專利名稱：微型黑體輻射源及其制備方法
技術領域：
本發明屬于紅外輻射源技術領域，具體涉及的是一種微型黑體輻射源的成型方 法。主要用于航空航天產品、紅外模擬目標源、實驗室測試設備、紅外搜索設備測試
背景技術：
微型黑體輻射源作為一種小型紅外輻射源，已廣泛應用于模擬目標。目前國內普遍使用的超小型黑體輻射源，其腔體采用圓柱加圓錐、圓錐和球形結 構，結構較復雜，加工成型困難。多選用發射率較大的材料，如石墨等。對于使用溫度不高 的空腔，可選用高反射率的材料做為腔壁材料，或者將空腔加工成特殊形狀，以減小空腔有 效發射率對腔壁溫度均勻性的依賴。針對不同的溫度范圍需求和用途，輻射源的形式也各不相同。輻射源加熱控溫方 式上可分為單段加熱(或制冷)控溫和多段加熱控溫兩種方法。對溫度的控制采用模糊控 制，將加熱絲作為熱敏電阻使用。工作中的加熱絲的電阻經查找表運算得到當前的溫度，與 單片機內預制的設定溫度對比，并根據這個溫度差進行模糊控制。這種控溫方式復雜且不 直觀，尤其黑體與單片機必須是一一對應的，每個黑體都必須有嚴格的預先測量其溫度與 阻值的對應關系，控溫精度低，不具有通用性。
發明內容
本發明的目的由此產生，提出一種微型黑體輻射源及其制備方法。解決現有微型 黑體輻射源通用性差，控溫方式復雜、不直觀的問題，具有控溫簡便、控溫精度高、有效發射 率高，體積質量小、制造工藝簡單的特點。本發明實現上述目的采用的技術方案是微型黑體輻射源由輻射體、熱電偶、數顯 溫控儀組成，輻射體包括輻射腔、高鋁纖維布、加熱鉬絲、耐高溫引線和外殼體，輻射腔為圓 柱腔體結構，加熱鉬絲呈雙螺旋狀纏繞在輻射腔的外表面上，該加熱鉬絲的兩端與耐高溫 引線的一端連接，耐高溫引線的另一端外接電源，輻射腔設置在外殼體內，在輻射腔與外殼 體之間設置有高鋁纖維布，熱電偶一端伸入輻射腔的腔體用來測量輻射腔的溫度，另一端 與數顯溫控儀連接，電源通過繼電器實現對加熱鉬絲的控制，數顯溫控儀通過熱電偶的反 饋控制繼電器的開關。本發明實現上述微型黑體輻射源的制備方法是將芯棒放在烘干箱內氧化，800士20°C持續2-4小時，然后冷卻；在冷卻的芯棒外表面勻地涂敷0. 3-0. 6mm厚度的陶瓷粉糊，陰干打磨；把陰干的芯棒燒結，加熱到400士20°C，持續2-3小時，然后冷卻打磨；取鉬絲(Pt)從中間對折，將鉬絲對折端在芯棒輻射口端打結，然后從芯棒輻射口 端開始，按照順時針成雙股螺旋狀并繞在燒結打磨后的芯棒上，間距為0. 2-0. 4mm,每股鉬 絲端打結，留4cm麻花狀鉬絲；在繞制好的芯棒組件表面分四條線涂0. 3-0. 6mm厚度的陶瓷粉糊，線間呈90度分布，陰干； 把條狀高鋁纖維布放在烘干箱內加熱至500士20°C，持續5-6小時，冷卻后緊緊包 裹在芯棒組件上形成一個圓柱狀，用銅絲纏繞在柱狀纖維外表面，整體塞入微型黑體外殼 體(8)內，引入導線；把K型熱電偶從后端蓋中心孔插入，穿入芯棒熱電偶孔中，把K型熱電偶折彎，以 便其根部緊貼在黑體本體的橫臂上；黑體老化，將黑體加熱絲兩端與直流電源連接，電源電壓為4 6V，熱電偶兩端 與數顯溫控儀連接，通過數顯溫度儀控制直流電源的開關，分別對黑體在00士20°C老化 30min 和在 700 士 20 °C 老化 600min。該發明結構簡單、體積小、重量輕，制作過程簡單，制作材料容易取得，有效發射率 高，腔口發射率已經做到0. 97士0. 03 ；溫度穩定性高，可達士0. 2V /h。采用PID數顯溫控 儀控制溫度，控溫精度士0. 1°C，不需要模擬校準。溫控器自帶的LED顯示屏實時顯示黑體 的實測溫度，通過控制面板進行溫度設定，可顯示設定溫度值。PID數顯溫控儀有串口通訊 功能，可與計算機通訊，由計算機實現對黑體溫度的設定控制。其作為一種小型紅外輻射 源，可廣泛應用于模擬目標，尤其在紅外模擬目標源、實驗室測試設備、紅外搜索設備測試 等領域。
