ES2265326T3 - Emisor de radiacion de infrarrojos en banda iii y material compuesto que permite la emision de dicha radiacion de infrarrojos. - Google Patents
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Abstract
Emisor de radiación de infrarrojos en banda III, que comprende: - una fuente de emisión (2) que comporta un material compuesto (3) que comprende un metal (4) sobre el cual está depositada una fina capa de óxido (5); y - un dispositivo de calentamiento (6) susceptible de calentar dicho material compuesto (3) de modo que emita una radiación de infrarrojos en banda III; caracterizado porque dicha capa de óxido presenta una emisividad que es: - inferior a 0, 2 al menos para las longitudes de onda de radiación emitida (R) inferior a 6 µm, y - superior a 0, 8 para las longitudes de onda comprendidas entre 8 µm y 10 µm.
Description
Emisor de radiación de infrarrojos en banda III
y material compuesto que permite la emisión de dicha radiación de
infrarrojos.
La presente invención se refiere a un emisor de
radiación de infrarrojos en banda III y a un material compuesto que
permite la emisión de dicha radiación de infrarrojos. La patente
JP-A-05190157 describe un emisor que
comporta un material compuesto, que comprende un metal sobre el
cual está depositada una fina capa de Al_{2}O_{3}, cuya
emisividad es superior a 0,8 para las longitudes de onda
comprendidas entre 8 \mum y 10 \mum y superior a 0,2 para las
longitudes de onda inferiores a 6 \mum.
Se conocen emisores de radiación de infrarrojos
en banda II (longitudes de onda de radiación de infrarrojos de 3 a 5
\mum) susceptibles de ser montados en un ingenio volante, por
ejemplo un avión blanco, para simular la señal óptica de ciertos
tipos de aeronave, en particular con el fin de permitir la puesta en
práctica de tiros de prueba para armas, tales como misiles, de
destrucción de aeronaves.
La presente invención se refiere a un emisor
susceptible de emitir radiaciones de infrarrojos en banda III (8 a
12 \mum de longitud de onda) y destinado, en particular, a ser
utilizado en el mismo tipo de aplicación, para simular la señal
óptica de otros tipos de aeronaves.
Es sabido que, para dichas aplicaciones (montaje
en una aeronave que vuele a velocidades elevadas, para simular la
señal óptica de aviones que emitan en banda III), el emisor debe
presentar unas características particulares, referentes en especial
a:
- -
- la luminancia, que debe ser del orden de 100 W/sr entre 8 y 10 \mum de longitud de onda;
- -
- la resistencia a las tensiones mecánicas y climáticas, que debe ser compatible con las condiciones de utilización consideradas (montaje en un aparato volador que pueda volar hasta una velocidad cercana a Mach 1 y que pueda ascender hasta una altitud de 4000 m);
- -
- el espacio que ocupe (la superficie emisiva debe ser inferior a unos cientos de cm^{2}); y
- -
- el coste que debe seguir siendo bajo.
Se pueden considerar numerosas soluciones, pero
ninguna de ellas permite que se satisfagan todas las condiciones
anteriormente citadas. A título de ilustración, puede citarse:
- -
- una solución pirotécnica que utilice un trazador de polvo. La puesta en práctica de dicha solución, y particularmente el mantenimiento de una combustión estable, parecen difíciles, incluso imposibles, en las condiciones de utilización consideradas. Además, la potencia luminosa susceptible de ser emitida en banda III parece insuficiente;
- -
- una solución que utilice un láser. Esta solución es prohibitiva en términos de coste, de peso, de espacio ocupado y de autonomía; y
- -
- las lámparas de Nerst (barra de material refractario, calentado por efecto Joule). Estas últimas son demasiado frágiles y la potencia emitida en banda III es insuficiente, para las aplicaciones consideradas.
