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。     

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)。     

真空镓固定点黑体辐射源研制

为满足红外遥感载荷实验室辐射定标需求,实现红外遥感辐射量值溯源到ITS-90国际温标,研制了真空镓固定点黑体辐射源.黑体腔开口直径为25 mm,深度220 mm,内部喷涂高发射率涂层,通过仿真计算黑体腔的发射率优于0.9999.在真空下测试了镓固定点相变坪台的复现性为4.4 mK,坪台稳定性优于2 mK.测量了镓固定点...     

真空汞固定点黑体辐射源的设计与研制

介绍了中国计量科学研究院研制的真空汞固定点黑体辐射源的结构、工作原理、性能测试结果和不确定度分析。真空汞固定点黑体辐射源灌注的是纯度为99. 9999%的高纯汞,黑体空腔开口直径为25 mm,空腔内径为28 mm,深度为260 mm,表面喷涂了NEXTEL 811-21高发射率涂层,采用基于蒙特卡罗黑体发射率仿真计算的方法,计算了黑体空腔在波长为8～14μm的发射率,结果优于0. 9999;在真空环境下,测试了真空汞固定点黑体辐射源的温坪曲线和重复性等主要技术指标,结果表明真空汞固定点黑体辐射源温坪稳定性优于2 m K,多次重复性优于1 m K;分析了真空汞固定点黑体辐射源的不确定度来源,其合成标准不确定度为16 m K。     

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。     

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。     

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）。     

参考黑体辐射源校准方法和不确定度评定

依据现行的黑体辐射源校准规范,采用比较法对参考黑体辐射源进行校准,以某所黑体辐射源标准装置为例,介绍了校准原理,装置的组成以及相关性能分析,最后依据该装置对参考黑体辐射源进行不确定度的评定。     

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。     

全辐照基准黑体辐射源量值溯源体系的建立

全辐照基准黑体辐射源是红外辐射量值传递的国家基准装置,是辐射温度(K)和光强(cd)两个基本量复现的基础.由亮度法以金属凝固点黑体将量值传递到下一级标准器.目前,全辐照基准黑体覆盖的温度范围为400-1000K,不确定度为0.05%(k=2),重复性为0.01%(k=2),量值传递的不确定度为0.1%(k=2),温度测定不确定度为0.05-0.5 K(k=2),对红外器件参数的评价不确定度为0.5%(k=2).     

地表温度的卫星遥感

研究了地表温度卫星遥感测量中的两个关键因子——大气修正和发射率效应.正确选择了经仿真计算分析求得的地面温度的反演算法,对我国戈壁地区地表温度进行了卫星资料的反演.通过与地面测量的比较证实了反演算法的可靠性.为了提高卫星反演地表温度的精度,本研究提出了自然地物发射率方向特性的重要性,对特定地物作了发射率角度变化的测量,在实际地表温度反演中作出了恰当的修正,改善了反演精度.     

模态分析在辐射制冷器设计中的应用

辐射制冷器主要为红外探测器提供合适的低温工作条件,是星载红外遥感探测系统的重要组成部分,其可靠性的高低和制冷性能的好坏将直接影响红外成像质量和遥感卫星的成败.建立了W型辐射制冷器结构的有限元模型,应用MSC/Nastran软件完成了模态、静力、正弦振动响应计算,进行了结构强度和振动模态分析,预示和验证了辐射制冷器的结构性能,为其结构设计改进提供了可靠理论依据.     

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。     

固定发射率工作用辐射温度计校准方法研究

讨论分析了用于校准固定发射率工作用辐射温度计的原理。在校准中,应用辐射面源是必要的,其发射率应与温度计的固定发射率一致,以保证温度量值传递的准确性,并分析了由于两个发射率的不一致而带来的温度误差,给出了在不同温度下由发射率偏离而引起的温度误差计算式。在发射率为0.95、温度为700 K的情况下,最大误差可以达到15 K。如果实际测量对象的发射率与温度计的固定发射率相同,则可以直接测量出被测对象的真实温度。     

不同发射率下红外热图像的非稳态温度场测量研究

通过分析红外测温公式,研究物体发射率对红外热图像测温精度的影响,并找出影响物体发射率的因素。根据经典计算方法,发现了物体发射率在红外热图像测温应用中的局限。从红外热图像的角度对发射率的计算进行了建模,基于修正物体发射率得到提高红外热图像对非稳态温度场测量精度的模型。对铸铁、不锈钢进行了3组测温实验,红外热图像直接测量的最大误差分别为2.1℃、1.7℃、2.3℃,而所提出的方法测量的最大误差分别为1.0℃、0.7℃、1.6℃。通过对比分析3组测量结果数据验证了测量方法的可行性。     

常温黑体光谱发射率校准技术研究

为了能够实现常温状态下的黑体光谱发射率的准确测量,基于连续可调激光器,搭建了一套中红外波段黑体光谱发射率测量装置。采用自行设计10 mA恒流源对MCT探测器进行驱动,测量结果的动态范围从7.29×10⁴提高到4.32×10⁵,有效提升了探测系统的动态范围。该装置实现了覆盖光谱范围7.5～10.6μm,发射率测量量值范围0.01～0.999 9的高精度测量,最优不确定度为4.0×10^-5(k=2)。