EP1071115A1 - Emetteur de rayonnement infrarouge en bande III et matériau composite permettant l'émission d'un tel rayonnement - Google Patents
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- H01K11/00—Lamps having an incandescent body which is not conductively heated, e.g. heated inductively, heated by electronic discharge
Definitions
- the present invention relates to an infrared radiation emitter in band III and a composite material allowing the emission of such infrared radiation.
- the present invention relates to a transmitter capable of transmitting infrared radiation in band III (8 to 12 ⁇ m in length wave) and intended, in particular, to be used in the same type of application, to simulate the optical signature of other types of aircraft.
- a device to simulate a signature in band III which is based on the emission of a highly emissive heated body.
- This known device comprises a metal dome, which is heated by a propane burner. Said device achieves a luminance of around 40 W / sr when mounted on a flying machine that flies at speed moderate (75 m / s).
- the object of the present invention is to remedy these drawbacks. It concerns a transmitter of reduced cost and size, to emit infrared radiation in band III, which have the aforementioned characteristics which are likely to be used in the applications indicated above.
- the transmitter according to the invention is capable of emitting radiation in band III of sufficient light energy for the applications considered.
- the emitted radiation has a luminance very reduced in bands I (1 ⁇ m - 1.5 ⁇ m) and II (3 ⁇ m - 5 ⁇ m), the energy consumption is reduced accordingly, allowing optimize the overall energy efficiency of said transmitter.
- the emissivity of a body is a value dimensionless which expresses the relationship between the luminance emitted by this body and the maximum luminance of an ideal body, called "black body”. This value varies, depending on the material and the wavelength, between 0 and 1.
- the oxide by depositing the oxide on a metal, the problems of cost, robustness, machining, heating and supply are remedied, which would exist if the oxide were used alone, with the conditions of surface (150 cm 2 ) and temperature (800 ° C) considered here.
- a metal e.g. titanium, copper, nickel or irradiated platinum
- said heater allows efficient heating of said composite material to a temperature prescribed between 500 ° C and 1000 ° C, preferably of the order of 800 ° C.
- said metal has a semi-spherical shape and said oxide is deposited on the semi-spherical external face of said metal.
- said heating device includes means for adjusting the heating temperature and realizes preferably Joule heating.
- Other modes of known heating are of course also possible.
- the present invention also relates to a composite material comprising a metal and an oxide, for the emission of infrared radiation in strip III, said composite material and in particular the oxide having the above characteristics.
- Figure 1 schematically shows a transmitter according to the invention.
- Figure 2 shows curves showing emissivity respectively a black body and a composite material according to the invention, depending on the wavelength.
- Figure 3 shows curves showing the luminance respectively a black body and a transmitter according to the invention, in function of the wavelength.
- the transmitter 1 according to the invention and shown diagrammatically in Figure 1 is intended to emit infrared radiation R in band III, specified below.
- FIG. 2 shows in dashed lines, the emissivity E2 of a perfect black body, which is assumed to be equal to 1 whatever the wavelength ⁇ considered.
- the emissivity curve E1 represented in FIG. 2, corresponds to that of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) which is the preferred oxide for the implementation of the present invention.
- magnesium oxide or ytrium oxide can also be used for the implementation of the invention, and in particular magnesium oxide or ytrium oxide.
- the emissivity E for longer wavelengths ⁇ at 10 ⁇ m is irrelevant in the context of the present invention, since the energy emitted for such wavelengths is negligible.
- said metal 4 preferably a common metal, for example titanium, copper, nickel or irradiated platinum, has a semi-spherical shape, for example of diameter 15 cm, and said oxide 5 is deposited on the semi-spherical external face of said metal 4, which makes it possible to obtain a high ratio between the emissive surface and the bulk of said material composite 3.
- a common metal for example titanium, copper, nickel or irradiated platinum
- said oxide 5 is deposited in the form of a layer thin, whose thickness results from a compromise between the optical properties of the oxide used and the constraints linked to the deposition process used work, and is, for example, close to 50 ⁇ m in the case of the oxide aluminum.
- said oxide 5 can be deposited by various known methods, for example by spraying with plasma.
- the choice of process depends, preferably, on the type of metal and of the type of oxide chosen.
- methods of thermal spraying a "PVD” (“Physical Vapor Deposition") process or a “CVD” (“Chemical Vapor Deposition”) process.