Por otra parte, se conoce un dispositivo para
simular una señal en banda III, que está basado en la emisión de un
cuerpo muy emisivo calentado. Este dispositivo conocido comprende
una cúpula de metal, que es calentada por un quemador de propano.
Dicho dispositivo permite alcanzar una luminancia del orden de 40
W/sr cuando está montado en un aparato volador que vuele a una
velocidad moderada (75 m/s).
Sin embargo, este dispositivo conocido no puede
ser utilizado para las aplicaciones consideradas en la presente
invención. En efecto:
- -
- el nivel de luminancia obtenido es insuficiente (40 W/sr en lugar de 100 W/sr); y además
- -
- el enfriamiento debido al flujo aerodinámico con la alta velocidad de vuelo considerada (280 m/s) provocaría una caída de la temperatura de la cúpula y el hundimiento del nivel de luminancia.
La presente invención tiene por objeto remediar
estos inconvenientes. Se refiere a un emisor de bajo coste y de
espacio ocupado reducido, que permite emitir unas radiaciones de
infrarrojos en banda III, que presenten las características antes
citadas y que sean susceptibles de ser utilizadas en las
aplicaciones indicadas anteriormente.
A este efecto, según la invención, dicho emisor
de radiación de infrarrojos en banda III es notable porque
comprende:
- -
- una fuente de emisión que comporta un material compuesto que comprende un metal normal y corriente, por ejemplo cobre o níquel, sobre el cual se deposita una fina capa de óxido que presente, por ejemplo un espesor del orden de 50 \mum, presentando dicho óxido además una emisividad que es:
- \bullet
- inferior a 0,2, al menos para las longitudes de onda de radiación emitidas, inferiores a 6 \mum; y
- \bullet
- superior a 0,8 para las longitudes de onda comprendidas entre 8 \mum y 10 \mum; y
- -
- un dispositivo de calentamiento susceptible de calentar dicho material compuesto de modo que emita una radiación de infrarrojos en banda III.
Así, gracias en particular a las características
de emisividad de dicho óxido (por ejemplo del óxido de aluminio, de
magnesio o de itrio), el emisor según la invención es susceptible de
emitir una radiación en banda III con energía luminosa suficiente
para las aplicaciones consideradas. Como además, la radiación
emitida presenta una luminancia muy reducida en bandas I (1 \mum -
1,5 \mum) y II (3 \mum - 5 \mum), el consumo energético se
reduce consecuentemente, lo que permite optimizar el rendimiento
energético global de dicho emisor.
Hay que observar que, por definición, la
emisividad de un cuerpo es un valor sin dimensión que expresa la
relación entre la luminancia emitida por dicho cuerpo y la
luminancia máxima de un cuerpo ideal, llamado "cuerpo negro".
Este valor varía, en función del material y de la longitud de onda,
entre 0 y 1.
Además, al depositar óxido sobre un metal, se
remedian los problemas de coste, de robustez, de mecanizado, de
calentamiento y de aprovisionamiento, que existirían si se utilizara
óxido solo, con las condiciones de superficie (150 cm^{2}) y de
temperatura (800ºC) consideradas aquí.
Además, la utilización de un metal (por ejemplo
titanio, cobre, níquel o platino irradiado) asociado a dicho
dispositivo de calentamiento permite un calentamiento eficaz de
dicho material compuesto a una temperatura prescrita comprendida
entre 500ºC y 1000ºC, de preferencia del orden de 800ºC.
De preferencia, dicho metal presenta una forma
semiesférica y dicho óxido es depositado sobre la cara externa
semiesférica de dicho metal.
Por otra parte, de modo ventajoso, dicho
dispositivo de calentamiento comprende unos medios para ajustar la
temperatura de calentamiento y realiza de preferencia el
calentamiento por efecto Joule. Naturalmente pueden considerarse
igualmente otros medios de calentamiento.
