CN114397025B - 一种用于外场目标特性校准的标准辐射源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于外场目标特性校准的标准辐射源，包括：石墨腔、支撑端和温控装置；石墨腔的一端为辐射出口，且所述石墨腔内设置有腔底；支撑端包括固定端和滑动端，所述固定端设置在所述石墨腔外远离所述辐射出口的一端，所述滑动端设置在所述石墨腔外靠近所述辐射出口的一端且可沿所述石墨腔的轴向滑动；温控装置与所述石墨腔配合设置；滑动端的设置，可在石墨腔高温膨胀时消除热膨胀应力，确保石墨腔的性能稳定，提高发射率，保证外场工作时的发射准确性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及红外特性测量设备校准技术领域，尤其涉及一种用于外场目标特性校准的标准辐射源。
背景技术
目前，随着技术的发展，红外成像器的应用已经扩展至临近空间及外太空，这些系统包括空间红外观测系统、临近空间探测系统、星载红外遥感系统等，随着这些红外载荷技战术性能要求的逐步提高，高精度定量化探测已成为红外载荷进一步发展的必然趋势。
高精度红外光学设备在我国应用广泛，为了支持红外技术的应用，需要开展目标特性测量，需要用到大量的红外目标特性测量设备，包括中/长波红外热像仪、光电吊舱、红外成像器等，这些设备工作环境多为外场，并且测量温度范围宽，辐射参数定标是红外载荷实现定量化探测的基础与前提条件，为了保证其测量数据的准确性，需要在外场对其开展辐射定标及辐射参数校准。
但是，现有的辐射定标的标准辐射源一般仅用在实验室内，由于其发射率低，功耗大，并且由于热膨胀应力，辐射准确度、使用寿命等收到较大影响，无法工作在高温段，外场工作无法保证准确性。
发明内容
本发明提供了一种用于外场目标特性校准的标准辐射源，以解决现有技术中存在的标准辐射源热膨胀应力带来的辐射准确度低，无法工作在外场的问题。
一种用于外场目标特性校准的标准辐射源，包括：石墨腔、支撑端和温控装置；
所述石墨腔的一端为辐射出口，且所述石墨腔内设置有腔底；
所述支撑端包括固定端和滑动端，所述固定端设置在所述石墨腔外远离所述辐射出口的一端，所述滑动端设置在所述石墨腔外靠近所述辐射出口的一端且可沿所述石墨腔的轴向滑动；
所述温控装置与所述石墨腔配合设置。
进一步地，所述固定端包括固定在所述石墨腔远离所述辐射出口的一端外的第一石墨以及设置在所述第一石墨外的第一电极。
进一步地，所述滑动端包括设置在所述石墨腔外的第二石墨以及设置在所述第二石墨外的第二电极。
进一步地，所述腔底的形状为圆锥形。
进一步地，所述温控装置包括控制器以及均匀分布于所述石墨腔外部的多个温度传感器，所述多个温度传感器与所述控制器电连接。
进一步地，所述石墨腔远离所述辐射出口的一端设置有测温窗口。
进一步地，所述温控装置还包括设置在所述测温窗口的非接触测温元件，所述非接触测温元件与所述控制器连接。
进一步地，所述石墨腔外部还设置有隔热层。
进一步地，所述石墨腔外部还设置有冷却管路，用于通入冷却水为所述石墨腔降温。
进一步地，所述石墨腔外部分布有加热丝，所述加热丝外部设置有绝缘层。
本发明提供的，至少包括如下有益效果：
(1)滑动端的设置，可在石墨腔高温膨胀时消除热膨胀应力，确保石墨腔的性能稳定，提高发射率，保证外场工作时的发射准确性和稳定性；
(2)通过温控装置的控制温度，定量确定标准辐射源的辐射量值，使得标准辐射源能够工作在较宽温度范围内，从而满足外场使用需求；
(3)隔热层的设置，能够隔绝石墨腔散热，节省功率；
(4)冷却管路的设置，冷却水的循环，降低石墨腔101表面温度，带走多于热量，使得温度控制在稳定的范围，提升标准辐射源的稳定性；
