CN111795752A - 一种精密小型黑体辐射源及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种精密小型黑体辐射源及其制备方法，该黑体辐射源包括壳体及设置在壳体内部的加热芯，壳体的顶端内侧设置有若干个接线端子，加热芯包括柱座及若干根陶瓷管，其中一根陶瓷管内穿设有加热丝，加热丝的其中一端从陶瓷珠穿出后均匀缠绕在若干根陶瓷管的外侧并最终从第一出线孔穿出，加热丝的另一端直接从第二出线孔穿出，本发明采用统一的物理接口和电气接口，配合温度控制器可实现对黑体温度的精准控制，再配合平行光管和光阑管可组成红外模拟器系统，可实现不同波长及不同能量的红外辐射，而且，由于采用了统一的物理接口和电气接口，故而在与平行光管和光阑管组成红外模拟器系统时，安装精度高且组成的模拟系统稳定性强。

Description

一种精密小型黑体辐射源及其制备方法

技术领域

本发明涉及红外遥感外场辐射定标应用的技术领域，具体涉及一种精密小型黑体辐射源及其制备方法。

背景技术

具有红外能量辐射的黑体被广泛应用于红外目标模拟器中，然而现在存在的黑体辐射源在使用时，一般具有以下问题，其一、现有黑体辐射源的加热芯在绕制时，一般只有在绕制完成后，才会对加热芯的质量进行检验，而加热芯作为黑体辐射源的核心部件对绕制的要求较高，因此次品率往往很高，而且，因为加热丝的外侧灌封有石膏层，若制作完成后再检测出不合格，无法返工，严重浪费了资源；其二、现有黑体辐射源没有统一的物理接口和电气接口，故而在与平行光管、光阑管、光阑盘转动步进电机、黑体转换伺服电机以及温度控制器组成一套红外模拟器系统时，安装精度不高且系统稳定性不强；其三，现有黑体辐射源中往往缺乏温度检测装置，无法对黑体辐射源的温度实现精准控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种精密小型黑体辐射源及其制备方法，其具有统一的物理接口和电气接口，再配合温度控制器对黑体辐射源加热芯的温度实时监测，可实现对黑体辐射源温度的精准控制。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种精密小型黑体辐射源，包括壳体及设置在壳体内部的加热芯，壳体的顶端内侧设置有若干个接线端子，所述加热芯包括柱座及沿周向均匀分布在柱座四周的若干根陶瓷管，若干根陶瓷管均沿柱座的母线方向设置且若干根陶瓷管均与柱座固定连接，柱座的两端对称设置有连接法兰，其中一根陶瓷管内穿设有加热丝，该陶瓷管的其中一端与连接法兰之间设置有陶瓷珠，陶瓷珠与该陶瓷管垂直设置，远离陶瓷珠一侧的连接法兰上开设有第一出线孔和第二出线孔，加热丝的其中一端从陶瓷珠穿出后均匀缠绕在若干根陶瓷管的外侧并最终从第一出线孔穿出，加热丝的另一端直接从第二出线孔穿出，所述的若干根陶瓷管和加热丝的外侧共同灌封有石膏层，石膏层的外侧缠绕有玻璃纤维带。

进一步的，穿设有加热丝的陶瓷管的另一端从第二出线孔穿出并向外延伸。

进一步的，所述第一出线孔的内侧设置有用于加热丝穿过的绝缘管。

进一步的，所述壳体包括内径依次减小的第三套筒、第二套筒以及第一套筒，加热芯设置在第一套筒的内侧，加热芯的顶部和底部分别设置有顶板和三叉板，第三套筒、第二套筒以及第一套筒的底端平齐，第三套筒与第二套筒之间以及第二套筒与第一套筒之间均设置有套筒环，每一个套筒环均通过螺钉与三叉板可拆卸连接。

进一步的，所述第二套筒的顶部设置有若干个用于连接加热丝两端的接线端子。

进一步的，若干个所述的接线端子通过连接件与第二套筒相连，该连接件包括呈L型的第一连接件和弧形板，第一连接件较长的一端与第二套筒的外壁相连，第一连接件较短的一端位于在第二套筒的正上方，弧形板与第一连接件较短的一端相连，若干个所述的接线端子间隔设置在弧形板上，加热丝的两端分别连接至其中一个所述的接线端子。

