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INFRAMET VSB真空面源黑體,模擬太空環(huán)境條件下的紅外測試系統(tǒng)
來源: | 作者:上海明策 | 發(fā)布時間: 2024-12-23 | 352 次瀏覽 | 分享到:

將紅外系統(tǒng)送入太空任務之前,通常需要使用位于冷卻真空艙中的黑體進行測試,以模擬太空環(huán)境。這些黑體的設計因一系列特殊需求而成為技術上的挑戰(zhàn),包括:能夠在真空條件下工作,能夠承受極低溫度,對黑體發(fā)射器溫度的精確調(diào)節(jié),以及從艙外控制中心對位于真空艙內(nèi)的黑體進行遠程控制。


VSB黑體是由Inframet推出的一種新型黑體,旨在滿足空間實驗室的需求。其控制軟件可在模擬地球溫度目標的同時,在太空環(huán)境條件下工作。


VSB黑體的發(fā)射器尺寸范圍為50x50mm到150x150mm,發(fā)射器溫度通過附著在發(fā)射器上的一系列加熱元件調(diào)節(jié),溫度穩(wěn)定性通過超精密算法實現(xiàn)。該黑體專為遠程控制而優(yōu)化,可以通過艙外的PC控制位于真空艙內(nèi)的黑體。此外,VSB黑體還經(jīng)過優(yōu)化,可與MRW-8旋轉(zhuǎn)輪協(xié)同工作。


VSB黑體是一種超高精度的面狀黑體,設計用于在冷卻真空艙(環(huán)境溫度為-173°C至-33°C)中模擬低至中等溫度目標(-10°C至+200°C)。VSB黑體由四個模塊組成:VSB黑體頭、VDC電源、PC組件以及VSB控制計算機程序。只有VSB黑體頭可以放入真空艙中。VSB黑體還可以選配MRW-8旋轉(zhuǎn)輪,以滿足特殊需求。



一、什么是真空黑體源

定義

真空黑體源是一種將黑體輻射源放置在真空環(huán)境中的裝置。黑體源本身是一種理想化的熱輻射體,它能夠吸收所有照射到它表面的電磁輻射,并且在熱平衡狀態(tài)下,其發(fā)射的電磁輻射能量僅與溫度有關。而真空黑體源通過將黑體源置于真空腔室中,以減少空氣對流和熱傳導對黑體輻射的影響,從而獲得更純凈、更準確的熱輻射信號。

 

一、結構組成

黑體腔:這是真空黑體源的核心部分,它的形狀通常為球形、圓柱形或長方體等。黑體腔的內(nèi)壁材料具有高吸收率和高發(fā)射率,以接近理想黑體的輻射特性。例如,一些高性能的真空黑體源的黑體腔內(nèi)壁會采用特殊的涂層,如碳黑涂層,其發(fā)射率可以達到 0.99 以上。

真空腔室:用于創(chuàng)造和維持真空環(huán)境,一般由金屬材料制成,如不銹鋼。真空腔室配備有真空泵接口,通過真空泵可以將腔室內(nèi)的空氣抽出,達到所需的真空度。常見的真空度可以達到 10?3 Pa 甚至更高。

 

加熱與溫度控制系統(tǒng):能夠精確控制黑體腔的溫度,使黑體在不同的設定溫度下產(chǎn)生穩(wěn)定的輻射。加熱系統(tǒng)可以是電阻加熱、感應加熱等方式。溫度控制系統(tǒng)通常采用高精度的溫度傳感器(如鉑電阻溫度計)來監(jiān)測溫度,并通過反饋控制算法來調(diào)節(jié)加熱功率,確保黑體腔溫度的穩(wěn)定性和準確性。溫度控制精度可以達到 ±0.1℃甚至更高。

窗口材料:真空腔室上有用于輻射輸出的窗口,窗口材料需要在紅外波段具有高透過率,同時能夠承受真空環(huán)境和一定的溫度。例如,常用的窗口材料有氟化鈣(CaF?)、藍寶石(Al?O?)等,氟化鈣在 2 - 10μm 紅外波段的透過率較高,能夠有效地將黑體腔內(nèi)的輻射傳輸出來。

 

二、工作原理

 

首先,通過真空泵將真空腔室抽至所需的真空度,減少空氣對流和熱傳導對黑體輻射的影響。然后,加熱系統(tǒng)根據(jù)設定的溫度對黑體腔進行加熱,當黑體腔達到熱平衡狀態(tài)時,它會按照黑體輻射定律發(fā)射電磁輻射。由于黑體腔內(nèi)壁的高吸收率和高發(fā)射率特性,其發(fā)射的輻射能量主要取決于黑體腔的溫度。輻射通過真空腔室的窗口輸出,可用于校準紅外探測器、熱成像系統(tǒng)等設備。

 

三、真空黑體源的作用

 

校準與標定:

紅外測溫設備校準:對于紅外測溫儀、紅外熱像儀等紅外探測設備,真空黑體源可作為標準的輻射源對其進行校準,以確保這些設備在不同環(huán)境和溫度條件下的測溫準確性。例如,在工業(yè)生產(chǎn)中,紅外測溫設備常用于監(jiān)測生產(chǎn)過程中的溫度變化,其準確性對于產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全至關重要,使用真空黑體源進行校準可以有效提高設備的可靠性。

航天及衛(wèi)星設備標定:在航天領域,衛(wèi)星上搭載的紅外遙感儀器等對溫度的測量精度要求極高。真空黑體源能夠在接近太空環(huán)境的真空條件下提供準確的溫度輻射,用于標定這些航天設備,確保它們在太空中能夠準確地獲取目標物體的溫度信息,為氣象觀測、地球資源探測等提供準確的數(shù)據(jù)支持。

 

測試與評估:

熱成像系統(tǒng)性能測試:可以模擬不同溫度的目標物體,幫助測試熱成像系統(tǒng)的分辨率、溫度靈敏度、均勻性等性能指標。例如,測試熱成像系統(tǒng)在低溫或真空環(huán)境下對目標物體的成像清晰度和溫度測量精度,以便對系統(tǒng)進行優(yōu)化和改進。

 

材料熱輻射特性研究:

為研究材料在真空及不同溫度下的熱輻射特性提供標準的輻射環(huán)境。通過將材料樣品置于真空黑體源的輻射場中,可以研究材料的發(fā)射率、吸收率等特性隨溫度的變化規(guī)律,這對于新材料的研發(fā)、材料性能的優(yōu)化以及航空航天等領域中對材料熱輻射特性的研究具有重要意義。

紅外傳感器的非均勻性校正:紅外傳感器在制造過程中可能存在像素之間的響應差異,即非均勻性。真空黑體源可以提供均勻的輻射場,用于對紅外傳感器進行非均勻性校正,提高傳感器的測量精度和可靠性5。

 

  模擬太空環(huán)境:

在地面上模擬太空的低溫、真空環(huán)境,為航天設備的測試和研究提供接近實際太空條件的實驗環(huán)境。例如,測試衛(wèi)星上的紅外探測設備在太空環(huán)境下的性能和可靠性,驗證其在極端環(huán)境下的工作能力,有助于提前發(fā)現(xiàn)和解決潛在的問題,降低航天任務的風險。

用于研究太空目標的熱輻射特性。通過調(diào)整真空黑體源的溫度和輻射參數(shù),可以模擬太空中不同天體或目標的熱輻射情況,為天文學研究和太空探測提供參考數(shù)據(jù)。


推薦型號

INFRAMET VSB真空黑體源


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