(5)采用细分加热的方式，能够使得各个区域加热均匀，温度一直，确保均温效果。
附图说明
图1为本发明提供的用于外场目标特性校准的标准辐射源一种实施例的结构示意图。
图2为本发明提供的用于外场目标特性校准的标准辐射源中石墨腔与支撑端一种实施例的结构示意图。
图3为本发明提供的用于外场目标特性校准的标准辐射源中温控装置一种实施例的结构示意图。
图4为本发明提供的用于外场目标特性校准的标准辐射源第二种实施例的结构示意图。
图5为本发明提供的用于外场目标特性校准的标准辐射源第三种实施例的结构示意图。
具体实施方案
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
参考图1，本实施例提供一种用于外场目标特性校准的标准辐射源，包括：石墨腔101、支撑端和温控装置102；
石墨腔101的一端为辐射出口1011，且石墨腔101内设置有腔底1012；
支撑端包括固定端103和滑动端104，固定端103设置在石墨腔 101外远离辐射出口1011的一端，滑动端104设置在石墨腔外靠近辐射出口1011的一端且可沿石墨腔101的轴向滑动；
温控装置102与石墨腔101配合设置。
具体地，为石墨腔101通电，石墨腔101加热产生红外辐射，从辐射出口1011出射，在加热过程中，固定端103固定不动，石墨腔 101由于热膨胀沿轴向伸展，在滑动端104释放应力，在降温过程中，石墨腔101沿轴向收缩，回到初始位置，通过滑动端104释放应力，从而提高辐射准确度，在此过程中，通过温控装置测量并控制石墨腔 101各部分的温度，定量确定辐射量值。
参考图2，固定端103包括固定在石墨腔101远离辐射出口1011 的一端外的第一石墨105以及设置在第一石墨105外的第一电极106。
滑动端104包括设置在石墨腔101外的第二石墨107以及设置在第二石墨107外的第二电极108。
第一电极106和第二电极108用于通电为石墨腔101提供电功率，从而对石墨腔101进行加热。
其中，第二石墨107与石墨腔101为无间隙配合，在加热过程中，第二石墨107与石墨腔101的圆周接触面的接触热阻几乎不发生变化，消除强电流加热方式的电弧现象。
在一些实施例中，第一电极107和第二电极108采用耐高温的陶瓷电极，最大电流大于或等于20A，最高温度大于或等于1600℃。
辐射源的有效发射率由空腔几何形状、内壁材料的发射率及反射特性决定，辐射源的有效发射率计算采用蒙特卡洛方法，对常用的空腔各种腔型比较计算，在壁面材料发射率已确定并相同的条件下，计算腔型的法向平均有效发射率，根据计算结果选择合适的腔型。
在需定量给出空腔辐射源有效发射率的结果时，计算结果均给出 5位有效数字。除特殊说明外，计算条件设为光束数为100万条，能量流的阈值设为1×10-6。由于辐射源有效发射率计算结果绝对不确定度与追迹光束数量的平方根的倒数成正比，100万条追迹光束数量对于计算从0.99到0.9999以上的等温空腔辐射源有效发射率是足够的，等温空腔辐射源有效发射率计算结果不确定度在1×10-4以下的水平。
经初步计算，当腔的长径比大于6，锥底角120°，腔体内表面发射率为0.8的条件下，圆锥-圆柱腔发射率大于0.9992，可满足要求，并且本腔型加工实现相对容易，因此，本实施例中的石墨腔101选择的圆锥-圆柱形辐射腔，腔底1012为圆锥形，增大腔体的内表面积，提高标准辐射源发射率，此外，还可以将石墨腔内部加工成同心螺纹，并对内表面进行表面处理，进一步提高发射率。
参考图3，在一些实施例中，温控装置102包括控制器1021以及均匀分布于石墨腔101外部的多个温度传感器1022，多个温度传感器1022与控制器1021电连接。
在一些实施例中，温度传感器1022可以是S型标准热电偶。
