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Vorrichtung zur Bestimmung der an einem Körper diffus in den Halbraum
reflektierten Strahlung in beliebigen optischen Spektralbereichen Die Kennzeichnung
des Rüclcstrahlvermögens diffus reflektierender Substanzen, wie Lacke, Farbanstriche,
Gewebe usw., erfordern neben derKenntnis der Winkelabhängigkeit der Reflexion bei
gegebenem Einfallswinkel, des sogenannten Teilreflexionsvermögens, vor allem die
Kenntnis der Albedo, d. h. der in den Hohlraum insgesamt diffus reflektierten Strahlung
(vgl. M ü 11 e r - Po u i 11 e t s Lehrbuch der Physik, II. Auflage, 2. Band, 2.
Hälfte, I. Teil, S. II23). Im Bereich der Wellenlängen von etwa 200 bis 1200 m,a
wird die Albedo einer Substanz üblicherweise durch Vergleich mit einer Substanz
bekannten Rückstrahlvermögens (Standard) in einer Ulbrichtschen Kugel bestimmt,
wobei diese die Integration der reflektierten Strahlung über den Hohlraum übernimmt.
Die tbertragung dieser Methode auf noch längere Wellen, also den eigentlichen Ultrarotbereich,
scheitert daran, daß die üblichen, möglichst ideal diffus und stark reflektierenden
Auskleidungen der Ulbrichtkugel im Ultrarotbereich unbrauchbar sind, weil ihre Albedo
als Funktion. der Wellenlänge teils ausgeprägte Maxima und Minima zeigt, teils sehr
schnell kleine Werte annimmt. Zwar scheint sandgestrahltes Aluminium ein in dieser
Hinsicht geeignetes Material darzustellen, jedoch liegen darüber noch keine ausführlichen
Erfahrungen vor.
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Anderseits wird in Ulbrichtschen Kugeln im diffusen Strahlungsstrom
gemessen; dafür brauchbare Empfänger müssen also bei großer Fläche eine so hohe
Wirksamkeit besitzen, wie sie von Empfängern, die für den Ultrarotbereich geeignet
sind,
bei weitem nicht erreicht wird. Als Ausweg bleibt daher nur,
vom Prinzip der Ulbrichtschen Kugel abzugeben und einen Hohlraumintegrator mit anderer
Wirkungsweise in Verbindung mit der Herstellung einer die Energieflächendichte der
Strahlung stark erhöhenden optischen Abbildung auf den Strahlungsempfänger anzustreben.
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Bei dem bekannten, aus einer innen verspiegelten hohlen Halbkugel
bestehenden Integrator befinden sich Probe und Empfänger in zwei bezüglich der Kugelinnenfläche
konjugierten Punkten in der Nähe, aber auf verschiedenen Seiten des Kugelmittelpunktes
und fällt die Strahlung durch ein kleines Loch in der Kugelwand auf die Probe.
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Diese Anordnung ist mit erheblichen sphärischen Aberrationen in der
optischen Abbildung der Probe auf den Empfänger durch die an der Probe diffus in
den Hohlraum reflektierte Strahlung behaftet.
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Diese Aberrationen sind so groß, daß im allgemeinen nur Proben gleicher
oder ähnlicher Winkelverteilung der diffusen Reflexion miteinander verglichen werden
können.
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Es sind ferner Anordnungen zur Strarhlungsmessung bekannt, bei denen
in Zylindern mit elliptischem Querschnitt ein Teil der zur Anregung erforderlichen
Strahlungsquelle in einem Brennpunkt des elliptischen Querschnitts untergebracht
ist und bei denen im anderen Brennpunkt dieses Querschnittes ein Teil des Streustrahlers
angeordnet ist.
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Diese Anordnungen haben den Nachteil, daß bei ihnen zur optischen
Abbildung eines Linienelements in ein zugeordnetes Linienelement nur jeweils in
einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse verlaufende Strahlen benutzbar sind und
die gegen diese Ebene geneigten Strahlen hierfür nicht verwandt werden können. Diese
Anordnungen sind zur Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe
nicht geeignet.