- the heater 6 is only provided as a preferred example. Other known heating devices can of course also be used.
- infrared radiation R in band III (8-12 ⁇ m) which has a luminance of 100 W / sr between 8 and 10 ⁇ m, with an emissive surface of for example 150 cm 2 .
- the transmitter 1 mainly transmits in band III, while the black body has a very high luminance peak located between 2 and 3 ⁇ m.
- the transmitter 1 according to the invention can be mounted on a flying machine, for example a target machine of type C22, to simulate the optical signature of an aircraft.
- a flying machine for example a target machine of type C22
- the existence of low luminance in the near range infrared makes it possible not to disturb certain guidance systems of missiles for the destruction of said target device, in particular systems provided of plotter in band I.
Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
Description
- la luminance, qui doit être de l'ordre de 100 W/sr entre 8 et 10 µm de longueur d'onde ;
- la tenue aux contraintes d'environnement mécanique et climatique, qui doit être compatible avec les conditions d'utilisation envisagées (montage sur un engin volant pouvant voler jusqu'à une vitesse proche de Mach 1 et pouvant monter jusqu'à une altitude de 4 000 m) ;
- l'encombrement (la surface émissive doit rester inférieure à quelques centaines de cm2) ; et
- le coût qui doit rester faible.
- une solution pyrotechnique utilisant un traceur à poudre. La mise en oeuvre d'une telle solution, et notamment le maintien d'une combustion stable, paraissent difficiles, voire impossibles, dans les conditions d'utilisation envisagées. De plus, la puissance lumineuse susceptible d'être émise en bande III semble insuffisante ;
- une solution utilisant un laser. Cette solution est prohibitive en termes de coût, de poids, d'encombrement et d'autonomie ; et
- des lampes de Nerst (barreau de matériau réfractaire, chauffé par effet Joule). Ces dernières sont trop fragiles et la puissance émise en bande III est bien insuffisante, pour les applications envisagées.
- le niveau de luminance obtenu est insuffisant (40 W/sr au lieu de 100 W/sr) ; et de plus
- le refroidissement dû au flux aérodynamique à la vitesse de vol élevée envisagée (280 m/s) provoquerait une chute de la température du dôme et l'effondrement du niveau de luminance.
- une source d'émission comportant un matériau composite qui comprend
un métal usuel et courant, par exemple du cuivre ou du nickel,
sur lequel est déposée une couche mince d'oxyde présentant, par
exemple une épaisseur de l'ordre de 50 µm, ledit oxyde présentant de
plus une émissivité qui est :
- inférieure à 0,2, au moins pour les longueurs d'onde de rayonnement émis, inférieures à 6 µm ; et
- supérieure à 0,8, pour les longueurs d'onde comprises entre 8 µm et 10 µm ; et
- un dispositif de chauffage susceptible de chauffer ledit matériau composite de sorte qu'il émette un rayonnement infrarouge en bande III.
- un réflecteur permettant de diriger le rayonnement infrarouge émis par la source d'émission selon un angle solide prédéfini, ce qui permet d'augmenter le rendement global de l'émetteur ; et/ou
- un boítier qui renferme la source d'émission, de manière à la protéger par rapport à l'extérieur, et qui est muni d'une fenêtre transparente aux rayonnements infrarouges émis par ladite source d'émission, ce qui permet notamment d'isoler la source émissive du flux aérodynamique externe.
- une source d'émission 2 comportant un matériau composite 3 qui
comprend un métal 4 sur lequel est déposée une couche mince
d'oxyde 5, ledit oxyde 5 présentant une émissivité E1, tel que représenté
sur la figure 2, qui est :
- inférieure à 0,2 au moins pour les longueurs d'onde λ inférieures à 6 µm ; et
- supérieure à 0,8 et le plus proche possible de 1 pour les longueurs d'onde λ comprises entre 8 µm et 10 µm ; et
- un dispositif de chauffage 6 susceptible de chauffer ledit matériau composite 3 de sorte qu'il émette un rayonnement infrarouge en bande III.
- des moyens 7 connus, par exemple des résistances électriques, représentés schématiquement et destinés à chauffer par effet Joule ledit métal 4 ;
- des moyens 8 connus, pour régler la température de chauffage, comme illustré par une liaison 9 ; et
- une unité 10 d'alimentation en courant électrique, reliée par une liaison 11 aux moyens 8.