温度传感器1022可以设置于石墨腔外部，也可内埋于石墨腔的内壁中。
控制器1021通过控制第一电极和第二电极为石墨腔101通电，控制石墨腔101的加热。
控制器1021用于实现温度控制，利用PID算法，控制石墨腔温度，确保温度稳定。通过设定控温值，将石墨腔加热到指定温度。
在一些实施例中，石墨腔101远离辐射出口1011的一端设置有测温窗口1013。
在一些实施例中，温控装置102还包括设置在测温窗口1013的非接触测温元件，非接触测温元件与控制器1021连接。非接触测温元件可以为硅光电高温计。
参考图4，在一些实施例中，石墨腔101外部还设置有隔热层109。
在一些实施例中，隔热层109可以为热防护毡，采用耐高温的隔热材料制成，耐高温材料可以为玻璃纤维、气凝胶等，隔热层109用于隔绝石墨腔散热，节省功率。
在一些实施例中，石墨腔101外部还设置有冷却管路110，用于通入冷却水为石墨腔101降温。
冷却管路110为循环管路，通入冷却水之后通过冷却水的循环，降低石墨腔101表面温度，带走多于热量，使得温度控制在稳定的范围，提升标准辐射源的稳定性。
在一些实施例中，参考图5，石墨腔101外部分布有加热丝111，加热丝111外部设置有绝缘层112。
采用细分加热的方式，在石墨腔101外部均匀分布加热丝对石墨腔101进行加热，能够使得各个区域加热均匀，温度一直，确保均温效果。
综上，本实施例提供的用于外场目标特性校准的标准辐射源，至少包括如下有益效果：
(1)滑动端的设置，可在石墨腔高温膨胀时消除热膨胀应力，确保石墨腔的性能稳定，提高发射率，保证外场工作时的发射准确性和稳定性；
(2)通过温控装置的控制温度，定量确定标准辐射源的辐射量值，使得标准辐射源能够工作在较宽温度范围内，从而满足外场使用需求；
(3)隔热层的设置，能够隔绝石墨腔散热，节省功率；
(4)冷却管路的设置，冷却水的循环，降低石墨腔101表面温度，带走多于热量，使得温度控制在稳定的范围，提升标准辐射源的稳定性；
(5)采用细分加热的方式，能够使得各个区域加热均匀，温度一直，确保均温效果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种用于外场目标特性校准的标准辐射源，其特征在于，包括：石墨腔、支撑端和温控装置；
所述石墨腔的一端为辐射出口，且所述石墨腔内设置有腔底；
所述支撑端包括固定端和滑动端，所述固定端设置在所述石墨腔外远离所述辐射出口的一端，所述滑动端设置在所述石墨腔外靠近所述辐射出口的一端且可沿所述石墨腔的轴向滑动；
所述温控装置与所述石墨腔配合设置；
所述固定端包括固定在所述石墨腔远离所述辐射出口的一端外的第一石墨以及设置在所述第一石墨外的第一电极；
所述滑动端包括设置在所述石墨腔外的第二石墨以及设置在所述第二石墨外的第二电极；
所述腔底的形状为圆锥形；
所述温控装置包括控制器以及均匀分布于所述石墨腔外部的多个温度传感器，所述多个温度传感器与所述控制器电连接；
所述石墨腔远离所述辐射出口的一端设置有测温窗口；
所述温控装置还包括设置在所述测温窗口的非接触测温元件，所述非接触测温元件与所述控制器连接。
2.根据权利要求1所述的用于外场目标特性校准的标准辐射源，其特征在于，所述石墨腔外部还设置有隔热层。
3.根据权利要求1所述的用于外场目标特性校准的标准辐射源，其特征在于，所述石墨腔外部还设置有冷却管路，用于通入冷却水为所述石墨腔降温。
4.根据权利要求1所述的用于外场目标特性校准的标准辐射源，其特征在于，所述石墨腔外部分布有加热丝，所述加热丝外部设置有绝缘层。
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