一種用于低溫面源黑體的防結霜裝置的制造方法
【專利摘要】公開了一種用于低溫面源黑體的防結霜裝置，包括：氣體導管、冷卻單元、溫度傳感器和控制單元。采用氣體吹掃黑體輻射面表面形成氣幕，能夠阻止黑體輻射面與周圍空氣接觸，防止周圍空氣中的水汽在黑體輻射面表面結霜；采用冷卻單元冷卻氣體導管中的吹掃氣體，一方面能夠避免吹掃氣體溫度過高或過低對黑體輻射面均勻性、穩定性的影響，另一方面能夠去除吹掃氣體中的水汽，防止吹掃氣體中的水汽在黑體表面結霜。根據本發明的防結霜裝置，能夠提高紅外熱像儀測量結果的準確性。
【專利說明】
一種用于低溫面源黑體的防結霜裝置
技術領域
[0001]本發明涉及光學特性技術領域，尤其涉及一種用于低溫面源黑體的防結霜裝置。
【背景技術】
[0002]以下對本發明的相關技術背景進行說明，但這些說明并不一定構成本發明的現有技術。
[0003]隨著紅外熱像儀、光譜儀等測量設備的廣泛應用，用于此類設備的標定的設備黑體必不可少。根據熱像儀和光譜儀等測量設備的測試目標，紅外標定使用的黑體溫度段也不同。隨著海天背景等低溫目標的測試，零攝氏度以下溫度區間的標定需求量不斷增加。由于標定黑體設備暴露在空氣中使用，在進行零攝氏度以下標定實驗時，由于空氣和黑體輻射面的溫度差別較大，導致空氣中的水蒸氣冷凝到黑體表面，形成結霜，使熱像儀響應受霜的影響很大，測量結果的準確性受到質疑，不能作為紅外設備的定標溯源依據。
[0004]目前防止結霜對標定影響采用的辦法:
[0005]I)真空環境標定，為防止結霜低溫黑體放置于真空罐中，紅外設備放置在罐外，通過窗口觀測。優點，真空環境沒有水汽等影響，缺點，標定過程復雜，成本高，標定結果還會受到窗口等因素影響。
[0006]2)使用低溫黑體，使用干燥惰性氣體吹掃黑體輻射面表面，形成氣幕，阻止空氣靠近輻射面，水汽凝結。優點，相比真空標定此過程簡化，及成本稍低。缺點，使用的干燥惰性氣體溫度與室溫接近，直接吹掃會影響輻射面低溫時的均勻性、穩定性，勢必干擾紅外設備的響應值。
[0007]因此需要找到一種簡單有效的輻射面防結霜裝置。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于提出一種用于低溫面源黑體的防結霜裝置，能夠避免吹掃氣體溫度過高對輻射面均勻性、穩定性的影響，防止吹掃氣體中的水蒸氣冷凝到黑體表面形成結霜，提高紅外熱像儀測量結果的準確性。
[0009]根據本發明的用于低溫面源黑體的防結霜裝置，包括:氣體導管、冷卻單元、溫度傳感器和控制單元;其中，
[0010]氣體導管的進氣端設置有與氣源連通的進氣孔，氣體導管的出氣端穿過冷卻單元并伸出至黑體輻射面的上端；氣體導管的出氣端沿著氣體流動方向設置至少一個氣體噴嘴，氣體噴嘴位于黑體輻射面的上端;溫度傳感器設置在氣體導管內，用于采集經冷卻單元冷卻后的氣體的溫度值，并發送給控制單元;冷卻單元上設置有冷凝水排放孔，空氣中的水分經冷卻單元冷凝后從所述冷凝水排放孔排出；控制單元接收溫度傳感器發送的溫度值，基于黑體表面的輻射溫度值以及溫度值控制冷卻單元的冷卻功率。
[0011]優選地，氣源為空氣，氣體導管的進氣孔與空氣直接連通。
[0012]優選地，氣體導管出氣端的內部通道的橫截面面積沿著氣體流動方向逐漸減小。
[0013]優選地，氣體導管出氣端的內部通道為圓臺形結構，圓臺形結構的中心對稱軸與氣體流動方向平行，圓臺形結構的橫截面面積沿著氣體流動方向逐漸減小。
[0014]優選地，氣體導管出氣端的內部通道為階梯形圓柱結構，階梯形圓柱結構的中心對稱軸與氣體流動方向平行，同一階梯處的階梯形圓柱結構的橫截面積相等，相鄰兩個階梯處的階梯形圓柱結構的橫截面面積沿著氣體流動方向減小。
[0015]優選地，氣體導管的每個氣體噴嘴的噴氣量相等。
[0016]優選地，控制單元根據接收的溫度值和黑體表面的輻射溫度值查詢預設的映射關系，確定冷卻功率值;基于冷卻功率值控制冷卻單元的冷卻功率。