Además, en un modo de realización particular, el
emisor según la invención comporta además:
- -
- un reflector que permite dirigir la radiación de infrarrojos emitida por la fuente de emisión según un ángulo sólido predefinido, lo que permite aumentar el rendimiento global del emisor; y/o
- -
- una caja que contiene la fuente de emisión, de manera que la proteja en relación con el exterior, y que está provista de una ventana transparente a las radiaciones de infrarrojos emitidas por dicha fuente de emisión, lo que permite en particular aislar la fuente emisiva del flujo aerodinámico externo.
La presente invención se refiere igualmente a un
material compuesto que comporta un metal y un óxido, para la emisión
de radiación de infrarrojos en banda III, presentando dicho material
compuesto y particularmente el óxido las características antes
citadas.
Las figuras del dibujo adjunto harán comprender
como puede realizarse la invención. En estas figuras, referencias
idénticas designan elementos semejantes.
La figura 1 muestra esquemáticamente un emisor
según la invención.
La figura 2 representa las curvas que muestran
la emisión respectivamente de un cuerpo negro y de un material
compuesto según la invención, en función de la longitud de onda.
La figura 3 representa las curvas que muestran
la luminancia respectivamente de un cuerpo negro y de un emisor
según la invención, en función de la longitud de onda.
El emisor 1 según la invención y representado
esquemáticamente en la figura 1 está destinado a emitir una
radiación de infrarrojos R en banda III, detallada a
continuación.
A este efecto, dicho emisor 1 comprende, según
la invención:
- -
- una fuente de emisión 2 que comporta un material compuesto 3 que comprende un metal 4 sobre el cual está depositada una fina capa de óxido 5, presentando dicho óxido 5 una emisividad E1, tal como se representa en la figura 2, que es:
- \bullet
- inferior a 0,2 al menos para las longitudes de onda \lambda inferiores a 6 \mum; y
- \bullet
- superior a 0,8 y lo más cerca posible de 1 para las longitudes de onda \lambda comprendidas entre 8 \mum y 10 \mum; y
- -
- un dispositivo de calentamiento 6 susceptible de calentar dicho material compuesto 3 de modo que emita una radiación de infrarrojos en banda III.
Se ha representado además en la figura 2, en
trazos discontinuos, la emisividad E2 de un cuerpo negro perfecto,
que se supone igual a 1 sea cual sea la longitud de onda \lambda
considerada.
La curva E1 de emisividad, representada en la
figura 2, corresponde a la del óxido de aluminio (Al_{2}O_{3})
que es el óxido preferido para la puesta en práctica de la
presente invención.
Sin embargo, pueden utilizarse igualmente otros
óxidos para la puesta en práctica de la invención y en particular
el óxido de magnesio o el óxido de itrio.
Se observará que la emisividad E para las
longitudes de onda \lambda superiores a 10 \mum carece de
importancia en el ámbito de la presente invención, ya que la energía
emitida para dichas longitudes de onda es insignificante.
Se observará además que el hecho de utilizar un
material compuesto 3, cuya emisividad está cerca de 1 en la banda
útil (banda III) y casi nula para las gamas de longitudes de onda
inferiores, permite limitar los problemas de calentamiento térmico y
aumentar el rendimiento.
En un modo de realización preferido representado
en la figura 1, dicho metal 4, de preferencia un metal corriente,
por ejemplo titanio, cobre, níquel o platino irradiado, presenta una
forma semiesférica, por ejemplo de 15 cm de diámetro, y dicho óxido
5 es depositado sobre la cara externa semiesférica de dicho metal 4,
lo que permite obtener una relación elevada entre la superficie
emisiva y el espacio ocupado por dicho material compuesto 3.
De preferencia, dicho óxido 5 se deposita bajo
forma de una fina capa, cuyo espesor resulta de un compromiso entre
las propiedades ópticas del óxido utilizado y los problemas unidos
al procedimiento de depósito puesto en práctica, y es, por ejemplo,
de cerca de 50 \mum en el caso del óxido de aluminio.
