CN210005117U - 一种面源黑体辐射源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种面源黑体辐射源，包括壳体和安装于所述壳体中的圆形辐射体，所述辐射体采用无氧铜制造而成，所述辐射体的辐射面上开设有多个朝向所述辐射体的内部凹陷且相互同心的圆环，任意一所述圆环的截面均为V型槽，所述V型槽的槽深为1.5～2.0mm。无氧铜的导热性能非常优异，采用无氧铜进行辐射体的制造可以有效提高辐射体的温度均匀性，而当槽深处于1.5mm～2.0mm的范围内时，辐射体的温度均匀性也非常优异，由此，本实用新型中所公开的面源黑体辐射源保证了辐射体表面的温度均匀性，从而提高了红外标定的准确性和可靠性。

Description

一种面源黑体辐射源

技术领域

本实用新型涉及红外辐射测量技术领域，特别涉及一种特别适用于低温环境的面源黑体辐射源。

背景技术

面源黑体辐射源作为一种标准的辐射源，被广泛应用在红外辐射测温仪、红外热像仪的红外标定中，随着红外技术的迅速发展，红外遥感、探测与成像技术得到了越来越广泛的应用，与此同时也对面源黑体辐射源的标定精度以及分辨率提出了更高的要求。

除了需要具备高发射率之外，面源黑体辐射源的温度均匀性也是一项重要的技术指标，面源黑体辐射源的温度均匀性若得不到保障，那么其辐射特性也就会受到影响，从而影响红外标定的准确性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种面源黑体辐射源，以能够保证面源黑体辐射源的温度均匀性，从而提高红外标定的准确性。

为达到上述目的，本实用新型提供的面源黑体辐射源，包括壳体和安装于所述壳体中的圆形辐射体，所述辐射体采用无氧铜制造而成，所述辐射体的辐射面上开设有多个朝向所述辐射体的内部凹陷且相互同心的圆环，任意一所述圆环的截面均为V型槽，所述V型槽的槽深为1.5～2.0mm。

优选的，所述V型槽的槽角为50°～70°，且所述辐射体的辐射面上喷涂有涂料层。

优选的，所述壳体包括前面板、后面板、上盖以及下盖，所述前面板开设有辐射输出孔，所述后面板上设置有插接口，所述辐射体固定于安装板上，且所述安装板通过连接结构分别与所述前面板和所述后面板相连后形成整体框架，所述上盖和所述下盖扣设并连接于所述整体框架上。

优选的，所述连接结构为对称设置在所述安装板左右两侧的连接筋条，所述连接筋条沿所述壳体的前后方向延伸，且所述连接筋条的前端与所述前面板相连，后端与所述后面板相连。

优选的，所述辐射体与所述安装板的接触面上设置有保温层，所述安装板与所述上盖和所述下盖的接触位置设置有保温层，且所述壳体的内侧面上也均设置有保温层。

优选的，还包括设置于所述壳体内部且表面包覆有保温层的保护套筒，所述保护套筒的前端固定于所述前面板上，后端靠近所述辐射体，所述辐射输出孔、保护套筒以及所述辐射体同轴设置。

优选的，所述保护套筒的半径不小于所述辐射体的半径，且所述保护套筒的长度与自身半径的比值为2。

优选的，所述保护套筒为表面经过黑色阳极氧化处理的铝合金套筒。

优选的，所述壳体内还设置有温控组件，所述温控组件包括与所述辐射体的背面贴合接触的加热片、设置在所述加热片与所述辐射体之间的温度传感器以及与所述加热片和所述温度传感器相连的温度控制板，所述温度控制板安装于所述后面板上，所述加热片被设置在所述安装板上的压紧板压紧于所述辐射体上，且所述加热片与所述压紧板之间还设置有保温层，所述压紧板与所述后面板相对的一面上也设置有保温层。