圖1為本發明微型輻射體的結構示意圖；圖2為本發明輻射體芯棒的剖面圖；圖3為本發明控溫、加熱原理圖。圖中1、輻射腔，2、襯環，3、端蓋，4、高鋁纖維布，5、加熱鉬絲，6、耐高溫引線，7、熱 電偶，8、外殼體，9、溝槽，10、芯棒。具體實施方法以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。本發明所述的微型黑體輻射源由輻射體、熱電偶、數顯溫控儀組成。如圖1所示為 微型黑體輻射源，包括輻射腔1、襯環2、端蓋3、高鋁纖維布4、加熱鉬絲5、耐高溫引線6和 外殼體8，輻射腔1為圓柱腔體結構，以保證黑體輻射體有較高的發射率和溫度均勻性。圖2 所示為芯棒，所述芯棒10的一端為圓柱形輻射腔1，另一端為熱電偶孔。其采用不銹鋼材料 制作，在800士20°C下，使表面氧化，芯棒10外表面涂敷耐高溫絕緣層，芯棒外徑為3mm，輻 射腔口徑為2mm。在芯棒10外表面上均勻的開設螺旋狀溝槽9用以把加熱鉬絲5沿溝槽均 勻地纏繞在腔體的外表面，給芯棒加溫。加熱鉬絲5的兩端與耐高溫引線6的一端連接，耐 高溫引線6的另一端外接電源對加熱鉬絲供電。在芯棒10外表面包裹有高鋁纖維布4，利 用工裝夾具把包裹有纖維布的芯棒固定在外殼體8內并確保芯棒和外殼體之間沒有縫隙， 襯環2設置在外殼體8內。外殼體8是一中空的封閉圓柱體，前端和側壁為一體，其外徑為 16mm，長度為30mm。外殼體8的后端設置端蓋3，所有引線(耐高溫引線和熱電偶引線)均 從端蓋上的開口處引出。熱電偶7采用K型熱電偶作為測溫傳感器，其一端伸入芯棒(10) 的熱電偶孔內用來測量輻射腔的溫度，通過數顯溫控儀中的PID控制組件使得輻射腔內的 溫度與設定溫度保持一致，另一端數顯溫控儀連接。數顯溫控儀采用的是UT150溫控儀，其控制電路為常規的控制電路。如圖3所示，電源通過繼電器實現對加熱鉬絲的控制，數顯溫控儀通過熱電偶的反饋控制繼電器的開關。當熱電偶測量到的溫度低于設定溫度時，繼電 器打開，加熱鉬絲工作，輻射腔內開始加熱；當熱電偶測量到的溫度等于設定溫度時，繼電 器關斷，加熱鉬絲停止加溫，輻射腔內保持此時的溫度，從而實現對輻射腔溫度的控制。本實施例所述微型黑體輻射源黑體的制備方法如下芯棒準備把圖2所示芯棒放在烘干箱內高溫氧化，800士20°C持續2-4小時，然后冷卻，用砂 紙處理干凈；取少量陶瓷粉(Ig)放入和膠容器內，取少量陶瓷粉專用膠(Ig)，用攪拌棒調 和成糊狀；把陶瓷粉糊均勻地涂敷到芯棒外表面，厚度約0. 3-0. 6mm，把涂敷芯棒放在室內 陰干；把陰干的芯棒燒結，以20°C/min的速度加熱到400 士 20°C，持續2-3小時，然后冷卻； 用砂紙對燒結芯棒進行打磨，使其外形均勻。鉬絲準備取鉬絲(Pt)，用米尺取長度為64cm，兩端分別對折5cm、6cm，擰成麻花裝。然后整 根鉬絲從中間對折；測對折后的鉬絲(Pt)兩端電阻值應為10士 1Ω芯棒組件裝配；用繞 線夾具把燒結打磨后的芯棒夾住，用鉬絲對折端在芯棒輻射口端打結，形成360度的彎頭， 然后從芯棒輻射口端開始，按照順時針成雙股螺旋狀并繞在燒結打磨后的芯棒上，間距為 0. 