一種低溫大面源黑體輻射源的製作方法

2023-06-25 08:21:56 1

專利名稱：一種低溫大面源黑體輻射源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種低溫大面源黑體輻射源，用於遙感儀器的紅外定標。
背景技術：
目前，國內外常用的面源黑體輻射源採用平板形、微螺紋槽、平行V形槽、薄壁蜂 窩狀、同心V形槽等形狀作黑體輻射面。有些結構製作工藝複雜，如蜂窩狀面，蜂窩壁上下 溫差大，嚴重影響輻射面的溫度均勻性，表面噴塗較為困難，易造成塗黑層厚薄不勻，影響 黑體的光譜特性。這類黑體大部分溫度範圍不寬，有效輻射面較小，並且不帶降溫傳熱裝 置，不適宜在冷背景高真空環境條件下對遙感儀器進行紅外輻射定標。
發明內容本實用新型的目的是提供一種大輻射面，高有效發射率且能適應低溫高真空特殊 使用環境的黑體輻射源。為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是提供了一種低溫大面源黑體輻射 源，包括輻射體，輻射體設於輻射體框架內，輻射體與輻射體框架之間的固定端通過絕熱裝 置隔熱，在輻射體的輻射面上設有面罩，在輻射體的背面設有輻射體後蓋，其特徵在於，輻 射體的輻射面表面經發黑和噴塗黑漆處理，銅辮通過壓板設於輻射體的兩側，在輻射體的 背後開有槽溝，在輻射體內的中心位置設有鉬電阻，在輻射體內設有十三對熱電偶，鉬電阻 與熱電偶連接用以加熱輻射體的加熱控溫測溫電路，輻射體包括鋁基體，在鋁基體的表面 形成有相間的黑體輻射腔。本實用新型的輻射面表面經發黑和噴塗黑漆處理，保證輻射面有很高的發射率； 在黑體輻射面上形成了一個個相間的小的黑體輻射腔，產生了微腔效應，大大提高了黑體 輻射面的有效發射率；通過加熱控溫測溫電路可以對本實用新型的溫度進行控制；當應用 於低溫冷背景和真空環境時，將降溫熱傳導裝置與真空罐熱沉連接，可獲得理想的深低溫。本實用新型的控溫測溫裝置為鉬電阻四線制輸入，輸出為4 20mA，溫度解析度 為0. oorc，控溫精度為士0. 03°C，溫度穩定性十分理想，加熱電源採用變壓器隔離供電， 配用全隔離單相橋式全控整流模塊，加熱電壓由裝置前電壓表指示；多路溫度巡檢儀由連 接電纜輸入十三路熱電偶的電勢值，對輻射面溫場進行監測。裝置還配有RS232接口，可與 計算機連接，進行數據傳輸，並由前面板發光管顯示通訊狀態。本實用新型基於黑體輻射原理及史蒂芬_玻爾茲曼定律，其優點是有效輻射面 大，為650X650mm2，輻射面加工成許多正方錐微型槽，輻射面採用發黑和噴塗黑漆處理處 理，有效發射率高達0. 985以上，控溫測溫精度高，溫度穩定性和均勻性好，配以銅辮降溫， 最低可達180K以下，可滿足冷背景、高真空特殊使用環境下大視場紅外儀器的輻射定標。

圖1為本實用新型提供的一種低溫大面源黑體輻射源的結構圖；[0009]圖2為本實用新型的輻射體的立體示意圖；圖3為本實用新型的電路圖。
具體實施方式
以下結合實施例來具體說明本實用新型。實施例如圖1所示，為本實用新型提供的一種低溫大面源黑體輻射源，包括輻射體1、保 護罩2、輻射體框架3、上蓋板4、面罩5、墊條6、雙螺紋套7、銅辮8、第一隔溫墊9、隔溫套 10、第二隔溫墊11、墊塊12、輻射體後蓋13、熱電偶冷端14、手柄15、側板16、下蓋板17、底 腳18及壓板19。輻射體1安裝在輻射體框架3內，之間用螺絲固定，固定端用絕熱裝置隔熱，使輻 射體不能與安裝支架進行熱交換。如圖1所示，隔熱裝置為第一隔溫墊9、隔溫套10及第二 隔溫墊U。