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Verfahren zur Farbtemperaturmessung mit Vergleich zweier Lichtfelder
gleicher Farbe bei Erzeugung des einen Lichtfeldes durch Lumineszenzstrahlung
Es
ist bekannt, zum Zwecke der Farbpyrometrie zwei Spektralgebiete der zu messenden
Strahlung derart miteinander zu photometrieren, daß ein langwelliger Spektralanteil
der Strahlung, beispielsweise im roten Gebiet des Spektrums, mit einem kurzwelligen
Gebiet verglichen wird, welches durch Fluoreszenz in das Wellenlängengebiet des
roten Lichtes transformiert wird. Damit erreicht man eine Photometrierarbeit heterochromer
Lichter nach monochromatischem Verfahren. Ein Vorteil dieser Farbpyrometer ist die
Benutzbarkeit auch durch Beobachter mit anomalem Farbsehvermögen. Bei der Verwirklichung
derartiger Farbpyrometer auf der Basis der Fluoreszenz haben sich jedoch erhebliche
Schwierigkeiten ergeben, die der praktischen Verwirklichung entgegenstehen. Es finden
sich fluoreszierende Stoffe nur für das kurzwellige Gebiet des Spektrums, welches
in der Strahlung technischer Strahler verhältnismäßig lichtschwach vertreten ist.
Die Transformation des kurzwelligen Strahlungsanteils ist auf eine verhältnismäßig
geringe Änderung der Wellenlängen von anregender und emittierter Strahlung beschränkt,
weil das vom Fluoreszenzkörper emittierte Licht nicht wesentlich langwelliger sein
darf, als dem Maximum der Augenempfindlichkeit bei etwa 550 m entspricht. Die Farbtemperaturempfindlichkeit
ist jedoch ziemlich genau proportional dem Wellenlängenabstand der beiden ursprünglichen
zu vergleichenden Lichter.
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Als besonders nachteilig hat sich ergeben, daß die Messung empfindlich
von der Konstanz des Wir-
kungsgrades der Lichttransformation (Ouantenausbeute)
abhängt und daß diese Konstanz nicht zu erreichen ist.
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Gemäß der Erfindung besteht jedoch die Möglichkeit, bei Anwendung
von phosphoreszierenden Körpern unabhängig von der Konstanz der Quantenausbeute
bei variabler Intensität, Temperatur und etwaigen Alterungseinflüssen exakte Farhtemperaturmessungen
durchzuführen.
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Bei diesen Phosphoren wird das Licht nach Beleuchtung mit langwelligem
Licht teils beschleunigt ausgestrahlt, teils durch Tilgung vernichtet. Es stellt
sich demnach bei Erregung des Phosphors mit einem breiten Spektralgebiet ein Gleichgewicht
der ausgestrahlten Intensität ein, das vom Verhältnis der eingestrahlten Intensität
des kurzwelligen, vorzugsweise erregenden, zu dem langwelligen, tilgenden Licht
abhängt. Damit ist die Intensität des vom Phosphor ausgestrahlten Lichtes eine reine
Funktion der Farbtemperatur des eingestrahlten Lichtes.
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Dieses emittierte Licht wird photometriert mit Licht gleicher Wellenlänge,
das nur durch das kurzwellige Licht angeregt ist und daher keine Tilgung aufweist.
Auf diese Weise erreicht man, da die beiden zu vergleichenden Phosphoren den gleichen
Bedingungen hinsichtlich der Anregung, der Temperatur, der Quantenausbeute und etwaiger
Alterung unterworfen sind, bei gegebener Farbtemperatur die notwendige Gleichheit
der Lichtintensität der zu photometrierenden Lichtfelder. Die unterschiedliche Bestrahlung
der beiden zu photometrierenden phosphoreszierenden L ichtfelder erreicht man durch
das Einschalten von zwei Farbfiltern, die fiir das eine Feld nur die erregende,
kurzwellige Strahlung, für das Vergleichsfeld dagegen auch langwellige, tilgende
Strahlung zulassen. Beobachtet werden beide Felder unter Zwischenschaltung eines
Farbfilters, das nur die emittierte, langwellige Strahlung durchläßt in direkter
Durchsicht. Das an sich hellere Lichtfeld wird durch einen verstellbaren Graukeil
auf die Helligkeit des anderen abgeschwächt.
