CN110411584A - 一种阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置 - Google Patents

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Abstract

一种阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置,属于红外光学技术领域。面源黑体的前表面设有若干阵列排布的金字塔型凸起,箱体后端敞口设置,面源黑体和发热件皆安装于箱体内,面源黑体的前表面朝向箱体的红外输出窗口设置,发热件紧贴于面源黑体的后表面,温度传感器固定于面源黑体的侧表面上,防尘镜片固定在箱体的前表面上;发热件受温控仪的控制用于保持面源黑体的温度;温度传感器用于采集面源黑体的温度,并将其转化为相应强度的电信号传输给温控仪;温控仪用于将接收到的电信号处理为温度数据,并根据温度数据控制发热件的输出功率。本发明的面源黑体前表面设有若干阵列排布的金字塔型凸起,从而提高了表面发射率,面源黑体的发射率大于0.99。

Description

一种阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置
技术领域
本发明涉及一种超高发射率面源黑体装置,属于红外光学技术领域,可用于定量检测红外探测系统性能,也可用于校准、检测红外热像仪。
背景技术
作为一种标准的红外辐射源,黑体广泛应用于目标的校准和标定。尤其在航空航天领域,作为标准辐射源的黑体必不可少。当需要模拟远近不同、能量不同的目标时,就要求黑体辐射功率可调。能用于外场测试的标准红外辐射源以美国EOI公司CES100系列黑体为代表,其发射率通常在0.95~0.98之间,考虑涂层后发射率通常低于0.97,再一个就是黑体辐射出的红外光线非平行光,在不同观测角能量均匀性不好,且体积大、成本高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题,提供一种阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置,它具有超高发射率、高一致性、观测角度变化情况下无渐晕的特点,与现有技术外场使用的面源黑体相比,本发明提高了目前面源黑体的表面发射率,较大程度上解决了黑体辐射对角度敏感的问题,为外场试验提供了一种超高发射率的面源黑体辐射源。
实现上述目的,本发明采取的技术方案是:
一种阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置,包括面源黑体,所述面源黑体的前表面设有若干阵列排布的金字塔型凸起,所述阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置还包括温度控制系统和箱体组合件;所述温度控制系统包括发热件、温控仪及温度传感器;所述箱体组合件包括箱体及防尘镜片;所述箱体后端敞口设置,箱体前端侧壁中部设有红外输出窗口,面源黑体和发热件皆安装于所述箱体内,且面源黑体的前表面朝向箱体的红外输出窗口设置,所述发热件紧贴于面源黑体的后表面,所述温度传感器固定于面源黑体的侧表面上,所述防尘镜片固定在箱体的前表面上;发热件受所述温控仪的控制用于保持面源黑体的温度;温度传感器用于采集面源黑体的温度,并将其转化为相应强度的电信号传输给温控仪;温控仪用于将接收到的电信号处理为温度数据,并根据所述温度数据控制发热件的输出功率。
本发明相对于现有技术的有益效果是:本发明的面源黑体装置采用了阵列式金字塔结构,集中采用了光楔角(即相邻两个金字塔型凸起的两个相对侧面之间的夹角)结构,均匀性达90%以上,面源黑体厚度小于5mm。辐射表面通过线切割和表面喷砂、发黑的加工方式,加工出一组锥体阵列面,锥体阵列表面辐射经过多次相互反射形成均匀辐射,从而提高了表面发射率,面源黑体的发射率大于0.99。
附图说明
图1为本发明的一种阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置中面源黑体的结构示意图,其中,图1(a)为面源黑体侧视图;图1(b)为面源黑体主视图;图1(c)为面源黑体左视图;
图2为PCT发热件结构示意图;
图3为本发明的一种阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置的控制原理框图;
图4为本发明的一种阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置的主视图;
图5为图4的A-A截面的剖视图;
图6为本发明的一种阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置的外观图;
