专利名称：微型黑体辐射源及其制备方法
技术领域：
本发明属于红外辐射源技术领域，具体涉及的是一种微型黑体辐射源的成型方 法。主要用于航空航天产品、红外模拟目标源、实验室测试设备、红外搜索设备测试
背景技术：
微型黑体辐射源作为一种小型红外辐射源，已广泛应用于模拟目标。目前国内普遍使用的超小型黑体辐射源，其腔体采用圆柱加圆锥、圆锥和球形结 构，结构较复杂，加工成型困难。多选用发射率较大的材料，如石墨等。对于使用温度不高 的空腔，可选用高反射率的材料做为腔壁材料，或者将空腔加工成特殊形状，以减小空腔有 效发射率对腔壁温度均勻性的依赖。针对不同的温度范围需求和用途，辐射源的形式也各不相同。辐射源加热控温方 式上可分为单段加热(或制冷)控温和多段加热控温两种方法。对温度的控制采用模糊控 制，将加热丝作为热敏电阻使用。工作中的加热丝的电阻经查找表运算得到当前的温度，与 单片机内预制的设定温度对比，并根据这个温度差进行模糊控制。这种控温方式复杂且不 直观，尤其黑体与单片机必须是一一对应的，每个黑体都必须有严格的预先测量其温度与 阻值的对应关系，控温精度低，不具有通用性。

发明内容
本发明的目的由此产生，提出一种微型黑体辐射源及其制备方法。解决现有微型 黑体辐射源通用性差，控温方式复杂、不直观的问题，具有控温简便、控温精度高、有效发射 率高，体积质量小、制造工艺简单的特点。本发明实现上述目的采用的技术方案是微型黑体辐射源由辐射体、热电偶、数显 温控仪组成，辐射体包括辐射腔、高铝纤维布、加热钼丝、耐高温引线和外壳体，辐射腔为圆 柱腔体结构，加热钼丝呈双螺旋状缠绕在辐射腔的外表面上，该加热钼丝的两端与耐高温 引线的一端连接，耐高温引线的另一端外接电源，辐射腔设置在外壳体内，在辐射腔与外壳 体之间设置有高铝纤维布，热电偶一端伸入辐射腔的腔体用来测量辐射腔的温度，另一端 与数显温控仪连接，电源通过继电器实现对加热钼丝的控制，数显温控仪通过热电偶的反 馈控制继电器的开关。本发明实现上述微型黑体辐射源的制备方法是将芯棒放在烘干箱内氧化，800士20°C持续2-4小时，然后冷却；在冷却的芯棒外表面勻地涂敷0. 3-0. 6mm厚度的陶瓷粉糊，阴干打磨；把阴干的芯棒烧结，加热到400士20°C，持续2-3小时，然后冷却打磨；取钼丝(Pt)从中间对折，将钼丝对折端在芯棒辐射口端打结，然后从芯棒辐射口 端开始，按照顺时针成双股螺旋状并绕在烧结打磨后的芯棒上，间距为0. 2-0. 4mm,每股钼 丝端打结，留4cm麻花状钼丝；在绕制好的芯棒组件表面分四条线涂0. 3-0. 6mm厚度的陶瓷粉糊，线间呈90度分布，阴干； 把条状高铝纤维布放在烘干箱内加热至500士20°C，持续5-6小时，冷却后紧紧包 裹在芯棒组件上形成一个圆柱状，用铜丝缠绕在柱状纤维外表面，整体塞入微型黑体外壳 体(8)内，引入导线；把K型热电偶从后端盖中心孔插入，穿入芯棒热电偶孔中，把K型热电偶折弯，以 便其根部紧贴在黑体本体的横臂上；黑体老化，将黑体加热丝两端与直流电源连接，电源电压为4 6V，热电偶两端 与数显温控仪连接，通过数显温度仪控制直流电源的开关，分别对黑体在00士20°C老化 30min 和在 700 士 20 °C 老化 600min。该发明结构简单、体积小、重量轻，制作过程简单，制作材料容易取得，有效发射率 高，腔口发射率已经做到0. 97士0. 03 ；温度稳定性高，可达士0. 2V /h。采用PID数显温控 仪控制温度，控温精度士0. 1°C，不需要模拟校准。温控器自带的LED显示屏实时显示黑体 的实测温度，通过控制面板进行温度设定，可显示设定温度值。PID数显温控仪有串口通讯 功能，可与计算机通讯，由计算机实现对黑体温度的设定控制。其作为一种小型红外辐射 源，可广泛应用于模拟目标，尤其在红外模拟目标源、实验室测试设备、红外搜索设备测试 等领域。


