氟利昂热管黑体辐射源性能实验研究

为了满足机场、车站等红外筛检仪器辐射温度现场校准的要求,文章介绍了一种氟利昂热管黑体辐射源。黑体辐射源空腔形状为圆柱-圆锥形,空腔长100 mm,锥角为120腔,法向平均有效发射率计算值为0.995。利用TRT2辐射温度计对黑体辐射源腔底进行辐射温度测量,对热管进行不同角度的倾斜,测得的黑体辐射源温度稳定性优于0.2℃,氟利昂热管空腔内均匀性优于0.2℃,可以满足现场校准需求。     

铯、钠热管标准黑体辐射源研制及性能评价

介绍了中国计量科学研究院研制的270～1 000 ℃标准黑体辐射源,其中包括270～600 ℃铯热管黑体源和500～1 000 ℃钠热管黑体源、温度标准器和数据采集系统。对铯、钠热管标准黑体辐射源进行性能测试,包括三段控温管式炉温场均匀性,黑体辐射源控温稳定性,黑体空腔轴向温度均匀性,黑体空腔口部辐射温度均匀性和热管测温孔内温度均匀性等。铯、钠热管标准黑体辐射源在整个温度区域内合成标准不确定度为0.09～0.13 ℃（k=2）。     

黑体辐射源的发展

黑体辐射源作为辐射测温仪器的校准装置，近几十年来随着红外测温技术的发展而取得了飞速进步。本文从黑体辐射源的发展历史、研究内容、发展方向和目前存在的问题几方面作了介绍。     

大口径标准黑体辐射源

介绍了一种新型的大口径热管黑体,可以作为各种红外成像系统的光源,并就其结构组成、系统设计、系统关键技术以及所采用的技术措施、作了详细的说明和分析.     

关于换热器的低温黑体辐射源

介绍一种工作在-80℃～+100℃的基于换热器的新型低温标准黑体辐射源的设计和其发射率的计算.这种黑体辐射源采用液体恒温槽均温致冷和采用气帘隔离法消除低温凝露和结霜,黑体空腔形状为圆锥圆柱型,锥角为120°,空腔内径50mm,腔长为300mm,控温稳定性优于±0.05℃/30min.理论计算的黑体空腔有效发射率为0.998(保留小数点后三位),比对实验测量得到的有效发射率为0.997(保留小数点后三位),二者接近一致.     

氨／不锈钢热管式标准黑体辐射源

本文介绍一种工作于－５０～＋５０℃的新型低温标准黑体辐射源的系统设计和性能测试结果。这种黑体辐射源采用氨／不锈钢热管均温、液氮致冷和致冷用氮排气防霜的方案。黑体空腔形状为圆锥圆柱形，腔长为３５０ｍｍ，最大光阑口径为６０ｍｍ，控温稳定性优于±００４℃／３０ｍｍ，腔壁温度均匀性优于００６℃（在均温区内），实验结果重复性好于００４℃     

黑体辐射源研究综述

本文系统地介绍了黑体辐射源研究,其中包括：黑体空腔设计与空腔有效发射率计算,辐射源设计与研究,实用黑体辐射源评估。     

H500型红外遥感定标高精度真空黑体辐射源的研制

对中国计量科学研究院研制的温度范围覆盖-93~220℃的H500型红外遥感定标高精度真空黑体辐射源进行了介绍。采用圆柱圆锥黑体腔和双层4段PID控温,在真空低背景(液氮冷却)环境下对该黑体进行了性能测试,在大气室温环境下,利用控制环境辐射反射比发射率测量方法测量了黑体空腔发射率和利用红外标准辐射温度计测量空腔底部温度均匀性等指标。实验结果表明,该黑体辐射源升温速率为1℃/min下,控制到温度点的稳定时间优于50 min,并且10 min内的温度稳定性在0.01℃以内;黑体温度设置在20℃、30℃和50℃下空腔发射率的测量结果分别为0.9965、0.9966和0.9963;其黑体底部温度均匀性优于0.03℃;在整个温度区域内扩展不确定度优于0.1℃(k=2)。     

中温区真空标准黑体辐射源研制

介绍了中国计量科学研究院研制的中温区真空标准黑体辐射源的结构设计,工作原理,测试结果和不确定度评定。黑体辐射源工作温度范围为320～500 K,黑体空腔开口直径为50 mm,空腔深度为260 mm,表面喷涂了耐高温漆,空腔发射率优于0.999。真空环境下测试了黑体在335～500 K温度范围内的轴向温度均匀性,温度稳定性及黑体辐射源亮度温度等性能指标,结果显示黑体温度均匀性优于0.15 K,40 min内温度稳定性优于0.03 K。分析了黑体辐射源的不确定度来源,黑体辐射源的合成标准不确定度优于0.04 K。     