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Ein zweiter, durch die Erfindung gegebener Vorteil ist die Anwendbarkeit
eines Lichtes von wesentlich größerem Wellenlängenunterschied gegenüber dem erregenden
Licht für die Tilgung der emittierten Strahlung, wodurch eine ganz außerordentliche
Steigerung der Farbtemperaturempfindlichkeit erreicht wird. Während man nach dem
bekannten Verfahren praktisch höchstens eine Transformation des zu photometrierenden
Lichtes um 100 m,*4 vornehmen kann, gelingt es nach dem Verfahren gemäß der Erfindung,
durch Anwendung löschender Ultrarotstrahlung ohne Schwierigkeit einen Wellenlängenabstand'von
iooo bis Isoom,*e zwischen erregendem und löschendem Licht zu benutzen. Die Farbtemperaturempfindlichkeit
steigt damit auf den lffachen Wert. Außerdem ist von Vorteil, daß die Transformation
des erregenden Lichtes aus Gründen der Empfindlichkeit nicht mehr in einen möglichst
großen Betrag in das langwellige Gehiet hinein erfolgen muß, sondern daR sie in
das Gebiet höchster .4ugenempfindlichkeit im gell,grünen Teil des Spektrums gelegt
werden kann.
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Man kann an Stelle der Tilgungswirkung des langwelligen Lichtes auch
die Ausleuchtung des Fluoreszenzstrahlers für das Farbpyromeer anwenden; während
man in dem ersten Fall zweckmäßig ein Gleichgewicht zwischen dem eingestrahlten
und dem emittierten Licht abwartet, das sich bei Dauerbestrahlung einstellt, arbeitet
man nach dem zweiten Verfahren zweckmäßig mit der Fluoreszenzstrahlung, die sich
kurz nach Abstellung des erregenden Lichtes ergibt. Dies hat u. a. den Vorteil gegenüber
der ersten Methode, daß die Fluoreszenzstrahlung nicht beim Photometrieren geschwächt
werden muß, um auf die Helligkeit des Vergleichsfeldes zu gelangen. Um stationäre
Photometerfelder zu erhalten, wird bei dem zweiten Verfahren zweckmäßig das Fluoreskop
von Becquerel benutzt.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Ausleuchtverfahrens der Erfindung schematisch dargestellt worden.
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In Fig. I ist das Farbpyrometer gezeigt, während Fig. 2 die innerhalb
des Pyrometers angeordneten Filter zeigt.
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Ein durch ein Uhrwerk 1 in Umdrehung gesetzter Kreisring 2 aus durchsichtigem
Stoff trägt den Phosphor. Der Kreisring ist auf einer Hohlachse 2' gelagert. Der
Phosphor wird dem Strahler, dessen Farbtemperatur gemessen werden soll, ausgesetzt.
Die Strahlung wird jedoch durch ein sektorförmiges Filter 3 von der langwelligen
Strahlung, als der Erregerbande entspricht,bofreit. Ein schwarz ausgelegter Sektor
3' vor dem rotierenden Kreisring 2 gestattet, die emittierte Strahlung des Phosphors
ohne Störung durch die Anregungsstrahlung durch das Okular 4 wahrzunehmen. Er ist
okularseitig verspiegelt, damit; auch die objektivseitig abgestrahlte Emissionsstrahlung
noch für die Messung ausgenutzt wird. Durch Verdrehen der Filterscheibe mit dem
Sektor 3 erreicht man, daß das emittierte Licht mit einer einstellbaren Phasenverzögerung
gegenüber dem Zeitpunkt, an dem die Belichtung des rotierenden Kreisringes 2 aufhört,
in das Okular gelangt. Die Schwenkung der Filterscheibe 3 mit dem Sektor 3' wird
mittels der Kordelschraube 11 vorgenommen. Ein an den schwarzen Sektor angrenzender
Sektorausschnitt 5 des Filters bewirkt, daß der rotierende Kreisring an diesem Ausbruch
durch das langwellige, insbesondere ultrarote Licht ausgeleuchtet wird.
