CN106092324A - 一种用于低温面源黑体的防结霜装置 - Google Patents

一种用于低温面源黑体的防结霜装置 Download PDF

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雷浩
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陈伟力
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Abstract

公开了一种用于低温面源黑体的防结霜装置，包括：气体导管、冷却单元、温度传感器和控制单元。采用气体吹扫黑体辐射面表面形成气幕，能够阻止黑体辐射面与周围空气接触，防止周围空气中的水汽在黑体辐射面表面结霜；采用冷却单元冷却气体导管中的吹扫气体，一方面能够避免吹扫气体温度过高或过低对黑体辐射面均匀性、稳定性的影响，另一方面能够去除吹扫气体中的水汽，防止吹扫气体中的水汽在黑体表面结霜。根据本发明的防结霜装置，能够提高红外热像仪测量结果的准确性。

Description

一种用于低温面源黑体的防结霜装置
技术领域
本发明涉及光学特性技术领域，尤其涉及一种用于低温面源黑体的防结霜装置。
背景技术
以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。
随着红外热像仪、光谱仪等测量设备的广泛应用，用于此类设备的标定的设备黑体必不可少。根据热像仪和光谱仪等测量设备的测试目标，红外标定使用的黑体温度段也不同。随着海天背景等低温目标的测试，零摄氏度以下温度区间的标定需求量不断增加。由于标定黑体设备暴露在空气中使用，在进行零摄氏度以下标定实验时，由于空气和黑体辐射面的温度差别较大，导致空气中的水蒸气冷凝到黑体表面，形成结霜，使热像仪响应受霜的影响很大，测量结果的准确性受到质疑，不能作为红外设备的定标溯源依据。
目前防止结霜对标定影响采用的办法：
1)真空环境标定，为防止结霜低温黑体放置于真空罐中，红外设备放置在罐外，通过窗口观测。优点，真空环境没有水汽等影响，缺点，标定过程复杂，成本高，标定结果还会受到窗口等因素影响。
2)使用低温黑体，使用干燥惰性气体吹扫黑体辐射面表面，形成气幕，阻止空气靠近辐射面，水汽凝结。优点，相比真空标定此过程简化，及成本稍低。缺点，使用的干燥惰性气体温度与室温接近，直接吹扫会影响辐射面低温时的均匀性、稳定性，势必干扰红外设备的响应值。
因此需要找到一种简单有效的辐射面防结霜装置。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于低温面源黑体的防结霜装置，能够避免吹扫气体温度过高对辐射面均匀性、稳定性的影响，防止吹扫气体中的水蒸气冷凝到黑体表面形成结霜，提高红外热像仪测量结果的准确性。
根据本发明的用于低温面源黑体的防结霜装置，包括：气体导管、冷却单元、温度传感器和控制单元；其中，
气体导管的进气端设置有与气源连通的进气孔，气体导管的出气端穿过冷却单元并伸出至黑体辐射面的上端；气体导管的出气端沿着气体流动方向设置至少一个气体喷嘴，气体喷嘴位于黑体辐射面的上端；温度传感器设置在气体导管内，用于采集经冷却单元冷却后的气体的温度值，并发送给控制单元；冷却单元上设置有冷凝水排放孔，空气中的水分经冷却单元冷凝后从所述冷凝水排放孔排出；控制单元接收温度传感器发送的温度值，基于黑体表面的辐射温度值以及温度值控制冷却单元的冷却功率。
优选地，气源为空气，气体导管的进气孔与空气直接连通。
优选地，气体导管出气端的内部通道的横截面面积沿着气体流动方向逐渐减小。
优选地，气体导管出气端的内部通道为圆台形结构，圆台形结构的中心对称轴与气体流动方向平行，圆台形结构的横截面面积沿着气体流动方向逐渐减小。
优选地，气体导管出气端的内部通道为阶梯形圆柱结构，阶梯形圆柱结构的中心对称轴与气体流动方向平行，同一阶梯处的阶梯形圆柱结构的横截面积相等，相邻两个阶梯处的阶梯形圆柱结构的横截面面积沿着气体流动方向减小。
优选地，气体导管的每个气体喷嘴的喷气量相等。
优选地，控制单元根据接收的温度值和黑体表面的辐射温度值查询预设的映射关系，确定冷却功率值；基于冷却功率值控制冷却单元的冷却功率。
优选地，当温度传感器发送的温度值与黑体表面的辐射温度值之间的差值不大于设于的温度误差时，冷却单元的冷却功率维持不变；当温度传感器发送的温度值与黑体表面的辐射温度值之间的差值大于设于的温度误差时，控制单元根据黑体表面的辐射温度值以及温度传感器发送的温度值调整冷却单元的冷却功率。
