CN109489811B - 一种具有黑体辐射功能的积分球 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种具有黑体辐射功能的积分球，具有积分球的常规结构，积分球壳体材料采用导热材料，积分球内壁涂有漫反射率为30％～70％的均匀灰色涂料；积分球外壁粘贴均匀阵列排布的加热器件，所有加热器件由温度测控仪统一控制，温度测控仪能够控制加热器件持续给积分球壳体提供热能，实现积分球的温度稳定。本发明能够既作为可见光光源又作为红外光源，从而在综合光电系统性能测试中无需进行光源切换，大大降低测试成本，提高测试精度。
Description
技术领域
本发明涉及光电检测领域，涉及一种积分球，尤其涉及一种具有黑体辐射功能的积分球。
背景技术
在实际进行综合光电系统性能测试时，常常会在整个测试过程中用到可见光光源和红外光源，要求这两种光源交替进入光路，以实现光电系统可见光波段和红外光波段的测试。为了确保测试结果准确可靠，往往都要求这两种光源的出光位置一致，目前都是通过高精度的电动导轨实现光源的切换，成本高而且位置精度的控制难度很大，此外，分别需要可见光光源和红外光源也导致测试成本较高。
目前，在光学领域中可以采用光谱范围覆盖可见光和红外波段的白炽灯来既作为可见光光源，又作为红外光源；但在光电系统性能测试时，对光源的照度均匀性要求很高，而这种白炽灯出光不均匀，所以无法应用到光电系统性能测试中。
目前在光电检测领域中，主要会使用到积分球作为可见光光源。积分球可以用来获得照度均匀的光源，也可以用来收集光能量。如文献《用蒙特卡罗法模拟积分球的光传输时间特性》(华中科技大学学报(自然科学版)，第35卷，增刊I，2007年3月)，文中开篇部分总结了积分球的主要作用。这类积分球的原理主要是通过漫反射对光束进行匀光处理，如文献《岛津UV－3600/3100紫外近红外积分球的使用和维护》(分析仪器，2014年，第4期)。
因此，申请人考虑能否对现有积分球进行改进，使积分球能够既作为可见光光源又作为红外光源，这样也能够满足光电系统性能测试对照度均匀性的要求。申请人对此进行了检索，目前尚未有文献公开相关的技术方案。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，使积分球能够既作为可见光光源又作为红外光源，从而在综合光电系统性能测试中无需进行光源切换，大大降低测试成本，提高测试精度，本发明提出一种具有黑体辐射功能的积分球，该积分球除了具有常规积分球的功能外，还具有黑体辐射功能。
本发明的技术方案为：
所述一种具有黑体辐射功能的积分球，具有白炽灯灯室，和对白炽灯进行开关控制的白炽灯控制仪，其特征在于：积分球壳体材料采用导热材料，积分球内壁涂有漫反射率为30％～70％的均匀灰色涂料；
积分球外壁粘贴均匀阵列排布的加热器件，所有加热器件由温度测控仪统一控制，温度测控仪能够控制加热器件持续给积分球壳体提供热能，实现积分球的温度稳定；
积分球出口处的辐射温度根据公式
计算，其中T辐为积分球出口处黑体辐射的绝对温度，单位为开耳闻，T为积分球壳体内部的绝对温度，单位为开耳闻，要求400K≤T≤1000K，ε为积分球内部的涂料发射率。
进一步的优选方案，所述一种具有黑体辐射功能的积分球，其特征在于：积分球内壁涂有漫反射率为50％的均匀灰色涂料。
进一步的优选方案，所述一种具有黑体辐射功能的积分球，其特征在于：积分球壳体材料采用紫铜。
进一步的优选方案，所述一种具有黑体辐射功能的积分球，其特征在于：加热器件的功率及个数由下述公式计算：
W·n＝147.8·R2·d
其中W为每个加热器件的功率，单位为瓦，n为加热器件的个数，R为积分球外表面半径，单位为厘米，d为积分球壳体的厚度，单位为厘米。
进一步的优选方案，所述一种具有黑体辐射功能的积分球，其特征在于：每个加热器件外部都有一个独立的温度隔离保护罩。
进一步的优选方案，所述一种具有黑体辐射功能的积分球，其特征在于：所有加热器件的外部有一个整体的温度隔离保护罩，加热器件处于积分球外壁与温度隔离保护罩的夹层之中。
有益效果
本发明创造性的提出一种具有黑体辐射功能的积分球，既具有积分球的常规结构，具备作为可见光光源的常规功能，又能够具有黑体辐射功能，具备作为红外光源。
当本发明作为积分球使用时，关闭温度测控仪，开启白炽灯控制仪，白炽灯点亮，白炽灯发出可见光，由于积分球内壁是漫反射率为(30％～70％)的均匀灰色涂料，因此光束在积分球内部多次漫反射，最终对光束形成均匀的效果，可见光从积分球的出口出射，实现可见光光源功能。当本发明作为黑体辐射源使用时，关闭白炽灯控制仪，开启温度测控仪，并按照需求的积分球出口处的辐射温度T辐，在温度测控仪上设置积分球内部的温度T，由于积分球内壁是漫反射率为(30％～70％)的均匀灰色涂料，因此积分球出口处辐射出均匀的黑体辐射，实现红外光源功能。并且可以通过公式计算出与积分球的外表面半径、积分球壳体厚度相匹配的升降温器件的个数以及每个升降温器件的功率。
升降温器件外部的整体温度隔离保护罩，可以起到保温和保护升降温器件的作用。