[0017]優選地，當溫度傳感器發送的溫度值與黑體表面的輻射溫度值之間的差值不大于設于的溫度誤差時，冷卻單元的冷卻功率維持不變；當溫度傳感器發送的溫度值與黑體表面的輻射溫度值之間的差值大于設于的溫度誤差時，控制單元根據黑體表面的輻射溫度值以及溫度傳感器發送的溫度值調整冷卻單元的冷卻功率。
[0018]根據本發明的用于低溫面源黑體的防結霜裝置，包括:氣體導管、冷卻單元、溫度傳感器和控制單元。采用氣體吹掃黑體輻射面表面形成氣幕，能夠阻止黑體輻射面與周圍空氣接觸，防止周圍空氣中的水汽在黑體輻射面表面結霜;采用冷卻單元冷卻氣體導管中的吹掃氣體，一方面能夠避免吹掃氣體溫度過高或過低對黑體輻射面均勻性、穩定性的影響，另一方面能夠去除吹掃氣體中的水汽，防止吹掃氣體中的水汽在黑體表面結霜。根據本發明的防結霜裝置，能夠提高紅外熱像儀測量結果的準確性。
【附圖說明】
[0019]通過以下參照附圖而提供的【具體實施方式】部分，本發明的特征和優點將變得更加容易理解，在附圖中:
[0020]圖1是示出根據本發明的用于低溫面源黑體的防結霜裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面參照附圖對本發明的示例性實施方式進行詳細描述。對示例性實施方式的描述僅僅是出于示范目的，而絕不是對本發明及其應用或用法的限制。
[0022]參見圖1，根據本發明的用于低溫面源黑體的防結霜裝置，包括:氣體導管8、冷卻單元4、溫度傳感器3和控制單元5。其中，氣體導管8的進氣端設置有與氣源連通的進氣孔6，氣體導管8的出氣端穿過冷卻單元4并伸出至黑體輻射面I的上端;氣體導管8的出氣端沿著氣體流動方向設置至少一個氣體噴嘴2，氣體噴嘴2位于黑體輻射面I的上端;溫度傳感器3設置在氣體導管8內，用于采集經冷卻單元4冷卻后的氣體的溫度值，并發送給控制單元5;冷卻單元上設置有冷凝水排放孔7，空氣中的水分經冷卻單元4冷凝后從冷凝水排放孔7排出；控制單元5接收溫度傳感器3發送的溫度值，基于黑體表面的輻射溫度值以及溫度傳感器3發送的溫度值控制冷卻單元4的冷卻功率。
[0023]本發明采用氣體吹掃黑體輻射面表面，在黑體輻射面I的表面形成氣幕，能夠阻止黑體輻射面與周圍空氣接觸，防止周圍空氣中的水汽在黑體輻射面表面結霜。若吹掃氣體的溫度與黑體輻射面I的表面溫度不同，直接吹掃會造成黑體輻射面I表面的溫度不均勻、不穩定，使得紅外熱像儀的測量結果的準確性較差。本發明采用冷卻單元冷卻氣體導管中的吹掃氣體，一方面能夠避免吹掃氣體溫度過高或過低對黑體輻射面均勻性、穩定性的影響。另一方面，吹掃氣體中的水汽冷凝后從冷凝水排放孔排出，能夠防止吹掃氣體中的水汽在黑體表面結霜，避免吹掃氣體中的水汽對測量結果的影響。
[0024]本發明中的氣源可以是惰性氣體，也可以是空氣。當采用空氣作為氣源時，可以使氣體導管的進氣孔6直接與空氣連通。與惰性氣體相比，空氣更容易獲得，成本低。此外，采用空氣作為氣源時，氣體導管8的進氣孔直接與大氣連通即可，無需額外的氣源容器，結構簡單。
[0025]當氣體導管8的出氣端設置兩個或多個氣體噴嘴時，沿著氣體流動方向的出氣端單位橫截面的氣體流量逐漸減小，氣體噴嘴2的噴氣量越小。氣體噴嘴2的噴氣量對對應位置處黑體輻射面的溫度均勻性和氣幕均勻性具有直接影響，為了保證黑體輻射面的溫度均勻性和氣幕均勻性，可以使氣體導管8出氣端的內部通道的橫截面面積沿著氣體流動方向逐漸減小。
[0026]在本發明的一些實施例中，氣體導管8出氣端的內部通道為圓臺形結構，圓臺形結構的中心對稱軸與氣體流動方向平行，圓臺形結構的橫截面面積沿著氣體流動方向逐漸減小。采用這種結構，氣體導管8出氣端的內部通道的橫截面面積使連續變化的、沿著氣體流動方向逐漸減小。
[0027]在本發明的另一些實施例中，氣體導管8出氣端的內部通道為階梯形圓柱結構，階梯形圓柱結構的中心對稱軸與氣體流動方向平行，同一階梯處的階梯形圓柱結構的橫截面積相等，相鄰兩個階梯處的階梯形圓柱結構的橫截面面積沿著氣體流動方向減小。采用這種結構，氣體導管8出氣端的內部通道的橫截面面積階梯性變化。
[0028]為了盡量減小氣體噴嘴2的噴氣量不均勻對測量結果的影響，可以使氣體導管8的每個氣體噴嘴2的噴氣量相等。