在輻射體1的輻射面上設有面罩5，在輻射體1的背面設有輻射體後蓋13，最後 輻射體框架3的上下端分別用上蓋板4及下蓋板17蓋住。輻射體1的輻射面表面經發黑和噴塗黑漆處理，保證輻射面有很高的發射率，銅 辮8通過壓板19設於輻射體1的兩側，以達到降溫的目的。在輻射體1的背後開有若干槽 溝，用來埋置加熱絲，加熱絲採用非均勻繞制方法，以獲得良好的輻射面溫度均勻性。在輻 射體1中心位置放置2支標準的PT1000鉬電阻，一支用來控溫，另一支用來測溫，通過電 纜座直接引出至數字電壓表電阻檔(四線制)，測量輻射體的溫度，由輻射體側面的孔內插 入，並加以固定。在輻射體1背面不同位置放置十三對熱電偶，由輻射體側孔放入，不同的 側孔位置和深度反應熱電偶所處的不同位置，用以監測輻射面的均勻程度。鉬電阻與熱電偶連接用以加熱輻射體1的加熱控溫測溫電路。如圖2所示，輻射體1採用導熱良好的LY-12純鋁材料加工而成，在鋁塊上加工有 多個有序排列的深為25mm且頂角為14°的正方錐體，該錐體的底邊尺寸為7. 6mmX 7. 6mm, 底部夾角為53. 13°，在輻射體1的輻射面上形成了一個個相間的小黑體輻射腔，產生了微 腔效應，大大提高了黑體輻射面的有效發射率。輻射體1的輻射面表面經發黑和噴塗黑漆 處理，保證輻射面有很高的發射率。如圖3所示，為本實用新型的電路圖，加熱控溫測溫電路包括加熱控溫電路及巡 檢電路，220V電源經電源開關及保險絲分別與加熱控溫電路及巡檢電路相連。如圖3所示，加熱控溫電路包括一個20Pin的控溫儀接線端子及電源變壓器，220V 電源經電源開關及保險絲後分別與電源變壓器的初級、軸流風機、同步變壓器的初級及開 關電源相連，220V電源還連接控溫儀接線端子的第19引腳及第20引腳。220V電源通過開 關電源變換為+5V供接口使用。同步變壓器的初級連接軸流風機，電源變壓器的次級通過 第二電源開關接入全控整流模塊。全控整流模塊的型號為DQZ-220D15，電源變壓器的次級 接入全控整流模塊的第1及第2引腳。同步變壓器的次級直接接入全控整流模塊，與該模 塊的第5及第6引腳相連。在全控整流模塊的第3及第4引腳上分別連接有扼流器和加熱 絲，加熱絲設於槽溝內，在加熱絲上並聯電容和電壓表。全控整流模塊的COM端連接控溫儀 接線端子的第6及第7引腳，控溫儀接線端子的第8、第9及第10引腳連接第一 RS232 口的 Tx端、Rx端及COM端。在第一 RS232 口的Tx埠與COM埠之間及第一 RS232 口的Rx埠與COM埠之間分別連接有一個發光二極體電路。鉬電阻與控溫儀接線端子的第1、第 2、第3及第4引腳相連。巡檢電路包括24Pin的巡檢儀接線端子，十三對熱電偶與巡檢儀接線端子的第1 至第15引腳相連，十三對熱電偶的公共端接入第17引腳。第二 RS232 口的Rx埠與巡檢 儀接線端子的第19引腳相連，第二 RS232 口的Tx埠通過第一二極體Kl分別連接巡檢儀 接線端子的第20引腳及第一電阻R1，第一電阻Rl連接三極體的基極，第二 RS232 口的COM 埠分別連接巡檢儀接線端子的第18引腳及三極體的射極，在三極體的基極與射極之間 跨接並聯的第二電阻R2及第二二極體K2，在三極體的集電極上連接有串聯的發光二極體 K3及第三電阻R3。20Pin的控溫儀接線端子及24Pin的巡檢儀接線端子安裝在框架的背後下方，一 個用來控溫，另一個用來監測輻射面的溫度。兩接線端子通過連接電纜分別和高精度控溫 測溫儀及多路溫度巡檢儀連接，由高精度控溫測溫儀對輻射體1進行控溫和測溫，由多路 溫度巡檢儀對輻射體1的輻射面溫場分布進行監測。並可以通過第一 RS232 口及第二 RS232 口連接電腦，進行數據傳輸，並由發光二極體顯示通訊狀態。