100～400K真空红外亮温标准黑体辐射源研制

介绍了中国计量科学研究院研制的100~400K真空红外亮温标准黑体辐射源的工作原理、结构、性能测试方法及测试结果。黑体辐射源通过液氮制冷与3温区控制实现了100~400K范围内的温度控制。在真空环境下,测试了其在温度范围100~400K轴向温度均匀性、底部温度稳定性等技术指标,结果表明均匀性优于0.120K,控温稳定性优于0.020K/20min;在室温大气环境下,利用基于控制环境辐射的发射率测量方法测量了黑体空腔发射率,空腔法向发射率为0.9998。采用基于蒙特卡罗黑体发射率仿真计算方法分析轴向温度均匀性对空腔发射率的影响,分析了标准黑体辐射源的不确定度来源,在8~16 μm波长亮度温度的合成标准不确定度优于0.030K。     

标准黑体源用铜-R134a热管研制及均温性实验研究

针对热管倾斜放置时均温性恶化的情况,改进了黑体源热管结构,设计了一个标准黑体源用铜-R134a热管并进行了实验研究,测试了倾角、运行温度及充液量对其均温性的影响。以区域温度的标准差作为热管均匀性的衡量标准,实验发现倾角小于45°情况下,该热管倾斜的角度对热管温度的均匀性影响不大;热管温度均匀性随着热管运行温度的升高而逐渐变差;当热管运行温度在40～50 ℃时,热管温度均匀性随充液量变化不大。     

大口径高发射率面型黑体辐射源的研制

黑体辐射源作为定标标准器,在红外测量设备的辐射定标中具有重要作用。为应对大口径红外测量设备的辐射定标工作需求,设计了1台辐射面积为400mm×400mm的面型黑体辐射源。采用多路控温和连接固定冷源的方式对黑体进行温度控制;通过热仿真确定合适的传热模型,同时结合高发射率涂层工艺与辐射面的结构设计使黑体具备高发射率,辐射面有效发射率可达到0.992;在真空环境下,利用标准铂电阻温度计测量得到黑体辐射面源的温度均匀性偏差最大为0.101K,稳定性平均值为0.018K/10min,该黑体辐射光源能够满足现阶段大口径红外测量设备的使用需求。     

一种基于主成分分析的TDLAS高频噪声滤波

针对TDLAS高温测量时,吸收光谱容易受到探测器和硬件电路高频噪声干扰,进而影响温度测量准确度和探测灵敏度等问题,提出了一种基于主成分分析的去噪方法。首先将原始吸光度列向量进行矩阵化排列;然后通过主成分分析将其分解为主成分矩阵和得分矩阵;取合适的主成分数,利用截取部分主成分矩阵和得分矩阵重构原始数据,其中截留的主成分代表原始数据主要信息,而剔除的部分仅包含噪声信息。实验结果表明该方法用于TDLAS测量水蒸气温度,噪声去除率达81%,温度解算标准差从8.9降至5.3。     

红外高光谱大气探测仪星载固定点黑体辐射源的研制

介绍了中国计量科学研究院为风云三号05星红外高光谱大气探测仪研制的微型镓固定点星载黑体辐射源。设计了黑体辐射源空腔,其有效发射率优于0.997。针对星载固定点黑体辐射源的结构设计和性能测试展开了研究:星载固定点黑体辐射源17 ℃的温度均匀性仿真结果优于0.01℃;黑体辐射源在真空下均匀性优于0.02 ℃,稳定性优于0.002 ℃(90 min内);在通过满足航天应用的力学冲击等实验后,镓固定点的复现性优于0.03 ℃;微型固定点相变温坪复现实验加热功率与拐点值之间存在较好的线性关系。     

基于激光积分球反射计的集成黑体发射率测量研究

集成黑体发射率是评价其有效光谱辐射亮度不确定度的关键贡献项。建立了激光积分球反射计测量系统,对中国计量科学研究院制备的集成空腔的法向光谱发射率进行了实验研究和模拟验证。在633nm的波长下测量了集成黑体法向光谱发射率,测量结果的标准不确定度优于0.043%。结果表明:集成黑体辐射源在室温条件下的有效发射率高于0.998,与STEEP3蒙特卡罗模拟计算结果偏差在0.04%之内。实验结果与数值模拟的一致性在测量结果不确定度内吻合良好,验证了激光积分球发射计法用于评价集成黑体发射率的可行性。     

浴式黑体辐射源校准方法研究

介绍了几种典型的浴式黑体辐射源,并详细说明了校准方法。校准过程包括恒温槽内工作区域划定、介质温度测量、黑体腔有效发射率评估、辐射温度有效发射率修正等步骤。最终给出了浴式黑体辐射源的校准结果,并进行了不确定度评定。     

黑体辐射源的多波长有效亮度温度校准和不同溯源方式特点分析

介绍了中国计量科学研究院建立的标准变温黑体辐射源和有效亮度温度比较装置;阐述了黑体辐射源多波长有效亮度温度校准的2种方法,给出典型校准结果并分析了辐射源特性。比较分析了3种溯源方式的性能特点及其应用的影响因素。提出控温复现性的概念,它是以往未被重视的辐射源关键性能参数。多波长有效亮度温度校准是可减小或消除有效发射率和接触测温测点温差影响的溯源方案,与传统溯源方式特性互补,可用于评价辐射源的有效发射率和测点温差,对控温复现性好的辐射源效果最优。