DE19757448A1 - Verfahren zur Herstellung eines Infrarot-Lichtleiters, Infrarot-Lichtleiter und Infrarot-Strahlungsthermometer mit einem solchen Lichtleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Infrarot-Lichtleiters, einen Infrarot-Lichtleiter und ein Infrarot-Strahlungsthermometer mit einem solchen Lichtleiter.

Ein derartiges Infrarot-Thermometer ist aus der US-A-4,932,789 bekannt. Ferner ist als Beispiel in Fig. 1 eine Meßspitze eines Strahlungsfieberthermometers mit einer einfachen Infrarotoptik schematisch dargestellt. Sie weist ein IR-durchlässiges Fenster 5 auf, das am vorderen Ende eines Gehäuses 3 angeordnet ist, und hinter dem sich ein Infrarot- Lichtleiter 7 ins Innere der Meßspitze erstreckt. Das Strahlungsfieberthermometer weist ferner in einem Sensorgehäuse 2 einen Umgebungstemperatursensor 8 und einen Strahlungssensor 6 auf. Zur Bestimmung der Körpertemperatur wird das vordere Ende dieser Optik in ein Ohr gerichtet. Vom Trommelfell und Ohrkanal emittierte Infrarot­ strahlung tritt durch das Fenster 5 ins Gehäuse 3 ein, wird durch den Lichtleiter 7 zu einem Sensorfenster 4 geleitet, tritt durch dieses in das Sensorgehäuse 2 ein und trifft dort auf den Strahlungssensor 6. Die dadurch im Strahlungssensor 6 hervorgerufene partielle Temperaturerhöhung hat eine elektrische Ausgangsspannung zur Folge, aus der in einem in Fig. 1 nicht dargestellten Rechenwerk die Strahlungstemperatur bestimmt werden kann. Da die Höhe dieser Ausgangsspannung auch von der Umgebungstempera­ tur - bzw. einer Referenztemperatur - abhängt, wird diese Temperatur vom Umgebungs­ temperatursensor 8 bestimmt. Infrarot-Strahlungsthermometer der vorstehend angege­ benen Art werden zur Körpertemperaturmessung sowohl für den Hausgebrauch als auch im ärztlichen/medizinischen Bereich eingesetzt.

Damit die im Lichtleiter reflektierte Strahlung nicht zu stark abgeschwächt wird, muß die Reflektivität des Lichtleiters im interessierenden Wellenlängenbereich, bei Strahlungs­ fieberthermometern im Bereich von ca. 4 bis 20 µm, möglichst hoch sein. Weiterhin darf sich die Reflektivität des Lichtleiters im Laufe der Zeit nicht, oder nur sehr geringfügig ändern, um Temperaturmeßfehler zu vermeiden.

Da der Lichtleiter bei einer Erwärmung gegenüber dem Strahlungssensor selbst Strah­ lung emittiert, muß die Emissivität des Lichtleiters möglichst klein sein. Ansonsten muß der Lichtleiter von äußeren Wärmequellen - z. B. dem Ohr, bei der Fiebermessung - gut isoliert werden, oder die Strahlungsemission des Lichtleiters bei der Berechnung der Strahlungstemperatur berücksichtigt werden, was zu entsprechend aufwendig kon­ struierten Thermometern oder einer komplizierteren Berechnungsmethode führt.

Der Infrarot-Lichtleiter eines bekannten Infrarot-Strahlungsthermometers besteht aus einem Messingrohr, dessen innere Oberfläche mit Gold beschichtet ist. Bei anderen Infrarot-Strahlungsthermometern besteht der Infrarot-Lichtleiter aus einem zumindest innen chemisch vernickelten Metallrohr, das dann chemisch vergoldet wurde. Die Herstellung derartiger Infrarot-Lichtleiter ist relativ aufwendig und teuer. Da die Dicke der mit den bekannten Verfahren im Inneren des Metallrohrs hergestellten Goldschicht nicht konstant ist, ist das Metallrohr meist nicht vollständig mit Gold bedeckt, so daß sich die Reflektivität des Lichtleiters an den nicht bedeckten Stellen im Lauf der Zeit ändern kann, woraus Meßfehler bei den Temperaturmessungen resultieren können.

Da der aus einem innen vergoldeten Metallrohr bestehende Lichtleiter gut wärmeleitend ist, findet während einer Temperaturmessung ein relativ großer Wärmeeintrag in den Infrarot-Sensor statt, wodurch die Meßgenauigkeit beeinträchtigt sein kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einerseits ein Verfahren zur Herstellung eines Infrarot-Lichtleiters anzugeben, das einfach und preisgünstig ist und zu gleich­ mäßigen und langzeitstabilen Reflexionsschichten führt, und andererseits einen Infrarot- Lichtleiter und ein Infrarot-Strahlungsthermometer mit einfachem Aufbau anzugeben.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Verfahren, bei dem der Lichtleiter durch Versehen eines im wesentlichen ebenen Substrats, insbesondere eines Blechs oder einer Metall- oder Kunststoffolie, mit einer Schicht hoher Reflektivität im Infrarotbereich und anschließender Verformung zu einem Rohr hergestellt wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, daß die gesamte Innenseite des rohrförmigen Lichtleiters mit einer geschlossenen Reflexionsschicht konstanter Dicke bedeckt ist.