优选的，所述壳体为铝合金密封壳体，且所述加热片为硅橡胶加热片。

无氧铜的导热性能非常优异，采用无氧铜进行辐射体的制造可以有效提高辐射体的温度均匀性，而当槽深处于1.5mm～2.0mm的范围内时，辐射体的温度均匀性也非常优异，由此，本实用新型中所公开的面源黑体辐射源保证了辐射体表面的温度均匀性，从而提高了红外标定的准确性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型中所公开的面源黑体辐射源的爆炸结构示意图；

图2为本实用新型中所公开的面板黑体辐射源沿辐射体的轴线纵向剖开后的结构示意图。

其中，1为辐射输出孔，2为前面板，3为保护套筒，4为保温层，5为上盖，6为温度控制板，7为后面板，8为压紧板，9为温度传感器，10为连接筋条，11为安装板，12为辐射体，13为下盖，14为插接口，15为加热片。

具体实施方式

本实用新型的核心是供一种面源黑体辐射源，以能够保证面源黑体辐射源的温度均匀性，从而提高红外标定的准确性。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考附图1和附图2，本实施例中所公开的面源黑体辐射源，包括壳体和呈圆形的辐射体12，辐射体12的一面为辐射面，另一面为辐射体12的背面，并且在本实用新型实施例中，辐射体12采用无氧铜制造而成，辐射体12的辐射面上开设有多个从辐射体12的表面向辐射体12内部凹陷的圆环，多个圆环同心设置，如图1中所示，并且每一个圆环的截面均为V型槽，V型槽的槽深为1.5mm～2.0mm。

本领域技术人员能够理解的是，V型槽同心圆结构可以保证辐射体12具有较为理想的发射率，无氧铜具有极低的电阻以及极为优异的导热性能，采用无氧铜制造辐射体12本身就可以从材料方面有效提高辐射体12的温度均匀性，并且经过研究发现，辐射体12上槽体的深度随着槽深度的增大而呈现近似线性的增大，综合考虑发射率和加工便利性，将V型槽的槽深选择在1.5mm～2.0mm的范围内，既可以保证辐射体12整体温度的均匀性，又能够保证辐射体12具有较高的发射率，这就提高了本实施例中所公开的面源黑体辐射源红外标定的准确性和可靠性。与此同时，该面源黑体辐射源还能够有效提高辐射体12加工的便利性。

经过研究，申请人发现将V型槽的槽深设计为1.7mm时其各项性能指标最为优异，因此本实用新型实施例中推荐将V型槽的槽深设计为1.7mm。

为了进一步提高辐射体12的发射率以及加工便利性，本实施例中V型槽的槽夹角推荐为50°～70°，优选的槽夹角为60°，需要进行说明的是，在本实施例中，所谓槽夹角具体是指V型槽两个侧面之间的夹角。当然，辐射体12的辐射面上还可以进一步喷射涂料层来提高辐射体12的发射率，该涂料层优选为型号为OKMO6670的红外黑体漆。

请参考图1和图2，本实施例中所公开的面源黑体辐射源中，壳体具体包括前面板2、后面板7、上盖5以及下盖13，前面板2上开设有辐射输出孔1，辐射输出孔1应当与辐射体12对应设置，后面板7上设置有一个或多个插接口14，插接口14优选的为航空插头，插接口14的作用在于进行电能和信号的传输，辐射体12通过螺丝(优选为沿圆周方向均匀布设的6颗)固定设置在安装板11上，并保证辐射体12的中心处于面板黑体辐射源的中心线上，安装板11通过连接结构分别与前面板2和后面板7相连之后形成一个整体框架，上盖5和下盖13扣设并连接在整体框架上。