En el ámbito de la presente invención, dicho
óxido 5 puede ser depositado por diferentes procedimientos
conocidos, por ejemplo por pulverización de plasma. La elección del
procedimiento depende, de preferencia, del tipo de metal y del tipo
de óxido elegidos. En particular pueden utilizarse procedimientos de
proyección térmica, un procedimiento "PVD" ("Physical Vapor
Deposition") o un procedimiento "CVD" ("Chemical Vapor
Deposition").
Por otra parte, el dispositivo de calentamiento
6 comporta:
- -
- unos medios 7 conocidos, por ejemplo resistencias eléctricas, representados esquemáticamente y destinados a calentar dicho metal 4 por efecto Joule;
- -
- unos medios 8 conocidos, para ajustar la temperatura de calentamiento, como se ilustra por una conexión 9; y
- -
- una unidad 10 de alimentación en corriente eléctrica, unida por una conexión 11 a los medios 8.
El dispositivo de calentamiento 6 sólo se
facilita a título de ejemplo preferido. Naturalmente, pueden
utilizarse otros dispositivos de calentamiento conocidos.
Por otra parte, según la invención, dicho emisor
1 comporta además:
- -
- un reflector metálico 12, por ejemplo de forma parabólica, centrado alrededor del material compuesto 3 y que permite dirigir la radiación de infrarrojos R emitida por dicha fuente emisiva 2 según un ángulo sólido predefinido, lo que permite aumentar el rendimiento global del emisor 1; y
- -
- una caja, de la que se ha representado únicamente una ventana 13, destinada a proteger la fuente emisiva 2 del exterior, y en particular del flujo aerodinámico externo cuando el emisor 1 está montado sobre un ingenio volante. Dicha ventana 13 es naturalmente transparente a dichas radiaciones de infrarrojos R.
Así, gracias a la invención, puede emitirse una
radiación de infrarrojos R en banda III (8-12
\mum) que presenta una luminancia de 100 W/sr entre 8 y 10 \mum,
con una superficie emisiva de por ejemplo 150 cm^{2}.
En la figura 3, se ha representado la luminancia
L (en W/st/m^{2}/\mum), para una temperatura del orden de 800ºC
correspondiente a la temperatura de calentamiento preferida, a
saber:
- -
- por una parte, la luminancia L1 del emisor 1 según la invención; y
- -
- por otra parte, a título de comparación, la luminancia L2 de un cuerpo negro, en las mismas condiciones de puesta en práctica.
Se observa que el emisor 1 emite esencialmente
en banda III, mientras que el cuerpo negro presenta un pico de
luminancia muy elevado situado entre 2 y 3 \mum.
Hay que observar que además de las ventajas
anteriormente citadas, se realiza gracias a la invención un
compromiso eficaz entre el espacio ocupado y el rendimiento del
emisor 1. En efecto, hay que recordar que, en lo que respecta a un
cuerpo negro, para temperaturas superiores a 1000ºC, la ganancia en
luminancia en la banda III resulta cada vez más reducida, la
energía emitida en banda I se vuelve preponderante y el rendimiento
banda III/banda I, que debe ser importante en las aplicaciones
consideradas en la presente invención, cae totalmente. El
rendimiento óptimo se sitúa en temperaturas moderadas de 200ºC. Sin
embargo, para dichas temperaturas, la superficie de los materiales
necesaria para la obtención de la luminancia deseada (100 W/sr en
1,5 sr) en banda III es prohibitiva (unos 10.000 cm^{2}). Por
consiguiente, gracias a la invención, se obtiene un rendimiento
elevado con una fuente de emisión 2 de superficie emisiva reducida
(150 cm^{2}), calentada a una temperatura del orden de 800ºC.