进一步的，远离陶瓷珠一侧的连接法兰及柱座的顶端内部共同穿设有用于对该黑体辐射源进行调试的PT电阻，PT电阻上还连接有温度控制器。

一种精密小型黑体辐射源的制备方法，包括以下步骤：

S1、将若干根陶瓷管粘接在柱座的四周，并在其中的一根陶瓷管内穿设加热丝；

S2、将加热丝的其中一端从陶瓷珠穿出后均匀缠绕在若干根陶瓷管的外侧并最终从第一出线孔穿出，第一出线孔的内侧设置有用于加热丝穿过的绝缘管，加热丝的另一端直接从第二出线孔穿出；

S3、将绕制好的加热丝匝间距调节均匀，确保加热丝匝与匝之间以及加热丝与柱座之间绝缘良好；

S4、在常温下用万用表测量加热丝两端之间的电阻值，若阻值在规定的范围内，则加热芯绕制合格，否则需要重新绕制；

S5、将熟石膏粉和水按1:0.5的比例调和，搅拌成不能自由流动的糊状，将调和好的石膏涂抹到加热芯的加热丝上；

S6、加热芯灌封完成后，放到通风干燥处3-5个小时自然晾干，待其充分硬化后，在石膏层的外围缠绕多层玻璃纤维带；

S7、再次在常温下用万用表测量加热丝两端之间的电阻值，若阻值在规定的范围内，则加热芯绕制合格，否则需要重新绕制；

S8、将绕制好的加热芯安装在壳体的内部，然后将加热丝的两端连接至接线端子。

进一步的，在涂抹过程中可用刀片反复刮抹石膏，以保证石膏将加热丝6之间以及加热丝6与柱座3之间的空隙充分填充。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用统一的物理接口和电气接口，配合温度控制器对黑体辐射源加热芯的温度实时监测，可实现对黑体温度的精准控制，再配合平行光管和光阑管可组成红外模拟器系统，可实现不同波长及不同能量的红外辐射，可应用于军事领域，实现红外目标模拟，而且，由于采用了统一的物理接口和电气接口，故而在与平行光管和光阑管组成红外模拟器系统时，安装精度高且组成的模拟系统稳定性强；

2、本发明在对加热芯进行绕制时，通过万用表对加热芯两端的阻值进行多次测量，以判断加热芯的绕制是否合格，从而可最大程度的防止次品的产生。

附图说明

图1是一种精密小型黑体辐射源的整体结构示意图；

图2是本发明中加热芯的结构示意图；

图3是图1的俯视图；

图4是图1的仰视图；

图5是本发明中接线端子、连接件以及第二套筒的位置关系示意图；

图6是实施例中对安装完成后的黑体辐射源进行调试的调试电路图；

图中标记：1、壳体，101、第一套筒，102、第二套筒，103、第三套筒，104、顶板，105、三叉板，106、套筒环，2、加热芯，3、柱座，4、陶瓷管，5、连接法兰，501、第一出线孔，502、第二出线孔，6、加热丝，7、陶瓷珠，8、连接件，801、第一连接件，802、弧形板，9、接线端子，10、PT电阻。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种精密小型黑体辐射源，如图1和图2所示，包括壳体1及设置在壳体1内部的加热芯2，壳体1的顶端内侧设置有若干个接线端子9，接线端子9具体设置在第二套筒102的顶部并用于连接加热丝6的两端，接线端子9的设计可实现用于连接外部组件的统一的物理端口。所述加热芯2包括柱座3及沿周向均匀分布在柱座3四周的若干根陶瓷管4，若干根陶瓷管4均沿柱座3的母线方向设置且若干根陶瓷管4均与柱座3固定连接，柱座3的两端对称设置有连接法兰5，其中一根陶瓷管4内穿设有加热丝6，该陶瓷管4的其中一端与连接法兰5之间设置有陶瓷珠7，陶瓷珠7与该陶瓷管4垂直设置，远离陶瓷珠7一侧的连接法兰5上开设有第一出线孔501和第二出线孔502，在第一出线孔501附近的陶瓷管要偏离该第一出线孔约2个陶瓷管的距离，以备加热丝绕完后另一引出端从第一出线孔引出。加热丝6的其中一端从陶瓷珠7穿出后均匀缠绕在若干根陶瓷管4的外侧并最终从第一出线孔501穿出，加热丝6的另一端直接从第二出线孔502穿出，所述的若干根陶瓷管4和加热丝6的外侧共同灌封有石膏层，石膏层的外侧缠绕有玻璃纤维带。

