宽动态范围红外积分球辐射源的设计与初步检测

论文摘要

积分球辐射源是实验室辐射定标系统中的关键设备之一,具有高稳定性和高均匀性等优良的辐射特性。目前积分球辐射源在太阳反射波段的研制和应用技术相对成熟,广泛应用于实验室辐射定标,但是红外积分球辐射源的研制方法仍需探索,面临着如何实现高均匀性、宽动态范围调节、高稳定性和低背景辐射输出等关键技术问题。本文针对大口径、高温度灵敏度的红外遥感器的定标要求,开展了一种高均匀性和宽辐射动态范围的红外积分球辐射源的设计与初步检测方法研究。为了在3～14 μm波段内选取合适的红外辐射介质作为红外积分球辐射源系统的光源,产生高稳定性的具有光谱辐亮度可调的定标参考光源,本文调研对比了6类红外辐射介质,并对其中3类6种进行了非稳定性和光谱特性测试,最终选用碳纤维石英电热管作为积分球辐射源的红外辐射介质,其光谱辐射非稳定性优于0.4%/1 h。利用积分球的空腔辐射理论和黑体辐射理论,提出子、母镀金积分球串联的匀光方式,有效提高了红外积分球的均匀性。通过改变驱动电源的电流值实现辐射源的输出辐亮度宽动态范围调节,设计程控镀金光阑,通过改变光阑的开口大小实现辐亮度等色温线性调节。采用混合介质制冷模块使母积分球温度降低到155 K,在此温度下,母积分球10 μm处的背景辐射约占出口辐亮度的0.5%。采用喷丸和真空蒸发镀金等工艺实现子、母积分球内壁涂层的制作,并集成安装镀金光阑,完成红外积分球辐射源的结构组装。在常温常压条件下开展了红外积分球辐射源辐射特性的分析与初步检测,结果表明:红外积分球在出光口法线Φ200 mm区域内的均匀性为98.87%,竖直方向上±15°内的角度均匀性为99.69%,实现动态范围内的近线性可调功能,非稳定性为0.16%/30 min,表现出较好的性能。建立了温度变化与辐射源辐亮度输出稳定性之间的关系,并确定了子、母积分球的温控精度。红外积分球辐射源是传统黑体辐射源的有效补充,在红外遥感器的实验室光谱辐射定标中具有潜在的应用价值。

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ABSTRACT

第1章绪论

1.1 积分球辐射源在辐射定标中的应用

1.1.1 相对辐射校正

1.1.2 绝对响应度定标

1.1.3 非线性和非稳定性检测

1.2 积分球的设计方法和主要参数表征

1.2.1 影响积分球辐亮度输出均匀性的因素

1.2.2 影响积分球辐亮度输出稳定性的因素

1.3 积分球辐射源的研制技术发展

1.3.1 太阳反射波段积分球辐射源的研制技术发展

1.3.2 红外波段积分球辐射源的研制技术发展

1.4 论文的研究内容

1.4.1 研究问题的提出

1.4.2 主要研究内容

1.5 本章小节

第2章红外辐射介质的选取

2.1 红外辐射介质调研

2.1.1 碳化硅棒

2.1.2 钨带灯和钨管灯

2.1.3 介质蒸发金属热管

2.1.4 碳纤维石英电热管

2.1.5 铁铬铝合金石英电热管

2.1.6 高温电炉丝金属热管

2.2 红外辐射介质测试

2.3 本章小结

第3章积分球辐射源的研制

3.1 总体设计

3.2 红外辐射单元设计

3.3 均匀性设计

3.4 宽动态范围调节设计

3.5 积分球的制作

3.5.1 积分球涂层的选择

3.5.2 积分球制作工艺

3.6 本章小结

第4章辐射特性的分析与初步检测

4.1 辐亮度输出均匀性的分析与初步检测

4.2 辐亮度输出动态范围的分析与初步检测

4.3 背景辐射的分析与初步检测

4.4 辐亮度输出稳定性的分析与初步检测

4.5 本章小结

第5章总结与展望

5.1 总结

5.2 论文的创新点

5.3 进一步考虑

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张梦雅

导师: 吴浩宇

关键词: 辐射定标,红外,积分球,辐射源,遥感器

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,工业通用技术及设备,自动化技术

单位: 中国科学技术大学

分类号: O432.1;TP73

总页数: 74

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