- un réflecteur métallique 12, par exemple de forme parabolique, centré autour du matériau composite 3 et permettant de diriger le rayonnement infrarouge R émis par ladite source émissive 2 selon un angle solide a prédéfini, ce qui permet d'augmenter le rendement global de l'émetteur 1 ; et
- un boítier, dont on a uniquement représenté une fenêtre 13, destiné à protéger la source émissive 2 de l'extérieur, et notamment du flux aérodynamique externe lorsque l'émetteur 1 est monté sur un engin volant. Ladite fenêtre 13 est bien entendu transparente auxdits rayonnements infrarouges R.
- d'une part, la luminance L1 de l'émetteur 1 conforme à l'invention ; et
- d'autre part, à titre de comparaison, la luminance L2 d'un corps noir, dans les mêmes conditions de mise en oeuvre.
Claims (16)
- Emetteur de rayonnement infrarouge en bande III,
caractérisé en ce qu'il comprend :une source d'émission (2) comportant un matériau composite (3) qui comprend un métal (4) sur lequel est déposée une couche mince d'oxyde (5), ledit oxyde présentant une émissivité qui est :inférieure à 0,2 au moins pour les longueurs d'onde de rayonnement émis (R), inférieures à 6 µm ; etsupérieure à 0,8 pour les longueurs d'onde comprises entre 8 µm et 10 µm ; etun dispositif de chauffage (6) susceptible de chauffer ledit matériau composite (3) de sorte qu'il émette un rayonnement infrarouge en bande III. - Emetteur selon la revendication 1,
caractérisé en ce que ladite couche mince présente une épaisseur de l'ordre de 50 µm. - Emetteur selon l'une des revendications 1 et 2,
caractérisé en ce que ledit oxyde (5) est de l'oxyde d'aluminium. - Emetteur selon l'une des revendications 1 et 2,
caractérisé en ce que ledit oxyde (5) est de l'oxyde de magnésium. - Emetteur selon l'une des revendications 1 et 2,
caractérisé en ce que ledit oxyde (5) est de l'oxyde d'ytrium. - Emetteur selon l'une des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que ledit métal (4) présente une forme demi-sphérique et en ce que ledit oxyde (5) est déposé sur la face externe demi-sphérique dudit métal (4). - Emetteur selon l'une des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que ledit dispositif de chauffage (6) comprend des moyens (8) pour régler la température de chauffage. - Emetteur selon l'une des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce que ledit dispositif de chauffage (6) réalise un chauffage par effet Joule. - Emetteur selon l'une des revendications 1 à 8,
caractérisé en ce qu'il comporte de plus un réflecteur (12) permettant de diriger le rayonnement infrarouge (R) émis par ladite source d'émission (2) selon un angle solide prédéfini. - Emetteur selon l'une des revendications 1 à 9,
caractérisé en ce qu'il comporte de plus un boítier qui renferme la source d'émission (2), de manière à la protéger par rapport à l'extérieur, et qui est muni d'une fenêtre (13) transparente au rayonnement infrarouge (R) émis par ladite source d'émission (2). - Matériau composite pour l'émission de rayonnement infrarouge en bande III,
caractérisé en ce qu'il comporte un métal (4) et un oxyde (5), en ce que ledit oxyde (5) est déposé sous forme de couche mince sur ledit métal (4), et en ce que ledit oxyde (5) présente une émissivité qui est :inférieure à 0,2 pour les longueurs d'onde inférieures à 6 µm ; etsupérieure à 0,8 pour les longueurs d'onde comprises entre 8 µm et 10 µm. - Matériau selon la revendication 11,
caractérisé en ce que ladite couche mince présente une épaisseur de l'ordre de 50 µm. - Matériau selon l'une des revendications 11 et 12,
caractérisé en ce que ledit oxyde (5) est de l'oxyde d'aluminium. - Matériau selon l'une des revendications 11 et 12,
caractérisé en ce que ledit oxyde (5) est de l'oxyde de magnésium. - Matériau selon l'une des revendications 11 et 12,
caractérisé en ce que ledit oxyde (5) est de l'oxyde d'ytrium. - Matériau selon l'une des revendications 11 à 15,
caractérisé en ce que ledit métal (4) présente une forme demi-sphérique et en ce que ledit oxyde (5) est déposé sur la face externe demi-sphérique dudit métal (4).
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