进一步优化本方案，穿设有加热丝6的陶瓷管4的另一端从第二出线孔502穿出并向外延伸，延伸长度可选择为2-4mm，以绝缘加热丝引出端和柱座。

进一步优化本方案，所述第一出线孔501的内侧设置有用于加热丝6穿过的绝缘管，该绝缘管的长度可选取10mm，用以绝缘引出端与柱座。

进一步优化本方案，如图3和图4所示，所述壳体1包括内径依次减小的第三套筒103、第二套筒102以及第一套筒101，加热芯2设置在第一套筒101的内侧，加热芯2的顶部和底部分别设置有顶板104和三叉板105，第三套筒103、第二套筒102以及第一套筒101的底端平齐，第三套筒103与第二套筒102之间以及第二套筒102与第一套筒101之间均设置有套筒环106，每一个套筒环106均通过螺钉与三叉板105可拆卸连接。为了便于对加热芯2上加热丝6的工作状态实时进行观测，防止加热芯2因短路等原因造成局部温度过高而烧毁，本发明在第三套筒103、第二套筒102以及第一套筒101的底端均开设有呈圆环状的透视网孔，当然，透视网孔还能起到一定的散热作用，另外，为了达到最佳的使用效果，还可以在第三套筒103的透视网孔处开设一个矩形的透视窗，第三套筒103在透视窗的底部或内侧可抽拉的设置有抽拉盖板，当抽拉盖板向上拉起时，透视窗被遮挡。

进一步优化本方案，如图5所示，若干个所述的接线端子9通过连接件8与第二套筒102相连，该连接件包括呈L型的第一连接件801和弧形板802，第一连接件801较长的一端与第二套筒102的外壁相连，第一连接件801较短的一端位于在第二套筒102的正上方，弧形板802与第一连接件801较短的一端相连，若干个所述的接线端子9间隔设置在弧形板802上，加热丝6的两端分别连接至其中一个所述的接线端子9。

进一步优化本方案，远离陶瓷珠7一侧的连接法兰5及柱座3的顶端内部共同穿设有用于对该黑体辐射源进行调试的PT电阻10，为了达到最佳的使用效果，PT电阻10设置有两个，其中一个铂电阻接温度控制器，温度控制器用于读取铂电阻阻值，用来控制黑体温度；另外一个铂电阻另一端空置，预留校准调试时用，每个PT电阻10的自由端均连接两根导线，四根导线共同连接至统一的电气接口，该电气接口可根据需要连接使用。由于PT电阻设置有两个，相对应的，柱座3内沿轴向开设有两个用于放置PT电阻的安装孔，PT电阻的底端外壁上设置有一个导块，安装孔的内侧沿轴向开设有与导块相匹配的导槽，安装孔的底部沿水平方向开设有半圆形的控制槽，控制槽与导槽相连通，PT电阻在导块的引导下，沿导槽滑动至最底端，然后旋转PT电阻使导块卡入控制槽内，实现对PT电阻的锁定，防止PT电阻在工作的过程中，出现松动，影响对加热芯的加热效果，当需要移除或更换PT电阻时，反方向旋转PT电阻，即可将PT电阻沿导槽移出。

本发明采用统一的物理接口和电气接口，配合温度控制器对黑体辐射源加热芯的温度实时监测，可实现对黑体温度的精准控制，再配合平行光管和光阑管可组成红外模拟器系统，可实现不同波长及不同能量的红外辐射，可应用于军事领域，实现红外目标模拟，而且，由于采用了统一的物理接口和电气接口，故而在与平行光管和光阑管组成红外模拟器系统时，安装精度高且组成的模拟系统稳定性强。