本领域技术人员能够理解的是，安装板11可以通过多种连接结构实现与前面板2和后面板7之间的连接，例如，连接结构可以为卡扣或者其他转接件，在本实施例中，连接结构为对称设置在安装板11左右两侧的连接筋条10，如图1中所示，连接筋条10沿壳体的前后方向延伸，并且连接筋条10的前端与前面板2相连，连接筋条10的后端与后面板7相连，上盖5和下盖13扣设在整体框架上之后通过螺丝固定在整体框架上，最终由前面板2、后面板7、上盖5和下盖13形成了面源黑体辐射源的密封外壳(辐射输出孔1处不密封)。

需要进行说明的是，本实用新型实施例中，开设有辐射输出孔1面板为前面板2，与前面板2相对的一个面板为后面板7，前面板2与后面板7中心连线所代表的方向为前后方向，当人朝向前面板2站立，左手边为面源黑体辐射源的左边，右手边为面源黑体辐射源的右边。

由于面源黑体辐射源经常被用在南极和高山上的一些天文观测站的红外设备定标校准方面，因此其必须具备在极低温下启动和顺利工作的能力，为此，本实施例中所公开的面源黑体辐射源中，辐射体12与安装板11的接触面上设置有保温层4，安装板11与上盖5和下盖13的接触位置设置有保温层4，并且壳体的内侧面上也设置有保温层4，以避免低温对内部结构产生较大影响。保温层4可以为保温棉或其他保温材料。

更进一步的，在壳体内还设置有温控组件，温控组件具体包括加热片15、温度传感器9以及温度控制板6，如图1和图2中所示，加热片15与辐射体12的背面贴合接触，温度传感器9设置在加热片15与辐射体12之间，并且位于辐射体12背面所开设的凹槽中，加热片15和温度传感器9通过有线或无线的方式与温度控制板6相连，温度控制板6通过四颗铜柱安装在后面板7上，其作用在于接收温度传感器9返回的温度，并向加热片15输出计算的加热功率。加热片15被连接在安装板11上的压紧板8压紧在辐射体12上，并且为了防止热量散失，加热片15与压紧板8之间还设置了保温层4，压紧板8与后面板7相对的一面上也设置了保温层4，当然，压紧板8也可采用保温材料制成，进一步的，还可以在压紧板8与加热片15相对的一面上设置有反射层，以防止加热片的热量向后辐射。

温控组件中的加热片15采用硅橡胶加热片，其优点是防水性能好，发热快、温度均匀、热效率高、韧性好、抗化学腐蚀，使用温度范围为-62℃～235℃，完全满足辐射体12的加热需要，温度传感器9采用高精度铂电阻，温度控制板6可以采用STM32单片机作为控制芯片，用一路MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor金氧半场效晶体管)驱动加热片15进行工作，三路温度传感器9可以分别读取辐射面、面源黑体辐射源腔内和外界环境的温度，其中辐射面温度被用来作为反馈温度对辐射面进行PID温控。温度控制板6上的所有电子元器件都是耐低温的工业级产品，整板经过冰箱低温测试以保证在低温下正常工作，温度控制板6的供电接口和控制接口可通过12针航空插头从后面板7引出。

由此可见，上述实施例中所公开的面源黑体辐射源可适用于低温或者极低温环境，并能够使辐射体12的温度保持在设定温度范围。

为了进一步提高面源黑体辐射源的发射率，本实施例中还包括设置在壳体内部，并且表面包覆有保温层4的保护套筒3，保护套筒3的前端通过螺丝固定在前面板2上，如图1中所示，辐射输出孔1周围的通孔就是用于固定保护套筒3的，保护套筒3的后端非常接近辐射体12，辐射输出孔1、保护套筒3以及辐射体12同轴设置，增加保护套筒3之后，可以有效提高面源黑体辐射源的发射率。

在本实施例中，保护套筒3为表面经过黑色阳极氧化处理的铝合金套筒，保护套筒3的半径不小于辐射体12的半径，并且保护套筒3的长度与自身半径的比值取2，这样可以使面源黑体辐射源的有效发射率较没有保护套时的结果有较大提高，同时使得面源黑体辐射源的局部有效发射率分布更均匀。

壳体优选采用刚性较强，重量轻的铝合金制造，当然，用于连接前面板2和后面板7的连接筋板也可采用铝合金制造，上盖5和下盖13是薄板一体冲压形成的两个对称的钣金件，可以方便的拆卸，壳体的所有外表面都经过黑色阳极氧化处理，除辐射体12的辐射面外，壳体内部的各个位置均覆盖有保温层4，以保证整个面源黑体辐射源能够在较低温度下可靠工作。

以上对本实用新型所提供的面源黑体辐射源进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种面源黑体辐射源，包括壳体和安装于所述壳体中的圆形辐射体(12)，其特征在于，所述辐射体(12)采用无氧铜制造而成，所述辐射体(12)的辐射面上开设有多个朝向所述辐射体(12)的内部凹陷且相互同心的圆环，任意一所述圆环的截面均为V型槽，所述V型槽的槽深为1.5～2.0mm。

2.根据权利要求1所述的面源黑体辐射源，其特征在于，所述V型槽的槽夹角为50°～70°，且所述辐射体(12)的辐射面上喷涂有涂料层。

3.根据权利要求1所述的面源黑体辐射源，其特征在于，所述壳体包括前面板(2)、后面板(7)、上盖(5)以及下盖(13)，所述前面板(2)开设有辐射输出孔(1)，所述后面板(7)上设置有插接口(14)，所述辐射体(12)固定于安装板(11)上，且所述安装板(11)通过连接结构分别与所述前面板(2)和所述后面板(7)相连后形成整体框架，所述上盖(5)和所述下盖(13)扣设并连接于所述整体框架上。

4.根据权利要求3所述的面源黑体辐射源，其特征在于，所述连接结构为对称设置在所述安装板(11)左右两侧的连接筋条(10)，所述连接筋条(10)沿所述壳体的前后方向延伸，且所述连接筋条(10)的前端与所述前面板(2)相连，后端与所述后面板(7)相连。

5.根据权利要求4所述的面源黑体辐射源，其特征在于，所述辐射体(12)与所述安装板(11)的接触面上设置有保温层(4)，所述安装板(11)与所述上盖(5)和所述下盖(13)的接触位置设置有保温层(4)，且所述壳体的内侧面上也设置有保温层(4)。

6.根据权利要求3-5任意一项所述的面源黑体辐射源，其特征在于，还包括设置于所述壳体内部且表面包覆有保温层(4)的保护套筒(3)，所述保护套筒(3)的前端固定于所述前面板(2)上，后端靠近所述辐射体(12)，所述辐射输出孔(1)、保护套筒(3)以及所述辐射体(12)同轴设置。

7.根据权利要求6所述的面源黑体辐射源，其特征在于，所述保护套筒(3)的半径不小于所述辐射体(12)的半径，且所述保护套筒(3)的长度与自身半径的比值为2。

8.根据权利要求7所述的面源黑体辐射源，其特征在于，所述保护套筒(3)为表面经过黑色阳极氧化处理的铝合金套筒。

9.根据权利要求3-5、7-8任意一项所述的面源黑体辐射源，其特征在于，所述壳体内还设置有温控组件，所述温控组件包括与所述辐射体(12)的背面贴合接触的加热片(15)、设置在所述加热片(15)与所述辐射体(12)之间的温度传感器(9)以及与所述加热片(15)和所述温度传感器(9)相连的温度控制板(6)，所述温度控制板(6)安装于所述后面板(7)上，所述加热片(15)被设置在所述安装板(11)上的压紧板(8)压紧于所述辐射体(12)上，且所述加热片(15)与所述压紧板(8)之间还设置有保温层(4)，所述压紧板(8)与所述后面板(7)相对的一面上也设置有保温层(4)。

10.根据权利要求9所述的面源黑体辐射源，其特征在于，所述壳体为铝合金密封壳体，且所述加热片(15)为硅橡胶加热片。

Images