图1为本发明微型辐射体的结构示意图；图2为本发明辐射体芯棒的剖面图；图3为本发明控温、加热原理图。图中1、辐射腔，2、衬环，3、端盖，4、高铝纤维布，5、加热钼丝，6、耐高温引线，7、热 电偶，8、外壳体，9、沟槽，10、芯棒。具体实施方法以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。本发明所述的微型黑体辐射源由辐射体、热电偶、数显温控仪组成。如图1所示为 微型黑体辐射源，包括辐射腔1、衬环2、端盖3、高铝纤维布4、加热钼丝5、耐高温引线6和 外壳体8，辐射腔1为圆柱腔体结构，以保证黑体辐射体有较高的发射率和温度均勻性。图2 所示为芯棒，所述芯棒10的一端为圆柱形辐射腔1，另一端为热电偶孔。其采用不锈钢材料 制作，在800士20°C下，使表面氧化，芯棒10外表面涂敷耐高温绝缘层，芯棒外径为3mm，辐 射腔口径为2mm。在芯棒10外表面上均勻的开设螺旋状沟槽9用以把加热钼丝5沿沟槽均 勻地缠绕在腔体的外表面，给芯棒加温。加热钼丝5的两端与耐高温引线6的一端连接，耐 高温引线6的另一端外接电源对加热钼丝供电。在芯棒10外表面包裹有高铝纤维布4，利 用工装夹具把包裹有纤维布的芯棒固定在外壳体8内并确保芯棒和外壳体之间没有缝隙， 衬环2设置在外壳体8内。外壳体8是一中空的封闭圆柱体，前端和侧壁为一体，其外径为 16mm，长度为30mm。外壳体8的后端设置端盖3，所有引线(耐高温引线和热电偶引线)均 从端盖上的开口处引出。热电偶7采用K型热电偶作为测温传感器，其一端伸入芯棒(10) 的热电偶孔内用来测量辐射腔的温度，通过数显温控仪中的PID控制组件使得辐射腔内的 温度与设定温度保持一致，另一端数显温控仪连接。数显温控仪采用的是UT150温控仪，其控制电路为常规的控制电路。如图3所示，电源通过继电器实现对加热钼丝的控制，数显温控仪通过热电偶的反馈控制继电器的开关。当热电偶测量到的温度低于设定温度时，继电 器打开，加热钼丝工作，辐射腔内开始加热；当热电偶测量到的温度等于设定温度时，继电 器关断，加热钼丝停止加温，辐射腔内保持此时的温度，从而实现对辐射腔温度的控制。本实施例所述微型黑体辐射源黑体的制备方法如下芯棒准备把图2所示芯棒放在烘干箱内高温氧化，800士20°C持续2-4小时，然后冷却，用砂 纸处理干净；取少量陶瓷粉(Ig)放入和胶容器内，取少量陶瓷粉专用胶(Ig)，用搅拌棒调 和成糊状；把陶瓷粉糊均勻地涂敷到芯棒外表面，厚度约0. 3-0. 6mm，把涂敷芯棒放在室内 阴干；把阴干的芯棒烧结，以20°C/min的速度加热到400 士 20°C，持续2-3小时，然后冷却； 用砂纸对烧结芯棒进行打磨，使其外形均勻。钼丝准备取钼丝(Pt)，用米尺取长度为64cm，两端分别对折5cm、6cm，拧成麻花装。然后整 根钼丝从中间对折；测对折后的钼丝(Pt)两端电阻值应为10士 1Ω芯棒组件装配；用绕 线夹具把烧结打磨后的芯棒夹住，用钼丝对折端在芯棒辐射口端打结，形成360度的弯头， 然后从芯棒辐射口端开始，按照顺时针成双股螺旋状并绕在烧结打磨后的芯棒上，间距为 0. 