A título de aplicación preferida pero no
exclusiva, el emisor 1 según la invención puede ser montado en un
aparato volador, por ejemplo un aparato zángano de tipo C22, para
simular la señal óptica de una aeronave. Además, la existencia de
una luminancia reducida en la gama de infrarrojos cercanos permite
no perturbar ciertos sistemas de guiado de misiles de destrucción de
dicho aparato zángano, en particular sistemas provistos de trazador
en banda I.
Claims (16)
1. Emisor de radiación de infrarrojos en banda
III, que comprende:
- -
- una fuente de emisión (2) que comporta un material compuesto (3) que comprende un metal (4) sobre el cual está depositada una fina capa de óxido (5); y
- -
- un dispositivo de calentamiento (6) susceptible de calentar dicho material compuesto (3) de modo que emita una radiación de infrarrojos en banda III;
caracterizado porque dicha capa de óxido
presenta una emisividad que es:
- -
- inferior a 0,2 al menos para las longitudes de onda de radiación emitida (R) inferior a 6 \mum, y
- -
- superior a 0,8 para las longitudes de onda comprendidas entre 8 \mum y 10 \mum.
2. Emisor según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha fina capa
presenta un espesor del orden de 50 \mum.
3. Emisor según una de las reivindicaciones 1 y
2,
caracterizado porque dicho óxido (5) es
óxido de aluminio.
4. Emisor según una de las reivindicaciones 1 y
2,
caracterizado porque dicho óxido (5) es
óxido de magnesio.
5. Emisor según una de las reivindicaciones 1 y
2,
caracterizado porque dicho óxido (5) es
óxido de itrio.
6. Emisor según una de las reivindicaciones 1 a
5,
caracterizado porque dicho metal (4)
presenta una forma semiesférica y porque dicho óxido (5) es
depositado sobre la cara externa semiesférica de dicho metal
(4).
7. Emisor según una de las reivindicaciones 1 a
6,
caracterizado porque dicho dispositivo de
calentamiento (6) comprende unos medios (8) para ajustar la
temperatura de calentamiento.
8. Emisor según una de las reivindicaciones 1 a
7,
caracterizado porque dicho dispositivo de
calentamiento (6) realiza un calentamiento por efecto Joule.
9. Emisor según una de las reivindicaciones 1 a
8,
caracterizado porque comporta además un
reflector (12) que permite dirigir la radiación de infrarrojos (R)
emitida por dicha fuente de emisión (2) según un ángulo sólido
predefinido.
10. Emisor según una de las reivindicaciones 1 a
9,
caracterizado porque comporta además una
caja que encierra la fuente de emisión (2), de manera que la proteja
respecto del exterior, y que está provista de una ventana (13)
transparente a la radiación de infrarrojos (R) emitida por dicha
fuente de emisión (2).
11. Material compuesto para la emisión de
radiación de infrarrojos en banda III, que comporta un metal (4) y
un óxido (5), siendo dicho óxido (5) depositado bajo forma de una
fina capa sobre dicho metal (4), caracterizándose dicho
material compuesto porque dicha capa de óxido (5) presenta una
emisividad que es:
- -
- inferior a 0,2 para las longitudes de onda inferiores a 6 \mum; y
- -
- superior a 0,8 para las longitudes de onda comprendidas entre 8 \mum y 10 \mum.
\newpage
12. Material según la reivindicación 11,
caracterizado porque dicha fina capa
presenta un espesor del orden de 50 \mum.
13. Material según una de las reivindicaciones
11 y 12,
caracterizado porque dicho óxido (5) es
óxido de aluminio.
14. Material según una de las reivindicaciones
11 y 12,
caracterizado porque dicho óxido (5) es
óxido de magnesio.
15. Material según una de las reivindicaciones
11 y 12,
caracterizado porque dicho óxido (5) es
óxido de itrio.
16. Material según una de las reivindicaciones
11 a 15,
caracterizado porque dicho metal (4)
presenta una forma semiesférica y porque dicho óxido (5) es
depositado sobre la cara externa semiesférica de dicho metal
(4).
Applications Claiming Priority (2)
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