图7为楔面光折射原理图;
图8为阵列金字塔结构超高发射率面源黑体提高发射率原理对比图,其中,图8(a)为常规面源黑体反射原理图;图8(b)为本发明的大规模阵列金字塔结构面源黑体反射原理图。
上述图中各部件名称及标号如下:
盖板1、内六角螺钉2、箱体3、温度传感器4、黑体保持架5、防尘镜片6、防尘镜片螺钉7、面源黑体8、发热件9、黑体保持架盖板10、温控仪11、红外输出窗口12、电源13、套管14。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明,本发明的基本思想是利用大规模阵列金字塔结构增强表面发射率,使面源黑体在不同的观测角也有较好的能量均匀性,这一结构较好解决了面源黑体辐射对角度敏感的问题。由温控系统精确控制面源黑体温度,使面源黑体输出目标功率的辐射量。
具体实施方式一:如附图3-附图6所示,本实施方式提供了一种阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置,包括面源黑体8,所述面源黑体8的前表面设有若干阵列排布的金字塔型凸起,所述阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置还包括温度控制系统和箱体组合件;所述温度控制系统包括发热件9、温控仪11及温度传感器4;所述箱体组合件包括箱体3及防尘镜片6;所述箱体3后端敞口设置,箱体3前端侧壁中部设有红外输出窗口12,面源黑体8和发热件9皆安装于所述箱体3内,且面源黑体8的前表面朝向箱体3的红外输出窗口12设置,所述发热件9紧贴于面源黑体8的后表面,所述温度传感器4固定于面源黑体8的侧表面上(由耐高温固体胶封装温度传感器4),所述防尘镜片6固定在箱体3的前表面上;发热件9受所述温控仪11的控制用于保持面源黑体8的温度;温度传感器4用于采集面源黑体8的温度(其精度在0.05℃以内),并将其转化为相应强度的电信号传输给温控仪11;温控仪11用于将接收到的电信号处理为温度数据,并根据所述温度数据控制发热件9的输出功率(保持面源黑体8的温度)。
具体实施方式二:如附图5所示,所述箱体组合件还包括后盖板1、黑体保持架5和黑体保持架盖板10;所述黑体保持架5内嵌于箱体3中,所述面源黑体8、发热件9和黑体保持架盖板10由前至后依次紧贴设置并内嵌于所述黑体保持架5中(黑体保持架5起压紧发热件9和面源黑体8的作用,也起保温作用),所述防尘镜片6、箱体3和黑体保持架5三者通过多个防尘镜片螺钉7固定连接(防尘镜片6和箱体3的前侧壁上分别设有多个通孔一,防尘镜片6上的多个通孔一与箱体3前侧面上的多个通孔一一一对应且同轴设置,所述黑体保持架5的前侧面上设有多个螺纹孔一,所述多个螺纹孔一与多个通孔一一一对应且同轴设置,每两个相对应设置的通孔一内均穿入有一个防尘镜片螺钉7,所述防尘镜片螺钉7与对应的螺纹孔一螺纹紧固连接),所述后盖板1抵靠在黑体保持架盖板10的后侧面上,后盖板1与箱体3通过多个内六角螺钉2固定连接(后盖板1上设有多个通孔二,箱体3的后侧面上设有多个螺纹孔二,所述多个通孔二与多个螺纹孔二一一对应且同轴设置,每个所述通孔二内穿入有一个内六角螺钉2,每个所述内六角螺钉2与对应的螺纹孔二螺纹紧固连接)。
黑体保持架盖板10对PCT发热件的压力由后盖板1输入,压紧力由多个内六角螺钉2调节。
进一步的是,如附图3、附图5所示,所述温度控制系统还包括电源13;所述电源13用于给温控仪11供电,所述温控仪11用于给发热件9和温度传感器4供电。
进一步的是,如附图5所示,所述发热件9为PCT发热件。
进一步的是,如附图2、附图5所示,所述PCT发热件为正方形,PCT发热件的长×宽=72mm×72mm,额定电压为24V,PCT发热件在25°环境温度下的电阻值为2-5Ω(由温控仪11控制PCT发热件的输出功率,保持面源黑体8的温度)。
进一步的是,如附图1所示,所述面源黑体8为正方形,面源黑体8的长×宽=70mm×70mm。
进一步的是,如附图5所示,所述温度传感器4为贴片式Pt100温度传感器。
实施例1
采用附图1所示的面源黑体8,采用阵列金字塔结构可增强光的反射率,增强表面发射率。面源黑体8的发射率≥0.99,温度稳定性为±0.2℃/h。
实施例2
附图2所示的发热件9为PCT发热件,用于对面源黑体8进行加热,所述PCT发热件的额定功率为72W,额定电压为24V,厚度为3.5mm,套管14的长度为20mm,表面温度为90-100℃。发热件9贴合于面源黑体8的后侧面。
实施例3