2-0. 4mm，这样保证相邻两根加热线的电流的流动方向是相反以消除因电流流动而产生 的磁场；待双股钼丝绕尽后，每股钼丝端打结，留4cm麻花状钼丝。这种结构有利于提高发 热体的耐压值。为了固化绕后的钼丝，防止钼丝绕制不紧或在振动条件下钼丝松动引起短 路，在绕制好的芯棒组件表面沿轴向从四个方向涂少量0. 3-0. 6mm厚度的陶瓷粉糊实现绝 缘，各方向间隔约90度分布，阴干；高铝纤维布准备取Imm厚的高铝纤维布，平放在玻璃桌面上，用裁纸刀和钢尺把铝纤维布裁成 20mmX 330mm的条状；把条状高铝纤维布放在烘干箱内加热至500士20°C，持续5_6小时，除 去其内的胶体物，冷却。芯棒组件耐热装配冷却后的条状高铝纤维布放在玻璃表面上，取一个绕丝的芯棒组件，使其辐射口 与条状铝纤维布长边对齐；用镊子卷起高铝纤维布，使其紧紧抱在芯棒组件上，卷起的同 时，注意保持芯棒组件两端的麻花状钼丝间的绝缘；把条状高铝纤维布卷尽后，用Φ0. Imm 铜丝缠在柱状纤维外表面，使其表面形成一个圆柱状，外形约017mmX20mm，有效圈数为8 圈；把圆柱状组件塞入微型黑体本体，使辐射孔进入端面约0. 5mm。导线准备AFR-250-0. 35线350mm，断头对齐，穿入长度为70mm的Φ3ι πι套管中，导线露出 5mm长，用热风机把套管缩紧，并在该端打结；把引线打结端用剥线钳剥2mm裸线，镀锡。高铝棉引线板衬环装配将钼丝端头用Φ 1.0mm套管保护，注意保持钼丝对称分布在圆柱两边，用镊子从 后端塞入高铝纤维棉，填满轻压；从后端放入引线板，使Φ1. Omm套管分别插入引线板的 Φ2. Omm孔中；从后端压入衬环，使衬环的Φ4. Omm孔与黑体本体对正；拔掉Φ1. Omm套管， 此时双绞钼丝应高出引线板5 10mm。
引线装配把AFR-250-0. 35导线的成品线从衬环内往外穿出，拉紧后依次穿过黑体本体上的过线孔；用电烙铁把双绞钼丝分别焊接在引线的两端；用镊子把引线分开，让出中心位 置，填满高铝纤维棉。后端盖装配在后端盖边沿涂耐热硅橡胶，把后端盖压入黑体本体的后端部，用专用夹具加紧， 待胶固化。热电偶装配、绑扎用Φ ImmX 80mm尖头钢丝从引线板的Φ 1. 5mm孔垂直向下穿入芯棒Φ 1.45的热 电偶孔中，拔出尖头钢丝；把K型热电偶从后端盖中心孔插入，穿入芯棒Φ 1.45mm孔中，用 镊子把K型热电偶折弯，以便使其根部紧贴在黑体本体的横臂上；在K型热电偶和后端盖中 心孔处点耐热硅橡胶，待固化。阻值检查用数字用表测两根白色AFR-250-0. 35引线间电阻，阻值应为10士1Ω。黑体老化如图3所示，将黑体加热丝两端与直流电源连接，电源电压为4 6V， 热电偶两端与数显温控仪连接，通过数显温度仪控制直流电源的开关，对黑体在500士20°C 老化30min。同上对黑体在700士20°C再次老化600min。最终检验检查产品外观是否有损伤；检查装配记录卡是否签署是否完整、正确；无多余物， 如金属屑、线头、焊锡渣、隔离废品、纤维棉。
权利要求
一种微型黑体辐射源，包括辐射体，其特征是还包括热电偶(7)和数显温控仪，所述的辐射体包括辐射腔(1)、高铝纤维布(4)、加热铂丝(5)、耐高温引线(6)和外壳体(8)，辐射腔为圆柱腔体结构，加热铂丝呈双螺旋状缠绕在辐射腔的外表面上，该加热铂丝的两端与耐高温引线的一端连接，耐高温引线的另一端外接电源，辐射腔设置在外壳体内，在辐射腔与外壳体之间设置有高铝纤维布，热电偶(7)的一端伸入所述辐射体的辐射腔(1)腔体内用来测量辐射腔的温度，另一端与数显温控仪连接，电源通过继电器实现对加热铂丝的控制，数显温控仪通过热电偶的反馈控制继电器的开关。