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Statt dieses Filterausbruchs, der sämtliche Strahlung auf den Phosphor
halten läßt, kann an dieser Stelle auch ein Filter verwendet werden, das neben den
erregenden Wellenlängen nur das äußerst langwellige Ultrarot durchläßt, wodurch
die Farbtemperaturempfindlichkeit gegenüber dem ersten Fall, in dem auch das dazwischenliegende
Spektralgebiet die Ausleuchtung bewirkt, erheblich verbessert wird. Infolge dieser
Bestrahlung mit langwelligem Licht erfährt der Phosphor an dieser Stelle eine Ausleuchtung,
d. h. seine insgesamt eingestrahlte Lichtmenge wird nach Maßgabe des Ultrarotgehaltes
der Strahlung mehr oder weniger
hescllle unigt al>gestrahlt.
tufänglich ist daher die ausgeleuchtete Stelle auf dcm rotierenden Kreisring heller
als die durch das Filter geschützte. Je nach dem Ausleuchtungsgrad, d. h. dem relativen
Ultrarotgehalt der Strahlung, fällt die Intensität der ausgeleuchteten Zonen mehr
oder minder schnell unter den Wert der nicht ausgeleuchteten Zonen, der wesentlich
langsamer mit zunehmendem Zeitabstand von der Verdunklungskante in seiner Intensität
abfällt. Verdreht man daher das Filter mit dem schwarz ausgelegten Sektor 3, so
gelangt die Stelle der rotierenden Scheibe, bei der die ausgeleuchtete und die nicht
ausgeleuchtete Phosphoreszenzstrahlung gleich hell sind, durch das Gesichtsfeld
des Okulars. I)er Drehwinkel ist ein Maß für das Verhältnis der Intensität der erregenden
Strahlung kurzer Wellenlänge zu der Intensität der beispielsweise ultraroten Ausleuchtungsstrahlung
und daher ein Maß für die Farbtemperatur.
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Sie kann von einem feststehenden Zeiger 6 auf einer mit der Sektorscheibe
3 verbundenen Skala 7 abgelesen werden. Um die starke Änderung der Intensität mit
veränderlicher schwarzer Temperatur des Strahlers nicht auf den Phosphor wirken
zu lassen, empfiehlt es sich, mit der Verdrehung des Sektors 3, d. h. in Abhängigkeit
von der Farbtemperatur, eine veränderliche Blende zu bewegen, am einfachsten durch
Anordnung zweier t8o0-Sektoren, die gegeneinander verdrehbar eine Veränderung der
Offnung von o bis I800 zulassen. Mittels einer ringförmigen Zylinderlinse 8 erzielt
man eine Konzentrierung der Erregungsstrahlung 9 auf dem kreisringförmigen rotierenden
Lumineszenzschirm. Zweckmäßig wird koaxial zur rotierenden Fläche ein Visierrohr
Io angeordnet, das nach dem Anvisieren durch irgendeine \'orrichtung geschlossen
oder veränderlich ahgeschwächt werden kann, um eine Blendung des Auges während des
Photometrierens zu vermeiden.
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PATl'NTANSPRt;C.HE: I. Verfahren zur Farl)temperaturmessung mit Vergleich
zweier I,ichtfelder gleicher Farbe bei Erzeugung des einen Lichtfeldes durch Lumineszenzstrahlung,
dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Lichtfeld aus einer durch Beeinflussung mittels
einer langwelligen Strahlung der gleichen Strahlungsquelle veränderten Lumineszenzstrahlung
besteht.