附图3所示为本发明的一种阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置的控制原理框图,其中温控仪11与电源13相连,控制PTC发热件的发热功率,使面源黑体8辐射出符合目标强度的红外辐射。贴片式Pt100温度传感器贴合固定在面源黑体8的侧表面,感应面源黑体8温度并把温度信息传给温控仪11分析处理,以调控PTC发热件对面源黑体8的输出功率,从而把面源黑体8温度控制在目标值。温控仪11采用PID控制,温度分辨率能控制在±0.5℃,能够控制温度设定值的增减,不需要模拟校准,温控仪11上连接有LED显示屏用于实时显示面源黑体8的实测温度和设定温度。
实施例4
采用附图7所示的楔面光折射原理图进一步说明金字塔结构提高发射率的光学原理,抗杂光干扰原理,如附图7所示,当外界杂光入射至面源黑体8上时,由于楔面的存在,光在两面之间进过多次折射,最终大角度反射出去,从而提高了面源黑体8表面发射率,较大程度上解决了面源黑体8辐射对角度敏感的问题,降低了渐晕。本图仅展示了0度入射角,其他入射角原理亦然。
实施例5
采用附图8所示的阵列金字塔结构面源黑体提高发射率原理对比图,对实施例4进一步说明,如附图8(a)所示,普通平面黑体结构在0°入射角时光被原路反射回去,使得探测系统接收到杂光干扰,降低了系统的精度。附图8(b)为本发明的阵列金字塔结构面源黑体反射原理图,同样在0°入射角的杂光干扰下,光在楔面的反复折射下最终以大角度折射出面源黑体8,从而避免了杂光对探测系统(为外部系统)带来的干扰,当入射角大于0°时,最终反射出面源黑体8的光与面源黑体8的轴线夹角更大,从而不会对所述探测系统带来杂光干扰。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的装体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置,包括面源黑体(8),其特征在于:所述面源黑体(8)的前表面设有若干阵列排布的金字塔型凸起,所述阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置还包括温度控制系统和箱体组合件;所述温度控制系统包括发热件(9)、温控仪(11)及温度传感器(4);所述箱体组合件包括箱体(3)及防尘镜片(6);所述箱体(3)后端敞口设置,箱体(3)前端侧壁中部设有红外输出窗口(12),面源黑体(8)和发热件(9)皆安装于所述箱体(3)内,且面源黑体(8)的前表面朝向箱体(3)的红外输出窗口(12)设置,所述发热件(9)紧贴于面源黑体(8)的后表面,所述温度传感器(4)固定于面源黑体(8)的侧表面上,所述防尘镜片(6)固定在箱体(3)的前表面上;发热件(9)受所述温控仪(11)的控制用于保持面源黑体(8)的温度;温度传感器(4)用于采集面源黑体(8)的温度,并将其转化为相应强度的电信号传输给温控仪(11);温控仪(11)用于将接收到的电信号处理为温度数据,并根据所述温度数据控制发热件(9)的输出功率。
2.根据权利要求1所述的一种阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置,其特征在于:所述箱体组合件还包括后盖板(1)、黑体保持架(5)和黑体保持架盖板(10);所述黑体保持架(5)内嵌于箱体(3)中,所述面源黑体(8)、发热件(9)和黑体保持架盖板(10)由前至后依次紧贴设置并内嵌于所述黑体保持架(5)中,所述防尘镜片(6)、箱体(3)和黑体保持架(5)三者通过多个防尘镜片螺钉(7)固定连接,所述后盖板(1)抵靠在黑体保持架盖板(10)的后侧面上,后盖板(1)与箱体(3)通过多个内六角螺钉(2)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置,其特征在于:所述温度控制系统还包括电源(13);所述电源(13)用于给温控仪(11)供电,所述温控仪(11)用于给发热件(9)和温度传感器(4)供电。
4.根据权利要求1或3所述的一种阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置,其特征在于:所述发热件(9)为PCT发热件。
5.根据权利要求4所述的一种阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置,其特征在于:所述PCT发热件为正方形,PCT发热件的长×宽=72mm×72mm,额定电压为24V,PCT发热件在25°环境温度下的电阻值为2-5Ω。
6.根据权利要求1所述的一种阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置,其特征在于:所述面源黑体(8)为正方形,面源黑体(8)的长×宽=70mm×70mm。
7.根据权利要求1所述的一种阵列金字塔结构超高发射率面源黑体装置,其特征在于:所述温度传感器(4)为贴片式Pt100温度传感器。
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