權利要求一種低溫大面源黑體輻射源，包括輻射體(1)，輻射體(1)設於輻射體框架(3)內，輻射體(1)與輻射體框架(3)之間的固定端通過絕熱裝置隔熱，在輻射體(1)的輻射面上設有面罩(5)，在輻射體(1)的背面設有輻射體後蓋(13)，其特徵在於，輻射體(1)的輻射面表面經發黑和噴塗黑漆處理，銅辮(8)通過壓板(19)設於輻射體(1)的兩側，在輻射體(1)的背後開有槽溝，在輻射體(1)內的中心位置設有鉑電阻，在輻射體(1)內設有十三對熱電偶，鉑電阻與熱電偶連接用以加熱輻射體(1)的加熱控溫測溫電路，輻射體(1)包括鋁基體，在鋁基體的表面形成有相間的黑體輻射腔。
2.如權利要求1所述的一種低溫大面源黑體輻射源，其特徵在於，所述黑體輻射腔為 正方錐體。
3.如權利要求2所述的一種低溫大面源黑體輻射源，其特徵在於，所述正方錐體深 25_，頂角為14°，底部尺寸為7. 6_X7. 6_，底部夾角為53. 13°。
4.如權利要求1所述的一種低溫大面源黑體輻射源，其特徵在於，所述加熱控溫測溫 電路包括加熱控溫電路及巡檢電路，220V電源經電源開關及保險絲分別與加熱控溫電路及 巡檢電路相連。
5.如權利要求4所述的一種低溫大面源黑體輻射源，其特徵在於，所述加熱控溫電路 包括電源變壓器，220V電源經電源開關及保險絲後分別與電源變壓器的初級、軸流風機、同 步變壓器的初級及開關電源相連，同步變壓器的初級連接軸流風機，電源變壓器的次級通 過第二電源開關接入全控整流模塊，同步變壓器的次級直接接入全控整流模塊，在全控整 流模塊上連接有扼流器和加熱絲，加熱絲設於所述槽溝內，在加熱絲上並聯電容和電壓表， 全控整流模塊的COM端通過控溫儀接線端子連接第一 RS232 口，在第一 RS232 口的Tx埠 與COM埠之間及第一 RS232 口的Rx埠與COM埠之間分別連接有一個發光二極體電 路，所述鉬電阻與控溫儀接線端子相連。
6.如權利要求4所述的一種低溫大面源黑體輻射源，其特徵在於，所述巡檢電路包括 巡檢儀接線端子，所述十三對熱電偶與巡檢儀接線端子相連，第二 RS232 口的Rx埠與巡 檢儀接線端子相連，第二 RS232 口的Tx埠通過第一二極體Kl分別連接巡檢儀接線端子 及第一電阻R1，第一電阻Rl連接三極體的基極，第二 RS232 口的COM埠分別連接巡檢儀 接線端子及三極體的射極，在三極體的基極與射極之間跨接並聯的第二電阻R2及第二二 極管K2，在三極體的集電極上連接有串聯的發光二極體K3及第三電阻R3。
專利摘要本實用新型提供了一種低溫大面源黑體輻射源，包括輻射體，輻射體與輻射體框架之間的固定端通過絕熱裝置隔熱，在輻射體的背面設有輻射體後蓋，其特徵在於，輻射體的輻射面表面經發黑和噴塗黑漆處理，銅辮通過壓板設於輻射體的兩側，在輻射體的背後開有槽溝，在輻射體內的中心位置設有鉑電阻，在輻射體內設有十三對熱電偶，鉑電阻與熱電偶連接用以加熱輻射體的加熱控溫測溫電路，輻射體包括鋁基體，在鋁基體的表面形成有相間的黑體輻射腔。本實用新型的優點是有效輻射面大，有效發射率高達0.985以上，控溫測溫精度高，溫度穩定性和均勻性好，可滿足冷背景、高真空特殊使用環境下大視場紅外儀器的輻射定標。
文檔編號G05D23/22GK201700016SQ20102015608
公開日2011年1月5日 申請日期2010年4月12日 優先權日2010年4月12日
發明者李文書 申請人:上海福源光電技術有限公司