该黑体辐射源在装配时的环境温度为0℃～40℃，相对湿度为20%～85%，该黑体辐射源的装配方法具体如下：

一种精密小型黑体辐射源的制备方法，包括以下步骤：

S1、将若干根陶瓷管4粘接在柱座3的四周，本实施例中采用502胶将5根高温陶瓷管均匀固定在柱座3的四周，并在其中的一根陶瓷管4内穿设加热丝6，以绝缘加热丝与柱座；

S2、将加热丝6的其中一端从陶瓷珠7穿出后均匀缠绕在若干根陶瓷管4的外侧并最终从第一出线孔501穿出，陶瓷珠用于绝缘绕制起始部分的加热丝和柱座，第一出线孔501的内侧设置有用于加热丝6穿过的绝缘管，加热丝6的另一端直接从第二出线孔502穿出；

S3、用尖镊子将绕制好的加热丝6匝间距调节均匀，确保加热丝6匝与匝之间以及加热丝6与柱座3之间绝缘良好；

S4、在常温下用万用表测量加热丝6两端之间的电阻值，若阻值在规定的范围内，则加热芯2绕制合格，否则需要重新绕制，此处，阻值的规定范围为20~23Ω；

S5、将熟石膏粉和水按1:0.5的比例调和，搅拌成不能自由流动的糊状，用刀片将调和好的石膏涂抹到加热芯2的加热丝6上，在涂抹过程中可用刀片反复刮抹石膏，以保证石膏将加热丝6之间以及加热丝6与柱座3之间的空隙充分填充，但要把握好刮抹力度，以免将加热丝匝间绝缘破坏，同时，因为熟石膏粉遇水后硬化速度快，为保证良好的灌封效果，操作时间必须控制在3分钟以内；

S6、加热芯2灌封完成后，放到通风干燥处3-5个小时自然晾干，待其充分硬化后，在石膏层的外围缠绕多层玻璃纤维带，本实施例中，玻璃纤维带缠绕5层，并用502胶临时固定玻璃纤维带，另外，再用加热丝在玻璃纤维带外围紧绕一层，用以固定玻璃纤维带，捆扎玻璃纤维带用的加热丝绕制长度约为加热芯总长度的一半即可；

S7、再次在常温下用万用表测量加热丝6两端之间的电阻值，若阻值在规定的范围内，则加热芯2绕制合格，否则需要重新绕制，此处，阻值的规定范围为20~23Ω；

S8、将绕制好的加热芯2安装在壳体1的内部，然后将加热丝6的两端连接至接线端子9。

以下对安装完成后的黑体辐射源进行调试及检验，具体包括以下步骤：

a、将安装完成后的黑体辐射源用台钳加持固定在实验台上，并将该黑体辐射源连接至如图6所示的调试电路中，具体连接时，只需将与备用的PT电阻相连的电气接口连接至调试电路即可；

b、将调压器的输出调节到60V，闭合空气开关，开始对黑体辐射源内部设置的加热芯进行加热；

c、当万用表测得PT100的电阻值达到313.71Ω（对应温度约600℃）时，断开空气开关，低于313.75Ω（对应温度约600℃）时，闭合开空气开关，这样反复操作空气开关，持续给加热芯加热1小时进行老化；

d、老化过程中观察加热芯表面是否会明显烧糊，或加热丝是否会烧断，一旦出现明显烧糊或烧断情况即断开空开，且判定该加热芯不合格，需重新绕制。

本发明在对加热芯进行绕制时，通过万用表对加热芯两端的阻值进行多次检测，以判断加热芯的绕制是否合格，从而可最大程度的防止次品的产生。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种精密小型黑体辐射源，包括壳体（1）及设置在壳体（1）内部的加热芯（2），壳体（1）的顶端内侧设置有若干个接线端子（9），其特征在于：所述加热芯（2）包括柱座（3）及沿周向均匀分布在柱座（3）四周的若干根陶瓷管（4），若干根陶瓷管（4）均沿柱座（3）的母线方向设置且若干根陶瓷管（4）均与柱座（3）固定连接，柱座（3）的两端对称设置有连接法兰（5），其中一根陶瓷管（4）内穿设有加热丝（6），该陶瓷管（4）的其中一端与连接法兰（5）之间设置有陶瓷珠（7），陶瓷珠（7）与该陶瓷管（4）垂直设置，远离陶瓷珠（7）一侧的连接法兰（5）上开设有第一出线孔（501）和第二出线孔（502），加热丝（6）的其中一端从陶瓷珠（7）穿出后均匀缠绕在若干根陶瓷管（4）的外侧并最终从第一出线孔（501）穿出，加热丝（6）的另一端直接从第二出线孔（502）穿出，所述的若干根陶瓷管（4）和加热丝（6）的外侧共同灌封有石膏层，石膏层的外侧缠绕有玻璃纤维带。