2-0. 4mm，這樣保證相鄰兩根加熱線的電流的流動方向是相反以消除因電流流動而產生 的磁場；待雙股鉬絲繞盡后，每股鉬絲端打結，留4cm麻花狀鉬絲。這種結構有利于提高發 熱體的耐壓值。為了固化繞后的鉬絲，防止鉬絲繞制不緊或在振動條件下鉬絲松動引起短 路，在繞制好的芯棒組件表面沿軸向從四個方向涂少量0. 3-0. 6mm厚度的陶瓷粉糊實現絕 緣，各方向間隔約90度分布，陰干；高鋁纖維布準備取Imm厚的高鋁纖維布，平放在玻璃桌面上，用裁紙刀和鋼尺把鋁纖維布裁成 20mmX 330mm的條狀；把條狀高鋁纖維布放在烘干箱內加熱至500士20°C，持續5_6小時，除 去其內的膠體物，冷卻。芯棒組件耐熱裝配冷卻后的條狀高鋁纖維布放在玻璃表面上，取一個繞絲的芯棒組件，使其輻射口 與條狀鋁纖維布長邊對齊；用鑷子卷起高鋁纖維布，使其緊緊抱在芯棒組件上，卷起的同 時，注意保持芯棒組件兩端的麻花狀鉬絲間的絕緣；把條狀高鋁纖維布卷盡后，用Φ0. Imm 銅絲纏在柱狀纖維外表面，使其表面形成一個圓柱狀，外形約017mmX20mm，有效圈數為8 圈；把圓柱狀組件塞入微型黑體本體，使輻射孔進入端面約0. 5mm。導線準備AFR-250-0. 35線350mm，斷頭對齊，穿入長度為70mm的Φ3ι πι套管中，導線露出 5mm長，用熱風機把套管縮緊，并在該端打結；把引線打結端用剝線鉗剝2mm裸線，鍍錫。高鋁棉引線板襯環裝配將鉬絲端頭用Φ 1.0mm套管保護，注意保持鉬絲對稱分布在圓柱兩邊，用鑷子從 后端塞入高鋁纖維棉，填滿輕壓；從后端放入引線板，使Φ1. Omm套管分別插入引線板的 Φ2. Omm孔中；從后端壓入襯環，使襯環的Φ4. Omm孔與黑體本體對正；拔掉Φ1. Omm套管， 此時雙絞鉬絲應高出引線板5 10mm。
引線裝配把AFR-250-0. 35導線的成品線從襯環內往外穿出，拉緊后依次穿過黑體本體上的過線孔；用電烙鐵把雙絞鉬絲分別焊接在引線的兩端；用鑷子把引線分開，讓出中心位 置，填滿高鋁纖維棉。后端蓋裝配在后端蓋邊沿涂耐熱硅橡膠，把后端蓋壓入黑體本體的后端部，用專用夾具加緊， 待膠固化。熱電偶裝配、綁扎用Φ ImmX 80mm尖頭鋼絲從引線板的Φ 1. 5mm孔垂直向下穿入芯棒Φ 1.45的熱 電偶孔中，拔出尖頭鋼絲；把K型熱電偶從后端蓋中心孔插入，穿入芯棒Φ 1.45mm孔中，用 鑷子把K型熱電偶折彎，以便使其根部緊貼在黑體本體的橫臂上；在K型熱電偶和后端蓋中 心孔處點耐熱硅橡膠，待固化。阻值檢查用數字用表測兩根白色AFR-250-0. 35引線間電阻，阻值應為10士1Ω。黑體老化如圖3所示，將黑體加熱絲兩端與直流電源連接，電源電壓為4 6V， 熱電偶兩端與數顯溫控儀連接，通過數顯溫度儀控制直流電源的開關，對黑體在500士20°C 老化30min。同上對黑體在700士20°C再次老化600min。最終檢驗檢查產品外觀是否有損傷；檢查裝配記錄卡是否簽署是否完整、正確；無多余物， 如金屬屑、線頭、焊錫渣、隔離廢品、纖維棉。
權利要求
一種微型黑體輻射源，包括輻射體，其特征是還包括熱電偶(7)和數顯溫控儀，所述的輻射體包括輻射腔(1)、高鋁纖維布(4)、加熱鉑絲(5)、耐高溫引線(6)和外殼體(8)，輻射腔為圓柱腔體結構，加熱鉑絲呈雙螺旋狀纏繞在輻射腔的外表面上，該加熱鉑絲的兩端與耐高溫引線的一端連接，耐高溫引線的另一端外接電源，輻射腔設置在外殼體內，在輻射腔與外殼體之間設置有高鋁纖維布，熱電偶(7)的一端伸入所述輻射體的輻射腔(1)腔體內用來測量輻射腔的溫度，另一端與數顯溫控儀連接，電源通過繼電器實現對加熱鉑絲的控制，數顯溫控儀通過熱電偶的反饋控制繼電器的開關。
