wird.
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F i g. 1 zeigt schematisch die Mittel zum Feststellen des sich ändernden
magnetischen Polarisationszustandes bei einem Körper 1 aus ferromagnetischem
Material. Dieser Körper, von dem mindestens eine Oberfläche poliert ist, ist in
einem Raum 2 untergebracht, dessen Temperatur derart gewählt ist, daß der Körper,
wenn keine Infrarotstrahlung darauf projiziert wird, eine Temperatur hat, die etwas
niedriger ist als der Curiepunkt des ferromagnetischen Materials.
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Der Raum 2 hat ein Fenster 3, das für sichtbares Licht durchlässig
ist, und ein Fenster 4, das für die nachzuweisende Strahlung durchlässig ist. Die
polierte Oberfläche des Körpers liegt annähernd parallel zum Fenster 3. Ein im Schnitt
dargestellter Ringmagnet 5 magnetisiert den Körper 1 senkrecht zu der polierten
Oberfläche. Die polierte Oberfläche des Körpers 1 wird nahezu senkrecht durch von
der Lichtquelle 6 mit Polarisator stammendes, linear polarisiertes Licht belichtet.
Diese Oberfläche wird mittels der Beobachtungsvorrichtung 7 mit einem Analysator
8 beobachtet.
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Bei Abwesenheit von Infrarotstrahlung wird der Analysator 8 für das
vom Körper 1 zurückgestrahlte sichtbare Licht auf minimalen Durchlaß eingestellt.
Wenn der Körper 1 durch das Fenster 4 hindurch von einer Infrarotstrahlung getroffen
wird, wird dieses erwärmt. Die Temperatur nähert sich also der des Curiepunktes
des Materials, so daß allmählich die ferromagnetischen Eigenschaften des Körpers
verschwinden und demzufolge die vom Körper 1 verursachte Drehung der Polarisationsebene
des zurückgestrahlten, gegenüber der Polarisationsebene des von der Quelle 6 ausgehenden
Bündels abnimmt. Um wiederum minimalen Durchlaß der Beobachtungsvorrichtung zu erhalten,
muß der Analysator 8 gedreht werden. Es ist ersichtlich, daß der Drehwinkel des
Analysators 8 zum erneuten Unterdrücken einen Bezugswert für die Intensität der
auf dem Körper 1 auftreffenden Infrarotstrahlung darstellt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist als Material
für den Körper 1 besonders Gadolinium geeignet, dessen Curietemperatur in der Nähe
von 16' C liegt, so daß die Temperaturregelung des Raumes 2 erleichtert wird.
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Die F i g. 2 zzigt schematisch einen Bildwandler, der eine Anzahl
infrarotempfindlicher Körper nach F i g. l enthält, die derart zusammenwirken, daß
ein Infrarotbild im sichtbaren Spektrum übertragen wird.
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In F i g. 2 bezeichnet 10 einen für sichtbares Licht durchlässigen
Träger mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, z. B. aus Kollodium, worauf ein Mosaik
11 aus Teilchen aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise Gadolinium, angebracht
ist. Das Gebilde des Mosaiks und dessen Träger wird in einem Raum 12 untergebracht,
dessen Temperatur derart gewählt ist, daß bei Abwesenheit der Infrarotstrahlung
die Temperatur des Mosaiks 11 überall gleich und etwas unterhalb des Curiepunktes
des verwendeten ferromagnetischen Materials liegt.
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Der Ringmagnet 15 ermöglicht, das Mosaik 11
gleichmäßig senkrecht
zu dessen Oberfläche zu magnetisieren.
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Mittels der Quelle 16, die linear polarisiertes Licht im sichtbaren
Spektrum ausstrahlt, wird das Mosaik 11 durch das für sichtbares Licht durchlässige
Fenster 13 hindurch gleichmäßig bestrahlt. Dieses Mosaik wird ferner mittels der
Beobachtungsvorrichtung 17 mit einem Analysator 18 beobachtet. Ein Fenster 14, das
für Infrarotstrahlung durchlässig ist, ermöglicht es, das umzuwandelnde Infrarotbild
auf die Teilchen des Mosaiks zu projizieren. Es ist verständlich, daß die Temperatur
des Raumes 12 unter Berücksichtigung der von dem ausgehenden Lichtbündel der Quelle
16 auf das Mosaik übertragenen Wärme geregelt werden muß. In Abwesenheit der Infrarotstrahlung
auf dem Mosaik wird der Analysator 18
derart gedreht, daß das Mosaik dunkel
erscheint. Wenn ein Infrarotbild auf das Mosaik projiziert wird, treten örtliche
Erwärmungen auf, die eine Verringerung der ferromagnetischen Polarisation der entsprechenden
Teilchen hervorrufen. Diese Verringerung kann sogar derart sein, daß die magnetische
Polarisation praktisch vollkommen verschwindet, so daß das Material des Mosaiks
sich paramagnetisch benimmt.
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Die von dem magnetischen Polarisationszustand der Mosaikteilchen abhängige
Drehung der Polarisationsebene der sichtbaren Lichtstrahlen, die von den Elementen
des Mosaiks zurückgestrahlt werden, nimmt ab, wenn die von diesen Teilchen empfangene
Infrarotstrahlung zunimmt. Gesehen durch den Analysator 18 der Beobachtungsvorrichtung
17 erscheint dabei ein Bild, in dem die hellen Teile den Teilen des Mosaiks entsprechen,
die der intensivsten Infrarotstrahlung ausgesetzt sind.
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Die unterteilte Struktur des Mosaiks 11 ist vorteilhaft zur Verringerung
der Oberflächenwärmeleitfähigkeit. Eine solche unterteilte Struktur ist jedoch nicht
notwendig, da eine genügend dünne, ununterbrochene
Schicht aus z.
B. Gadolinium eine Wärmeleitfähigkeit entlang der Oberfläche hat, die hinreichend
niedrig ist, um ein detailliertes Bild zu erzielen.