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In der erfindungsgemäßen Anordnung werden diese Nachteile vermieden,
indem an Stelle des hohlen, innen verspiegelten Halbkugelintegrators ein innen verspiegeltes
hohl es Halb ellipsoid verwendet wird, das in der Halbierungsschnittebene durch
eine Platte für die Aufnahme von Probe und Strahlungsempfänger abgedeckt ist und
in dessen einem Brennpunkt die Probe der zu untersuchenden Substanz angeordnet ist,
auf die Strahlung einer gewünschten Wellenlänge durch eine im Vergleich zur Gesamtfläche
des Holhlellipsoids vernachlässigbar -kleine Öffnung fällt, und in dessen anderem
Brennpunkt sich ein Strahlungsempfänger befindet, in dem alle in den Hohlraum diffus
reflek tierte Strahlung gesammelt wird. In seinerFlächenausdehnung muß dieser Strahlungsempfänger
mindestens dem entstehenden Bild einschließlich der kleinen unvermeidbaren Aberrationen
entsprechen.
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Durch geeignete Halterung des Empfängers kann man erreichen, daß er
aus jederRichtung des Hohlraums Strahlung ohne Abschirmung erhält. Die Probe der
zu untersuchenden Substanz ordnet man gegen andere Proben oder die Standardsubstanz
leicht und schnell auswechselbar, beispielsweise durchUnterlaringung in einerSteckfassung
od. dgl., an. Im Prinzip ist jedes in geeigneter Weise geschnittene und innen auf
irgendeine Weise verspiegelte Hohlellipsoid als Halbellipsoidintegrator brauchbar.
Mit llücksicht auf die leichtere Herstelibarkeit ist es jedoch zweckmäßig, ein durch
Rotation einer Ellipse geeigneter Exzentrizität um eine ihrer Achsen entstandenes
Ellipsoid zu verwenden. Dieses wird durch einen Meridianschnitt halbiert und in
der Schnittebene durch eine Platte aus beliebigem Material abgedeckt, die an den
Orten der Brennpunkte des Ellipsoids Bohrungen genügender Größe zur Aufnahme von
Probe und Strahlungsempfänger in definierter, reproduzierbarer Lage enthält.
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Die Herstellung von elliptischen Hohlspiegeln der benötigten Dimensionen
nach dem optischen Schleifverfahren ist langwierig und kostspielig. Es wird daher
die Verwendung eines halben hohlen Rotationsellipsoides aus einem thermoplastischen
Kunststoff vorgeschlagen, dessen Herstellung im Preß-, Tiefzieh-.oder Gußverfahren
in oder über einer genau gearbeiteten und dem gewählten Verfahren angepaßten hochpolierten
Form des halben Rotationsellipsoids erfolgen kann. Das so hergestellte Halbellipsoid
wird anschließend verspiegelt. Die optische Güte dieser Hohlellipsoide erreicht
zwar nicht diejenige von nach den Regeln der Feinoptik aus Glas usw. geschliffenen,
übertrifft jedoch den Halbkugelintegrator beträchtlich.
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Mit dem beschriebenen Integrator kann man nicht nur die diffus reflektierte
Gesamtstrahlung, sondern ebenso auch die diffuse-Durchlässigkeit von Stoffen der
eingangs erwähnten Art messen. Zu diesem Zweck läßt man die Strahlung nicht durch
das Loch in der verspiegelten Wand innehalb des Hohlellipsoids, sondern von außen
auf die für den Strahlengang allseits durchlässig angeordnete Probe fallen und mißt
die im Empfängerbreunpunkt gesammelte Strahlungsenergie. In der Figur ist das hohle,
innen verspiegelte Halbellipsoid A mit der in dem einen Brennpunkt B angeordneten
Probe und dem im anderen Brennpunkt C befindlichen Strahlungsempfänger schematisch
dargestellt. Durch den AustrittsspaltD eines Monochromators fällt Strahlung einer
gewünschten Wellenlänge über einen Planspiegel E auf den Hohlspiegel F und von da
durch eine Öffnung G des Hohlellipsoids auf die in B angeordnete Probe. Die von
ihr diffus reflektierte Strahlung wird in dem in C befindlichen Strahlungsempfänger
gesammelt und bestimmt.
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Für die Messung der diffusen Durchlässigkeit der Probe für die von
dem Monochromator ausgehende Strahlung bringt man den Planspiegel E in die gestrichelt
angedeutete Lage, wodurch die Strahlung auf den Hohlspiegel F' und von da, die Probe
durchdringend, auf die verspiegelte Wand des Hohlellipsoids fällt. Ihre Messung
erfolgt wiederum in dem in C angeordneten Strahlungsempfänger.