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。     

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。     

影响辐射测温用黑体辐射源应用的因素分析

介绍并分析了影响黑体辐射源应用的关键因素,包括口径、有效发射率、测点温差及控温复现性。通过分析关键因素与黑体辐射源三种溯源方式的关系,给出了关于黑体辐射源选型以及溯源方式的建议。     

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。     

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.     

温度均匀黑体空腔有效发射率近似计算方法（黑体辐射源研究之一）

简要地介绍了国内外在黑体辐射源建立与评价上的发展现状；多种黑体辐射源；多种空腔有效发射率计算方法和模型。通过积分法推导出温度均匀空腔有效发射率计算公式，进一步推导的近似计算公式可以作为对黑体空腔有效发射率估算的依据。     

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.     

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。     

低温标准黑体辐射源的性能研究

利用半导体制冷技术与热管技术,研制了低温达-30 ℃的新型低温黑体辐射源。通过实验得到其温度稳定性优于0.02 ℃/20min,均温区腔壁的轴向温度均匀性优于0.3 ℃,热管空腔有效发射率计算值大于0.999 2。利用基于光线跟踪技术的Monte Carlo方法,计算得出该热管空腔发射率从中心到边缘位置的变化规律为逐渐减小的趋势,发射率的平均变化率仅为0.06‰,说明轴向温场均匀性对法向平均有效发射率的影响较小。     

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)。     

真空式高温黑体辐射源性能评价

为解决真空环境下辐射热流传感器的校准问题,采用热解石墨作为加热元件,通过标准光电高温计测量并控制温度,研建了50 mm大口径真空式高温黑体辐射源装置。开展了装置性能指标的测试试验和评价,结果显示装置10 min内的温度稳定性不超过0.5 ℃,径向温度均匀性不超过0.1%t（t为设定温度点）,符合相应标准要求。最后计算分析了热流校准过程中真空式高温黑体辐射源装置性能指标引入的不确定度分量,为推动该装置在热流校准、辐射温度校准等领域中的应用提供了重要支撑。     

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。     

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。     

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。     

复合黑体技术在闪光法测量比热中的应用

本文在原有复合黑体空腔法比热测试基础上，对影响测试准确度的关键部件壳体作了新的改进，即制作了电阻式壳体，并同时给出壳体进光孔引起的误差计算公式，这些工作使得复合黑体法比热测试技术在原理和实验上更趋完善。     

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。     

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。     

三段控温固定点炉复现铝凝固点研究

固定点炉垂直温场均匀性是影响ITS-90国际温标固定点温坪质量的重要因素.为了提高铝凝固温坪的复现水平,设计了三段控温固定点炉,利用金属外壳铝固定点容器,研究了垂直温场均匀性及其影响因素;在此基础上,采用连续热流密度法高精度复现了铝凝固点.实验结果表明:通过调整上部、中部、下部炉温的设置,可改善固定点炉温场均匀性,铝凝...     

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。