根据本发明的用于低温面源黑体的防结霜装置，包括：气体导管、冷却单元、温度传感器和控制单元。采用气体吹扫黑体辐射面表面形成气幕，能够阻止黑体辐射面与周围空气接触，防止周围空气中的水汽在黑体辐射面表面结霜；采用冷却单元冷却气体导管中的吹扫气体，一方面能够避免吹扫气体温度过高或过低对黑体辐射面均匀性、稳定性的影响，另一方面能够去除吹扫气体中的水汽，防止吹扫气体中的水汽在黑体表面结霜。根据本发明的防结霜装置，能够提高红外热像仪测量结果的准确性。
附图说明
通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：
图1是示出根据本发明的用于低温面源黑体的防结霜装置的示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。
参见图1，根据本发明的用于低温面源黑体的防结霜装置，包括：气体导管8、冷却单元4、温度传感器3和控制单元5。其中，气体导管8的进气端设置有与气源连通的进气孔6，气体导管8的出气端穿过冷却单元4并伸出至黑体辐射面1的上端；气体导管8的出气端沿着气体流动方向设置至少一个气体喷嘴2，气体喷嘴2位于黑体辐射面1的上端；温度传感器3设置在气体导管8内，用于采集经冷却单元4冷却后的气体的温度值，并发送给控制单元5；冷却单元上设置有冷凝水排放孔7，空气中的水分经冷却单元4冷凝后从冷凝水排放孔7排出；控制单元5接收温度传感器3发送的温度值，基于黑体表面的辐射温度值以及温度传感器3发送的温度值控制冷却单元4的冷却功率。
本发明采用气体吹扫黑体辐射面表面，在黑体辐射面1的表面形成气幕，能够阻止黑体辐射面与周围空气接触，防止周围空气中的水汽在黑体辐射面表面结霜。若吹扫气体的温度与黑体辐射面1的表面温度不同，直接吹扫会造成黑体辐射面1表面的温度不均匀、不稳定，使得红外热像仪的测量结果的准确性较差。本发明采用冷却单元冷却气体导管中的吹扫气体，一方面能够避免吹扫气体温度过高或过低对黑体辐射面均匀性、稳定性的影响。另一方面，吹扫气体中的水汽冷凝后从冷凝水排放孔排出，能够防止吹扫气体中的水汽在黑体表面结霜，避免吹扫气体中的水汽对测量结果的影响。
本发明中的气源可以是惰性气体，也可以是空气。当采用空气作为气源时，可以使气体导管的进气孔6直接与空气连通。与惰性气体相比，空气更容易获得，成本低。此外，采用空气作为气源时，气体导管8的进气孔直接与大气连通即可，无需额外的气源容器，结构简单。
当气体导管8的出气端设置两个或多个气体喷嘴时，沿着气体流动方向的出气端单位横截面的气体流量逐渐减小，气体喷嘴2的喷气量越小。气体喷嘴2的喷气量对对应位置处黑体辐射面的温度均匀性和气幕均匀性具有直接影响，为了保证黑体辐射面的温度均匀性和气幕均匀性，可以使气体导管8出气端的内部通道的横截面面积沿着气体流动方向逐渐减小。
在本发明的一些实施例中，气体导管8出气端的内部通道为圆台形结构，圆台形结构的中心对称轴与气体流动方向平行，圆台形结构的横截面面积沿着气体流动方向逐渐减小。采用这种结构，气体导管8出气端的内部通道的横截面面积使连续变化的、沿着气体流动方向逐渐减小。
在本发明的另一些实施例中，气体导管8出气端的内部通道为阶梯形圆柱结构，阶梯形圆柱结构的中心对称轴与气体流动方向平行，同一阶梯处的阶梯形圆柱结构的横截面积相等，相邻两个阶梯处的阶梯形圆柱结构的横截面面积沿着气体流动方向减小。采用这种结构，气体导管8出气端的内部通道的横截面面积阶梯性变化。
为了尽量减小气体喷嘴2的喷气量不均匀对测量结果的影响，可以使气体导管8的每个气体喷嘴2的喷气量相等。
控制单元5可以根据黑体表面的辐射温度值以及温度传感器3发送的温度值控制冷却单元4的冷却功率。为了提高防结霜装置的自动化程度，可以预先在控制单元5内存储温度传感器3发送的温度值、黑体表面的辐射温度值与冷却单元4的冷却功率之间的映射关系。控制过程控制单元5根据接收的温度值和黑体表面的辐射温度值查询预设的映射关系，确定冷却功率值，然后基于查询到的冷却功率值控制冷却单元的冷却功率。
实际工作过程中，由于冷却工艺、装置密封性或者其他原因的影响，黑体辐射面1的表面温度以及气体导管8内的冷却气体的温度有可能与实际值产生偏差。当这种偏差对测量结果的影响不大时，频繁调整冷却单元的冷却功率不仅对提高测量结果准确性没有明显效果，而且还会增加控制单元的工作负荷。此外，频繁调整冷却单元的冷却功率还会减少冷却单元的使用寿命。因此，在本发明的优选实施例中，当温度传感器发送的温度值与黑体表面的辐射温度值之间的差值不大于设于的温度误差时，冷却单元的冷却功率维持不变；当温度传感器发送的温度值与黑体表面的辐射温度值之间的差值大于设于的温度误差时，控制单元根据黑体表面的辐射温度值以及温度传感器发送的温度值调整冷却单元的冷却功率。
与现有技术相比，本发明能够有效阻止黑体辐射面周围空气以及吹扫气体中的水汽在黑体辐射面表面结霜，保证黑体辐射面的均匀性、稳定性，提高红外热像仪测量结果的准确性。
虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。