2.根据权利要求1所述的一种精密小型黑体辐射源，其特征在于：穿设有加热丝（6）的陶瓷管（4）的另一端从第二出线孔（502）穿出并向外延伸。

3.根据权利要求2所述的一种精密小型黑体辐射源，其特征在于：所述第一出线孔（501）的内侧设置有用于加热丝（6）穿过的绝缘管。

4.根据权利要求3所述的一种精密小型黑体辐射源，其特征在于：所述壳体（1）包括内径依次减小的第三套筒（103）、第二套筒（102）以及第一套筒（101），加热芯（2）设置在第一套筒（101）的内侧，加热芯（2）的顶部和底部分别设置有顶板（104）和三叉板（105），第三套筒（103）、第二套筒（102）以及第一套筒（101）的底端平齐，第三套筒（103）与第二套筒（102）之间以及第二套筒（102）与第一套筒（101）之间均设置有套筒环（106），每一个套筒环（106）均通过螺钉与三叉板（105）可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的一种精密小型黑体辐射源，其特征在于：所述第二套筒（102）的顶部设置有若干个用于连接加热丝（6）两端的接线端子（9）。

6.根据权利要求5所述的一种精密小型黑体辐射源，其特征在于：若干个所述的接线端子（9）通过连接件（8）与第二套筒（102）相连，该连接件包括呈L型的第一连接件（801）和弧形板（802），第一连接件（801）较长的一端与第二套筒（102）的外壁相连，第一连接件（801）较短的一端位于在第二套筒（102）的正上方，弧形板（802）与第一连接件（801）较短的一端相连，若干个所述的接线端子（9）间隔设置在弧形板（802）上，加热丝（6）的两端分别连接至其中一个所述的接线端子（9）。

7.根据权利要求1所述的一种精密小型黑体辐射源，其特征在于：远离陶瓷珠（7）一侧的连接法兰（5）及柱座（3）的顶端内部共同穿设有用于对该黑体辐射源进行调试的PT电阻（10）, PT电阻（10）上还连接有温度控制器。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种精密小型黑体辐射源的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将若干根陶瓷管（4）粘接在柱座（3）的四周，并在其中的一根陶瓷管（4）内穿设加热丝（6）；

S2、将加热丝（6）的其中一端从陶瓷珠（7）穿出后均匀缠绕在若干根陶瓷管（4）的外侧并最终从第一出线孔（501）穿出，第一出线孔（501）的内侧设置有用于加热丝（6）穿过的绝缘管，加热丝（6）的另一端直接从第二出线孔（502）穿出；

S3、将绕制好的加热丝（6）匝间距调节均匀，确保加热丝（6）匝与匝之间以及加热丝（6）与柱座（3）之间绝缘良好；

S4、在常温下用万用表测量加热丝（6）两端之间的电阻值，若阻值在规定的范围内，则加热芯（2）绕制合格，否则需要重新绕制；

S5、将熟石膏粉和水按1:0.5的比例调和，搅拌成不能自由流动的糊状，将调和好的石膏涂抹到加热芯（2）的加热丝（6）上；

S6、加热芯（2）灌封完成后，放到通风干燥处3-5个小时自然晾干，待其充分硬化后，在石膏层的外围缠绕多层玻璃纤维带；

S7、再次在常温下用万用表测量加热丝（6）两端之间的电阻值，若阻值在规定的范围内，则加热芯（2）绕制合格，否则需要重新绕制；

S8、将绕制好的加热芯（2）安装在壳体（1）的内部，然后将加热丝（6）的两端连接至接线端子（9）。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤S5，在涂抹过程中可用刀片反复刮抹石膏，以保证石膏将加热丝（6）之间以及加热丝（6）与柱座（3）之间的空隙充分填充。

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