2.一種實現權利要求1所述微型黑體輻射源輻射體的制備方法其特征是將芯棒放在烘干箱內氧化，800士20°C持續24小時，然后冷卻；在冷卻的芯棒外表面勻地涂敷0. 3-0. 6mm厚度的陶瓷粉糊，陰干打磨；把陰干的芯棒燒結，加熱到400士20°C，持續2-3小時，然后冷卻打磨；取鉬絲(Pt)從中間對折，將鉬絲對折端在芯棒輻射口端打結，然后從芯棒輻射口端開 始，按照順時針成雙股螺旋狀并繞在燒結打磨后的芯棒上，間距為0. 20. 4mm，每股鉬絲端打 結，留4cm麻花狀鉬絲；在繞制好的芯棒組件表面分四條線涂0. 3-0. 6mm厚度的陶瓷粉糊，線間呈90度分布， 陰干；把條狀高鋁纖維布放在烘干箱內加熱至500士20°C，持續5-6小時，冷卻后緊緊包裹在 芯棒組件上形成一個圓柱狀，用銅絲纏繞在柱狀纖維外表面，整體塞入微型黑體外殼體(8) 內，引入導線；把K型熱電偶從后端蓋中心孔插入，穿入芯棒熱電偶孔中，把K型熱電偶折彎，以便其 根部緊貼在黑體本體的橫臂上；黑體老化，將黑體加熱絲兩端與直流電源連接，電源電壓為4 6V，熱電偶兩端與數顯 溫控儀連接，通過數顯溫度儀控制直流電源的開關，分別對黑體在00士20°C老化30min和 在 700 士 20 °C 老化 600min。
3.根據權利要求1所述的微型黑體輻射源，其特征是在所述芯棒(10)外表面上均勻 的開設螺旋狀溝槽(9)，加熱鉬絲沿溝槽(9)雙螺旋狀纏繞。
4.根據權利要求1所述的微型黑體輻射源，其特征是在所述外殼體(8)的前端蓋和 側壁為一體，且內設置有襯環(2)。
5.根據權利要求2所述的微型黑體輻射源，其特征是所述芯棒(10)的一端為圓柱形 輻射孔，另一端為熱電偶孔。
6.根據權利要求2或3所述的微型黑體輻射源，其特征是所述輻射腔(1)的外徑為 3mm，輻射口徑為2mm，外表面涂敷耐高溫絕緣層。
7.根據權利要求2所述的微型黑體輻射源的制備方法其特征是所述鉬絲(Pt)長度 為64cm，兩端分別對折5cm-6cm，擰成麻花狀，然后整根鉬絲從中間對折。
8.根據權利要求2所述的微型黑體輻射源的制備方法其特征是所述高鋁纖維布厚 Imm,寬 20mm，長 330mmo
全文摘要
本發明公開的微型黑體輻射源由輻射體，熱電偶和數顯溫控儀組成，輻射體包括輻射腔(1)、高鋁纖維布(4)、加熱鉑絲(5)、耐高溫引線(6)、外殼體(8)和芯棒(10)，輻射腔為圓柱腔體結構，加熱鉑絲纏繞在芯棒的外表面上，該加熱鉑絲的兩端與耐高溫引線的一端連接，耐高溫引線的另一端外接電源，芯棒設置在外殼體內，在芯棒與外殼體之間設置有高鋁纖維布，熱電偶(7)的一端伸入所述輻射體的芯棒熱電偶孔內用來測量輻射腔的溫度，另一端與數顯溫控儀連接，電源通過繼電器實現對加熱鉑絲的控制，數顯溫控儀通過熱電偶的反饋控制繼電器的開關。采用本發明成型的微型黑體輻射源不僅控溫簡便、控溫精度高、有效發射率高，而且體積質量小、制造工藝簡單。
文檔編號G01K7/02GK101808431SQ20101013993
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月7日 優先權日2010年4月7日
發明者史東才, 周海龍, 張偉, 方世杰, 李龍星, 沈俊芳, 閔志宇, 雷建 申請人:洛陽理工學院