2.一种实现权利要求1所述微型黑体辐射源辐射体的制备方法其特征是将芯棒放在烘干箱内氧化，800士20°C持续24小时，然后冷却；在冷却的芯棒外表面勻地涂敷0. 3-0. 6mm厚度的陶瓷粉糊，阴干打磨；把阴干的芯棒烧结，加热到400士20°C，持续2-3小时，然后冷却打磨；取钼丝(Pt)从中间对折，将钼丝对折端在芯棒辐射口端打结，然后从芯棒辐射口端开 始，按照顺时针成双股螺旋状并绕在烧结打磨后的芯棒上，间距为0. 20. 4mm，每股钼丝端打 结，留4cm麻花状钼丝；在绕制好的芯棒组件表面分四条线涂0. 3-0. 6mm厚度的陶瓷粉糊，线间呈90度分布， 阴干；把条状高铝纤维布放在烘干箱内加热至500士20°C，持续5-6小时，冷却后紧紧包裹在 芯棒组件上形成一个圆柱状，用铜丝缠绕在柱状纤维外表面，整体塞入微型黑体外壳体(8) 内，引入导线；把K型热电偶从后端盖中心孔插入，穿入芯棒热电偶孔中，把K型热电偶折弯，以便其 根部紧贴在黑体本体的横臂上；黑体老化，将黑体加热丝两端与直流电源连接，电源电压为4 6V，热电偶两端与数显 温控仪连接，通过数显温度仪控制直流电源的开关，分别对黑体在00士20°C老化30min和 在 700 士 20 °C 老化 600min。
3.根据权利要求1所述的微型黑体辐射源，其特征是在所述芯棒(10)外表面上均勻 的开设螺旋状沟槽(9)，加热钼丝沿沟槽(9)双螺旋状缠绕。
4.根据权利要求1所述的微型黑体辐射源，其特征是在所述外壳体(8)的前端盖和 侧壁为一体，且内设置有衬环(2)。
5.根据权利要求2所述的微型黑体辐射源，其特征是所述芯棒(10)的一端为圆柱形 辐射孔，另一端为热电偶孔。
6.根据权利要求2或3所述的微型黑体辐射源，其特征是所述辐射腔(1)的外径为 3mm，辐射口径为2mm，外表面涂敷耐高温绝缘层。
7.根据权利要求2所述的微型黑体辐射源的制备方法其特征是所述钼丝(Pt)长度 为64cm，两端分别对折5cm-6cm，拧成麻花状，然后整根钼丝从中间对折。
8.根据权利要求2所述的微型黑体辐射源的制备方法其特征是所述高铝纤维布厚 Imm,宽 20mm，长 330mmo
全文摘要
本发明公开的微型黑体辐射源由辐射体，热电偶和数显温控仪组成，辐射体包括辐射腔(1)、高铝纤维布(4)、加热铂丝(5)、耐高温引线(6)、外壳体(8)和芯棒(10)，辐射腔为圆柱腔体结构，加热铂丝缠绕在芯棒的外表面上，该加热铂丝的两端与耐高温引线的一端连接，耐高温引线的另一端外接电源，芯棒设置在外壳体内，在芯棒与外壳体之间设置有高铝纤维布，热电偶(7)的一端伸入所述辐射体的芯棒热电偶孔内用来测量辐射腔的温度，另一端与数显温控仪连接，电源通过继电器实现对加热铂丝的控制，数显温控仪通过热电偶的反馈控制继电器的开关。采用本发明成型的微型黑体辐射源不仅控温简便、控温精度高、有效发射率高，而且体积质量小、制造工艺简单。
文档编号G01K7/02GK101808431SQ20101013993
公开日2010年8月18日 申请日期2010年4月7日 优先权日2010年4月7日
发明者史东才, 周海龙, 张伟, 方世杰, 李龙星, 沈俊芳, 闵志宇, 雷建 申请人:洛阳理工学院