通过本发明，积分球具有了黑体辐射功能，两种光源合二为一，不再需要位置替换而进入光路，能够实现光电系统可见光波段和红外光波段的测试，减少了位置精度的控制难度；也降低了成本。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明第一优选实施例、第二优选实施例、第三优选实施例的示意图。
图2是本发明第四优选实施例的示意图。
图3是本发明作为积分球使用时，任意选取两条光线的光路示意图。
图4是本发明作为黑体辐射源使用时，任意选取两条光线的光路示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参见图1，本实施例中的积分球外表面半径15cm，积分球壳体厚度1cm，积分球的出口2直径为2cm，壳体材料为紫铜，积分球为常规结构形式，具有白炽灯灯室7，和对白炽灯进行开关控制的白炽灯控制仪8，积分球内壁1是漫反射率为50％的均匀灰色涂料；积分球外壁粘贴阵列排布的加热器件4，加热器件为电阻丝缠绕的电阻包，每个电阻包的功率1500W，阵列排布26个加热器件，且每个加热器件的外部都有一个独立的温度隔离保护罩3，所有的加热器件4由导线5串联，再由温度测控仪6统一控制。
而积分球出口处的辐射温度根据公式
计算，其中T辐为积分球出口处黑体辐射的绝对温度，单位为开耳闻，T为积分球壳体内部的绝对温度，单位为开耳闻，要求400K≤T≤1000K，以确保积分球出口处的辐射温度计算准确；ε为积分球内部的涂料发射率。
参见图1，本发明的第二优选实施例，与第一优选实施例的不同之处在于：积分球内壁是漫反射率为60％的均匀灰色涂料。
参见图1，本发明的第三优选实施例，与第一优选实施例的不同之处在于：对于紫铜材料的壳体，加热器件的功率及个数选择由下述公式计算：W·n＝147.8·R2·d，其中W为每个加热器件的功率，单位为瓦，n为加热器件的个数，R为积分球外表面半径，单位为厘米，d为积分球壳体的厚度，单位为厘米。积分球内壁1是漫反射率为60％的均匀灰色涂料；积分球半径15cm，积分球壳体厚度1cm，出口直径2cm，积分球外壁粘贴均匀阵列排布的加热器件4，加热器件为电阻丝缠绕的电阻包，每个电阻包的功率1500W，共排布23个升降温器件。
参见图2，本发明的第四优选实施例，该具有黑体辐射功能的积分球，在加热器件4的外部有一个整体的温度隔离保护罩3，加热器件4处于积分球外壁与温度隔离保护罩3的夹层之中。
本发明的具有黑体辐射功能的积分球，当作为积分球使用时，参见图3，关闭温度测控仪，开启白炽灯控制仪，白炽灯点亮，白炽灯发出可见光，由于积分球内壁是漫反射率为(30％～70％)的均匀灰色涂料，因此光束在积分球内部多次漫反射，最终对光束形成均匀的效果，可见光从积分球的出口出射。当本发明作为黑体辐射源使用时，参见图4，关闭白炽灯控制仪，开启温度测控仪，并按照需求的积分球出口处的辐射温度T辐，在温度测控仪上设置积分球内部的温度T，由于积分球内壁是漫反射率为(30％～70％)的均匀灰色涂料，因此积分球出口辐射出均匀的黑体辐射。本发明积分球具有可见光辐射功能，也具有黑体辐射功能，两种光源合二为一，当进行综合光电系统性能测试时，使用本发明能够实现光电系统可见光波段和红外光波段的测试，减少了位置精度的控制难度，也降低了成本。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种具有黑体辐射功能的积分球，具有白炽灯灯室，和对白炽灯进行开关控制的白炽灯控制仪，其特征在于：积分球壳体材料采用导热材料，积分球内壁涂有漫反射率为30％～70％的均匀灰色涂料；
积分球外壁粘贴均匀阵列排布的加热器件，所有加热器件由温度测控仪统一控制，温度测控仪能够控制加热器件持续给积分球壳体提供热能，实现积分球的温度稳定；
作为积分球使用时，关闭温度测控仪，开启白炽灯控制仪，白炽灯点亮，白炽灯发出可见光，光束在积分球内部多次漫反射，最终对光束形成均匀的效果，可见光从积分球的出口出射，实现可见光光源功能；作为黑体辐射源使用时，关闭白炽灯控制仪，开启温度测控仪，并按照需求的积分球出口处的辐射温度，在温度测控仪上设置积分球内部的温度，积分球出口处辐射出均匀的黑体辐射，实现红外光源功能；其中积分球出口处的辐射温度根据公式
计算，其中T辐为积分球出口处黑体辐射的绝对温度，单位为开耳闻，T为积分球壳体内部的绝对温度，单位为开耳闻，要求400K≤T≤1000K，ε为积分球内部的涂料发射率。
2.根据权利要求1所述一种具有黑体辐射功能的积分球，其特征在于：积分球内壁涂有漫反射率为50％的均匀灰色涂料。
3.根据权利要求1所述一种具有黑体辐射功能的积分球，其特征在于：积分球壳体材料采用紫铜。
4.根据权利要求1所述一种具有黑体辐射功能的积分球，其特征在于：加热器件的功率及个数由下述公式计算：
W·n＝147.8·R2·d
其中W为每个加热器件的功率，单位为瓦，n为加热器件的个数，R为积分球外表面半径，单位为厘米，d为积分球壳体的厚度，单位为厘米。
5.根据权利要求1或4所述一种具有黑体辐射功能的积分球，其特征在于：每个加热器件外部都有一个独立的温度隔离保护罩。
6.根据权利要求1或4所述一种具有黑体辐射功能的积分球，其特征在于：所有加热器件的外部有一个整体的温度隔离保护罩，加热器件处于积分球外壁与温度隔离保护罩的夹层之中。
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