[0029]控制單元5可以根據黑體表面的輻射溫度值以及溫度傳感器3發送的溫度值控制冷卻單元4的冷卻功率。為了提高防結霜裝置的自動化程度，可以預先在控制單元5內存儲溫度傳感器3發送的溫度值、黑體表面的輻射溫度值與冷卻單元4的冷卻功率之間的映射關系。控制過程控制單元5根據接收的溫度值和黑體表面的輻射溫度值查詢預設的映射關系，確定冷卻功率值，然后基于查詢到的冷卻功率值控制冷卻單元的冷卻功率。
[0030]實際工作過程中，由于冷卻工藝、裝置密封性或者其他原因的影響，黑體輻射面I的表面溫度以及氣體導管8內的冷卻氣體的溫度有可能與實際值產生偏差。當這種偏差對測量結果的影響不大時，頻繁調整冷卻單元的冷卻功率不僅對提高測量結果準確性沒有明顯效果，而且還會增加控制單元的工作負荷。此外，頻繁調整冷卻單元的冷卻功率還會減少冷卻單元的使用壽命。因此，在本發明的優選實施例中，當溫度傳感器發送的溫度值與黑體表面的輻射溫度值之間的差值不大于設于的溫度誤差時，冷卻單元的冷卻功率維持不變；當溫度傳感器發送的溫度值與黑體表面的輻射溫度值之間的差值大于設于的溫度誤差時，控制單元根據黑體表面的輻射溫度值以及溫度傳感器發送的溫度值調整冷卻單元的冷卻功率。
[0031]與現有技術相比，本發明能夠有效阻止黑體輻射面周圍空氣以及吹掃氣體中的水汽在黑體輻射面表面結霜，保證黑體輻射面的均勻性、穩定性，提高紅外熱像儀測量結果的準確性。
[0032]雖然參照示例性實施方式對本發明進行了描述，但是應當理解，本發明并不局限于文中詳細描述和示出的【具體實施方式】，在不偏離權利要求書所限定的范圍的情況下，本領域技術人員可以對所述示例性實施方式做出各種改變。
【主權項】
1.一種用于低溫面源黑體的防結霜裝置，其特征在于包括:氣體導管、冷卻單元、溫度傳感器和控制單元;其中， 氣體導管的進氣端設置有與氣源連通的進氣孔，氣體導管的出氣端穿過冷卻單元并伸出至黑體輻射面的上端;氣體導管的出氣端沿著氣體流動方向設置至少一個氣體噴嘴，所述氣體噴嘴位于黑體輻射面的上端； 溫度傳感器設置在氣體導管內，用于采集經冷卻單元冷卻后的氣體的溫度值，并發送給控制單元； 所述冷卻單元上設置有冷凝水排放孔，空氣中的水分經冷卻單元冷凝后從所述冷凝水排放孔排出； 控制單元接收溫度傳感器發送的溫度值，基于黑體表面的輻射溫度值以及所述溫度值控制冷卻單元的冷卻功率。2.如權利要求1所述的防結霜裝置，其特征在于，所述氣源為空氣，氣體導管的進氣孔與空氣直接連通。3.如權利要求2所述的防結霜裝置，其特征在于，所述氣體導管出氣端的內部通道的橫截面面積沿著氣體流動方向逐漸減小。4.如權利要求3所述的防結霜裝置，其特征在于，所述氣體導管出氣端的內部通道為圓臺形結構，所述圓臺形結構的中心對稱軸與氣體流動方向平行，所述圓臺形結構的橫截面面積沿著氣體流動方向逐漸減小。5.如權利要求3所述的防結霜裝置，其特征在于，所述氣體導管出氣端的內部通道為階梯形圓柱結構，所述階梯形圓柱結構的中心對稱軸與氣體流動方向平行，同一階梯處的所述階梯形圓柱結構的橫截面積相等，相鄰兩個階梯處的所述階梯形圓柱結構的橫截面面積沿著氣體流動方向減小。6.如權利要求3所述的防結霜裝置，其特征在于，所述氣體導管的每個氣體噴嘴的噴氣量相等。7.如權利要求5所述的防結霜裝置，其特征在于，所述控制單元根據接收的溫度值和黑體表面的輻射溫度值查詢預設的映射關系，確定冷卻功率值;基于所述冷卻功率值控制冷卻單元的冷卻功率。8.如權利要求5所述的防結霜裝置，其特征在于，當溫度傳感器發送的溫度值與黑體表面的輻射溫度值之間的差值不大于設于的溫度誤差時，冷卻單元的冷卻功率維持不變；當溫度傳感器發送的溫度值與黑體表面的輻射溫度值之間的差值大于設于的溫度誤差時，控制單元根據黑體表面的輻射溫度值以及溫度傳感器發送的溫度值調整冷卻單元的冷卻功率。
【文檔編號】G01J5/00GK106092324SQ201610366208
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】張亞洲, 雷浩, 武敬力, 陳偉力, 王寧明, 陳大鵬, 李軍偉
【申請人】北京環境特性研究所