Bevorzugte Ausführungen erfindungsgemäß hergestellter Lichtleiter weisen ein Substrat auf, das mit einer Goldschicht als Reflexionsschicht versehen ist, auf die zusätzlich noch eine dielektrische Schicht zur Erhöhung des Reflexionsgrads aufgebracht sein kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen für Infrarot-Lichtleiter erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Weitere Ausge­ staltungen sind in der Beschreibung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Meßspitze eines Strahlungsthermometers;

Fig. 2-4 schematisch Infrarot-Lichtleiter im Querschnitt.

Bei einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise ein Kupferblech oder eine Kupferfolie zunächst verchromt und dann vergoldet, insbesondere auf galvanischem Weg. Wird statt des Kupfers Edelstahl verwendet, kann auf die Verchromung verzichtet werden. Das vergoldete Blech oder die vergoldete Folie wird dann in Stücke passender Größe geschnitten, und durch Verbiegen zu Rohren entsprechender Abmessungen verformt. Die Kanten der geschnittenen Stücke sind bei diesem Verfahren nicht ver­ goldet. Daher werden die Kanten auf Stoß gebogen, so daß sich ein rohrförmiger Licht­ leiter mit genau kreisförmigem Querschnitt ergibt, wobei die Innenseite des Rohrs vollständig vergoldet ist, vgl. Fig. 2.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführung eines Lichtleiters, bei der sich die Kanten an einer Nahtstelle überlappen, ist es vorteilhaft, wenn das Blech oder die Folie bereits vor dem Vergolden bzw. vor dem Verchromen auf die Abmessungen des herzustellenden Rohres zugeschnitten wird, da in diesem Fall auch die Kanten des Blechs bzw. der Folie mitvergoldet werden, und nach dem Biegen des Substrats eine vollständig vergoldete Innenseite des Rohres erhalten wird.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführung eines rohrförmigen Lichtleiters, bei der die Kanten des Substrats nach außen gebogen sind, ist es unerheblich ob die Kanten vergoldet sind oder nicht. Daher kann dieser Lichtleiter ohne Einbuße bei der Qualität der Reflexionsschicht nach beiden oben beschriebenen Verfahren hergestellt werden.

Bei einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zu vergoldende Substrat durch insbesondere galvanisches Abscheiden von Metall auf einem Träger hergestellt, von dem es vorzugsweise erst nach dem Vergolden abgenommen wird.

Bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Substrat eine metallisierte Kunststoffolie verwendet. Da ein Lichtleiter mit Kunststoffsubstrat während einer Temperaturmessung aufgrund der kleinen Wärmekapazität des Kunststoffs eine relativ große Temperaturänderung erfahren kann, die eine erhöhte Emissivität des Lichtleiters und dadurch eine Verfälschung des Meßergebnisses zur Folge haben kann, wird bei dieser Variante vorzugsweise auf die Goldschicht zusätzlich eine dielektrische Schicht zur Erhöhung des Reflexionsgrads aufgebracht, so daß die Innenseite des Licht­ leiters im relevanten Wellenlängenbereich einen Reflexionsgrad von über 99%, d. h. einen Emissionsgrad von weniger als 1% aufweist.

Bei einem Strahlungsthermometer, dessen Lichtleiter einen derart geringen Emissions­ grad aufweist, kann auf die sonst übliche gute thermische Kopplung zwischen Lichtleiter und Strahlungssensor verzichtet und daher der Infrarot-Sensor besser gegenüber dem Gehäuse des Strahlungsthermometers thermisch isoliert werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Infrarot-Lichtleiters, dessen Innensei­ te mit einer Schicht hoher Reflektivität im Infrarotbereich versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen ebenes Substrat zuerst mit der Schicht hoher Reflektivität versehen und dann zu einem Rohr verformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein Metallblech, eine Metallfolie oder eine metallisierte Kunst­ stoffolie verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat durch Abscheiden eines Metalls auf einem Träger hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Kupfer oder Edelstahl verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht hoher Reflektivität durch Vergolden hergestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Vergolden eine dielektrische Schicht zur Erhöhung des Reflexions­ grads auf die Goldschicht aufgebracht wird.

7. Infrarot-Lichtleiter mit einem Substrat, das mit einer Schicht hoher Reflektivität im Infrarotbereich beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Infrarot-Lichtleiter ein aus dem beschichteten Substrat gebogenes Röhr­ chen ist.

8. Infrarot-Lichtleiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Metallblech, eine Metallfolie oder eine metallisierte Kunst­ stoffolie ist.

9. Infrarot-Lichtleiter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Kupfer oder Edelstahl ist.

10. Infrarot-Lichtleiter nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht hoher Reflektivität aus Gold besteht.

11. Infrarot-Lichtleiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Goldschicht eine dielektrische Schicht zur Erhöhung des Reflexions­ grads aufgebracht ist.

12. Infrarot-Strahlungsthermometer mit einem Lichtleiter nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche.