CN217654628U - 一种宽温度区间低温腔式黑体辐射源、组件及设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽温度区间低温腔式黑体辐射源、组件及设备，其中黑体辐射源包括前端开口的黑体腔以及依次固定对称紧贴黑体腔两侧的垫板、半导体制冷器、液冷板和风冷散热组件，所述半导体制冷器的冷端贴在垫板上，热端贴在液冷板上。本实用新型通过在液冷板上紧贴风冷散热组件，当半导体制冷器制热时可降低半导体制冷器的冷端温度，即可保证半导体制冷器热端温度达到150℃，而冷端温度不超过100℃，保证半导体制冷器的制冷、制热性能优良以及宽温度区间的实现，真正实现覆盖黑体腔的腔体上限温度150℃。

Description

一种宽温度区间低温腔式黑体辐射源、组件及设备

技术领域

本实用新型涉及光学特性技术领域，尤其涉及一种宽温度区间低温腔式黑体辐射源、组件及设备。

背景技术

设备黑体的主要功能是产生一定温度下的标准辐射，在温度计量中主要用于检定各种辐射温度计，如光学高温计、红外温度计、红外热像仪等。随着科学技术的发展，设备黑体的用途已经不局限于在温度计量方面的应用，在光学方面，已经普遍采用设备黑体作为标准辐射源和标准背景光源。在光学应用中，近年来随着红外技术的发展，腔式黑体的应用越来越广泛，并已经开始向低温领域发展。

公开号为CN105865632A的中国发明专利申请《基于半导体和微型水冷散热技术的便携式黑体计量炉》，公开了一种基于半导体和微型水冷散热技术的便携式黑体计量炉，仅仅在黑体腔底面布置一个半导体制冷器和一个水冷板，因此工作温度范围窄，因半导体制冷器冷热端温差上限有限，要实现腔体上限温度150℃，水冷板温度会升至100℃，此时水冷板中的水已沸腾，无法覆盖到上限150℃，因此工作温度范围窄。公开号为 CN208704887U的中国新型专利申请《一种半导体制冷管式黑体辐射源》也存在同样的问题，无法覆盖到上限150℃。因此如何扩大低温腔式黑体工作温度范围，成为低温腔式黑体工作研究中的不可忽视的一部分。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足之处而提出一种宽温度区间低温腔式黑体辐射源、组件及设备，扩大了低温腔式黑体的工作温度范围，真正实现覆盖腔体上限温度150℃。

实现本实用新型目的技术方案是：

一种宽温度区间低温腔式黑体辐射源，包括前端开口的黑体腔以及依次固定对称紧贴黑体腔两侧的垫板、半导体制冷器、液冷板和风冷散热组件，所述半导体制冷器的冷端贴在垫板上，热端贴在液冷板上。

进一步地，所述风冷散热组件包括固定相连的导冷块和散热风扇，所述导冷块的一端紧贴液冷板，另一端紧贴散热风扇。

进一步地，所述半导体制冷器设有四组并分别位于黑体腔两侧的前部和后部。

进一步地，所述黑体腔为铝材且内表面均匀分布有消光螺纹。

进一步地，所述黑体腔的内表面后端设有向后延伸且垂直于底部的锥面，所述锥面的夹角为120°。

一种宽温度区间低温腔式黑体组件，包括隔热组件以及固定安装在隔热组件内的如上所述的黑体辐射源，所述黑体辐射源的前端固定安装有防结霜装置，所述防结霜装置的前端延伸至隔热组件外部、后端连通黑体腔。

进一步地，所述隔热组件包括隔热盒、设于隔热盒与黑体辐射源之间的保温层以及设于防结霜装置与黑体辐射源的连接处的隔热板；所述隔热盒上设有正对风冷散热组件的散热孔。

进一步地，所述黑体腔的后端与隔热盒之间固定连接有贯穿保温层的隔热柱；所述液冷板与保温层之间嵌装有耐高温的压板。

一种宽温度区间低温腔式黑体设备，包括壳体，所述壳体内设有电源模块以及均与电源模块电连接的温控模块和如上所述的宽温度区间低温腔式黑体组件，所述防结霜装置的前端延伸至壳体外部。

进一步地，所述温控模块包括与壳体前端固定连接的温控器以及与温控器电连接的温度传感器，所述半导体制冷器与温控器电连接，所述温度传感器插入所述黑体腔上，所述壳体的后端设有与温控器电连接的通讯接口，所述温控器通过通讯接口连接外部计算机。

进一步地，所述电源模块包括固定安装在壳体内部底端的开关电源，设于壳体后端并与开关电源电连接的供电接口以及设于壳体的前端并与供电接口电连接的启停开关。通过供电接口给启停开关供电，启停开关给开关电源供电，并控制整个设备的启停，使得整体电源模块设计简洁，使用安全。

采用了上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果：

(1)本实用新型通过在液冷板上紧贴风冷散热组件，当半导体制冷器制热时可降低半导体制冷器的冷端温度，即可保证半导体制冷器热端温度达到150℃，而冷端温度不超过100℃，保证半导体制冷器的制冷、制热性能优良以及宽温度区间的实现，真正实现覆盖黑体腔的腔体上限温度150℃。

(2)本实用新型风冷散热组件由导冷块和散热风扇组成，通过导冷块及时将热量传递出去，增加了散热面积，同时通过散热风扇加速空气流动，进一步提高散热效果。

(3)本实用新型的半导体制冷器设有四组并分散在黑体腔的外周，从而均匀控制黑体腔的温度。

(4)本实用新型黑体腔为铝材，热传递效率高，腔体内表面设有消光螺纹，避免反光，同时腔体后端设有120°锥面，使得有效发射率高于0.995。

(5)本实用新型黑体组件通过将黑体辐射源安装在隔热组件内形成一个整体，方便安装在设备中，同时隔热组件有效隔绝黑体腔和半导体制冷器与外界的空气对流，从而用于红外标定时的测量精准度；同时黑体组件设有防结霜组件，避免低温环境下，黑体腔表面结霜，从而提高温度准确性。

(6)本实用新型隔热组件采用隔热盒、保温层和隔热板的组合形式，结构简洁并且全方位的隔绝黑体辐射源与外部空气对流，提高黑体辐射源的温度稳定性。

(7)本实用新型通过隔热柱和压板的组合形式，实现黑体辐射源固定安装在隔热组件内。

(8)本实用新型黑体设备设有具有防结霜功能的黑体组件，不仅工作温度范围宽，同时提高温度稳定性，通过设置温控模块来控制黑体辐射源，从而实现调节黑体辐射源的温度。

(9)本实用新型的温控模块通过温度传感器实时测量黑体腔的温度，并通过温控器来调节半导体制冷器，进行温度校正，保证温度的准确性。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中：

图1为本实用新型内部结构示意图；

图2为本实用新型的主视图；

图3为本实用新型的后视图。

附图中的标号为：

壳体1；

电源模块2、开关电源2-1、供电接口2-2、启停开关2-3、保险丝2-4；

温控模块3、温控器3-1、温度传感器3-2、通讯接口3-3；

隔热组件4、隔热盒4-1、保温层4-2、隔热板4-3、隔热柱4-5、压板4-6；

黑体辐射源5、黑体腔5-1、垫板5-2、半导体制冷器5-3、液冷板5-4、导冷块5-5、散热风扇5-6；

防结霜装置6、保护盖6-1、气帘盖6-2、气帘6-3、接头6-4。

具体实施方式

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进行详细的说明。

(实施例1)

如图1至图3所示的宽温度区间低温腔式黑体设备，包括壳体1以及设于壳体1内的电源模块2、温控模块3和宽温度区间黑体组件，其中温控模块3和宽温度区间低温腔式黑体组件均与电源模块2电连接。宽温度区间低温腔式黑体组件包括隔热组件4、黑体辐射源5和防结霜装置6，黑体辐射源5固定安装在隔热组件4内，包括前端开口的黑体腔5-1以及依次固定对称紧贴黑体腔5-1两侧的垫板5-2、半导体制冷器5-3、液冷板5-4和风冷散热组件，半导体制冷器5-3的冷端贴在垫板5-2上，热端贴在液冷板 5-4上。防结霜装置6固定安装在黑体辐射源5的前端，并且前端延伸至壳体1的外部、后端连通黑体腔5-1。

通过将黑体辐射源5安装在隔热组件4内形成一个整体，方便安装在设备中，利用隔热组件4有效隔绝黑体腔5-1和半导体制冷器5-3与外界的空气对流，从而用于红外标定时的测量精准度。同时黑体组件设有防结霜组件6，避免低温环境下，黑体腔5-1 表面结霜，从而提高温度准确性。通过在液冷板5-4上紧贴风冷散热组件，当半导体制冷器5-3制热时可降低半导体制冷器5-3的冷端温度，即可保证半导体制冷器5-3热端温度达到150℃，而冷端温度不超过100℃，保证半导体制冷器5-3的制冷、制热性能优良以及宽温度区间的实现，真正实现覆盖黑体腔的腔体上限温度150℃。

具体地，风冷散热组件包括固定相连的导冷块5-5和散热风扇5-6，导冷块5-5的一端紧贴液冷板5-4，另一端紧贴散热风扇5-5。通过导冷块5-5及时将热量传递出去，增加了散热面积，同时通过散热风扇5-4加速空气流动，进一步提高散热效果。半导体制冷器5-3设有四组并分别位于黑体腔5-1两侧的前部和后部，从而均匀控制黑体腔5-1 的温度。黑体腔5-1为铝材，内表面黑体阳极氧化处理并均匀分布有消光螺纹，避免反光，内表面后端设有向后延伸且垂直于底部的120°锥面，从而实现有效发射率高于 0.995。

电源模块2包括开关电源2-1、供电接口2-2、启停开关2-3和保险丝2-4，开关电源2-1固定安装在壳体1的内部底端，供电接口2-2设于壳体1的后端并与开关电源2-1 电连接，启停开关2-3设于壳体1的前端并与供电接口电连接的启停开关，保险丝2-4 设于壳体1的后端。通过供电接口2-2给启停开关2-3供电，启停开关2-3给开关电源 2-1供电，并控制整个设备的启停，使得整体电源模块2设计简洁，使用安全。

温控模块3包括温控器3-1、温度传感器3-2和通讯接口3-3，温控器3-1的型号为TCM1031并与壳体1的前端固定连接，半导体制冷器5-3设有四组且并联后与温控器 3-1电连接，温度传感器3-2与温控器3-1电连接并插入黑体腔5-1的后端，通讯接口 3-3设于壳体1的后端并与温控器3-1电连接，温控器3-1通过通讯接口3-3连接外部计算机，通过温度传感器2-2实时测量黑体腔5-1的温度，并反馈给外部计算机，通过计算机调节温控器3-1来控制半导体制冷器5-3工作，保证温度的准确性。

隔热组件4包括隔热盒4-1、保温层4-2、隔热板4-3、隔热柱4-5和压板4-6，隔热盒固定安装在壳体1内，两侧设有正对散热孔。保温层4-2设于隔热盒4-1与黑体辐射源5之间，隔热板4-3设于防结霜装置与黑体辐射源的连接处，结构简洁并且全方位的隔绝黑体辐射源5与外部空气以及壳体1内部空气的对流，提高黑体辐射源5的温度稳定性。隔热柱4-5贯穿保温层4-2并且两端分别与黑体腔5-1和隔热盒4-1固定相连，压板4-6为FR-4环氧板并嵌装在液冷板5-4与保温层4-2之间，从而实现黑体辐射源5 固定安装在隔热组件4内。

防结霜组件6包括保护盖6-1、气帘盖6-2、气帘6-3和接头6-4。气帘6-3固定安装在黑体腔5-1的前端并且外周面上设有多个连通黑体腔5-1的小孔，气帘盖6-2密封安装在气帘6-3的前部并将小孔完全罩住，同时气帘盖6-2与气帘6-3沿径向设有间隙，接头6-4安装在气帘盖6-2的顶部并与间隙相连通。保护盖6-1罩设在气帘盖6-2的前端。当被测系统需要进行校准时，取下保护盖6-1，通过气管连接接头6-4和外部气源，本实施例外部气源优选氮气，氮气通过从气帘6-3内小孔中喷出，从而在腔式黑体表面形成均匀的气幕，能有效阻止空气与腔式黑体内表面进行对流换热，同时避免了直接向腔式黑体表面吹干燥气体引起的腔式黑体内表面温度变化明显，温度准确度不高的缺陷，从而保证本设备腔式黑体的测量准确性。

本实施例不仅能覆盖腔体上限温度150℃，实现低温腔式黑体工作温度范围宽，同时提高低温腔式黑体的温度稳定性，扩大了低温腔式黑体的工作温度范围，同时有效避免低温腔式黑体表面结霜，保证低温腔式黑体的温度准确性。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽温度区间低温腔式黑体辐射源，其特征在于：包括前端开口的黑体腔以及依次固定对称紧贴黑体腔两侧的垫板、半导体制冷器、液冷板和风冷散热组件，所述半导体制冷器的冷端贴在垫板上，热端贴在液冷板上。

2.根据权利要求1所述的一种宽温度区间低温腔式黑体辐射源，其特征在于：所述风冷散热组件包括固定相连的导冷块和散热风扇，所述导冷块的一端紧贴液冷板，另一端紧贴散热风扇。

3.根据权利要求1所述的一种宽温度区间低温腔式黑体辐射源，其特征在于：所述半导体制冷器设有四组并分别位于黑体腔两侧的前部和后部。

4.根据权利要求1所述的一种宽温度区间低温腔式黑体辐射源，其特征在于：所述黑体腔为铝材且内表面均匀分布有消光螺纹。

5.根据权利要求4所述的一种宽温度区间低温腔式黑体辐射源，其特征在于：所述黑体腔的内表面后端设有向后延伸且垂直于底部的锥面，所述锥面的夹角为120°。

6.一种宽温度区间低温腔式黑体组件，其特征在于：包括隔热组件以及固定安装在隔热组件内的如权利要求1至5任一项所述的黑体辐射源，所述黑体辐射源的前端固定安装有防结霜装置，所述防结霜装置的前端延伸至隔热组件外部、后端连通黑体腔。

7.根据权利要求6所述的一种宽温度区间低温腔式黑体组件，其特征在于：所述隔热组件包括隔热盒、设于隔热盒与黑体辐射源之间的保温层以及设于防结霜装置与黑体辐射源的连接处的隔热板；所述隔热盒上设有正对风冷散热组件的散热孔。

8.根据权利要求6所述的一种宽温度区间低温腔式黑体组件，其特征在于：所述黑体腔的后端与隔热盒之间固定连接有贯穿保温层的隔热柱；所述液冷板与保温层之间嵌装有耐高温的压板。

9.一种宽温度区间低温腔式黑体设备，其特征在于：包括壳体，所述壳体内设有电源模块以及均与电源模块电连接的温控模块和如权利要求6至8任一项所述的宽温度区间低温腔式黑体组件，所述防结霜装置的前端延伸至壳体外部。

10.根据权利要求9所述的一种宽温度区间低温腔式黑体设备，其特征在于：所述温控模块包括与壳体前端固定连接的温控器以及与温控器电连接的温度传感器，所述半导体制冷器与温控器电连接，所述温度传感器插入所述黑体腔上，所述壳体的后端设有与温控器电连接的通讯接口，所述温控器通过通讯接口连接外部计算机。

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