Claims (8)

1.一种用于低温面源黑体的防结霜装置，其特征在于包括：气体导管、冷却单元、温度传感器和控制单元；其中，
气体导管的进气端设置有与气源连通的进气孔，气体导管的出气端穿过冷却单元并伸出至黑体辐射面的上端；气体导管的出气端沿着气体流动方向设置至少一个气体喷嘴，所述气体喷嘴位于黑体辐射面的上端；
温度传感器设置在气体导管内，用于采集经冷却单元冷却后的气体的温度值，并发送给控制单元；
所述冷却单元上设置有冷凝水排放孔，空气中的水分经冷却单元冷凝后从所述冷凝水排放孔排出；
控制单元接收温度传感器发送的温度值，基于黑体表面的辐射温度值以及所述温度值控制冷却单元的冷却功率。
2.如权利要求1所述的防结霜装置，其特征在于，所述气源为空气，气体导管的进气孔与空气直接连通。
3.如权利要求2所述的防结霜装置，其特征在于，所述气体导管出气端的内部通道的横截面面积沿着气体流动方向逐渐减小。
4.如权利要求3所述的防结霜装置，其特征在于，所述气体导管出气端的内部通道为圆台形结构，所述圆台形结构的中心对称轴与气体流动方向平行，所述圆台形结构的横截面面积沿着气体流动方向逐渐减小。
5.如权利要求3所述的防结霜装置，其特征在于，所述气体导管出气端的内部通道为阶梯形圆柱结构，所述阶梯形圆柱结构的中心对称轴与气体流动方向平行，同一阶梯处的所述阶梯形圆柱结构的横截面积相等，相邻两个阶梯处的所述阶梯形圆柱结构的横截面面积沿着气体流动方向减小。
6.如权利要求3所述的防结霜装置，其特征在于，所述气体导管的每个气体喷嘴的喷气量相等。
7.如权利要求5所述的防结霜装置，其特征在于，所述控制单元根据接收的温度值和黑体表面的辐射温度值查询预设的映射关系，确定冷却功率值；基于所述冷却功率值控制冷却单元的冷却功率。
8.如权利要求5所述的防结霜装置，其特征在于，当温度传感器发送的温度值与黑体表面的辐射温度值之间的差值不大于设于的温度误差时，冷却单元的冷却功率维持不变；当温度传感器发送的温度值与黑体表面的辐射温度值之间的差值大于设于的温度误差时，控制单元根据黑体表面的辐射温度值以及温度传感器发送的温度值调整冷却单元的冷却功率。
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