目标辐射特性现场校准用大面积黑体辐射源技术研究

红外成像技术在空间探测、对地观测、安防监控等领域的应用越来越广,为了确保红外目标识别的准确性,必须掌握目标的辐射特性。目标辐射特性需要在外场实际条件下测量得到,需要利用大面积黑体辐射源对目标特性测量设备进行现场辐射参数校准。设计了一种大面积黑体辐射源,辐射体采用铝材质并发黑处理,大面积黑体辐射源温度控制采用PID控制算法。在外场实际环境温度为26.8 ℃,湿度为60%时对目标特性测量设备辐射参数进行了校准。试验数据表明:辐射温度测量不确定度为0.4 ℃（k=2）,取得了较好的应用效果。     

表面结构对面源黑体光谱发射率的影响

随着红外测温技术的快速发展,红外测温仪在军事及民用领域得到广泛应用,对测量准确度的要求提升到了新的高度。面源黑体辐射源作为非接触测温设备校准的核心装置,近年来受到广泛的关注。发射率是描述辐射源性能的重要指标,目前缺少黑体表面形貌对发射率影响的研究。面源黑体发射率主要由表面凸锥结构和涂覆涂层决定。为设计出高发射率面源黑体,以具有凸锥结构的面源黑体为基础模型,引入间距及涂层结构,建立具有不同表面结构参数、单元间距及涂层厚度的面源黑体模型,设置基底材料为石墨,涂层材料为氮化硅,通过有限元软件得到仿真模型的反射率,利用反射率反演得到其发射率,绘制3～14μm范围内的光谱发射率曲线;研究面源黑体表面的电场分布情况。分析结构单元的宽高比、涂层厚度和结构单元间距等参数对发射率的影响。结构单元高度与发射率成正比、较窄的宽度对发射率有优化作用,发射率随宽高比的减小而增大。涂层结构改变了光谱发射率的下降趋势,在11μm后发射率上升,发射率随厚度增加而增大;单元间距变化与发射率成正比。设置初始面源黑体单元结构高度为10μm、宽度为1μm,在该模型上依次添加2μm涂层及2μm间距结构,进行仿真计算。优化后黑体...     

高量值红外辐射照度校准技术研究

主要研究了1 000 W/m2以上红外辐照度测量仪的校准问题。针对红外辐照度测试仪实际使用情况,讨论了配备和未配备光学系统的测量仪校准方法,对于每种类型的辐照度测量仪给出了不同校准架构的校准算法。提出了利用高亮度大口径辐射源进行高量值辐照度的校准原理,组建了一套实验室专用的高量值红外辐照度校准装置,利用3 000 ℃腔式黑体和800 ℃大尺寸面源黑体进行了实际校准,给出了校准结果。最后讨论了现有高量值红外辐射照度校准方法的改进方向。     

空间基准黑体源发射率影响因素研究

空间基准黑体源对气候变化监测、防灾减灾、红外定标等方面的发展具有重要意义。空腔发射率作为空间基准黑体源最关键的表观辐射特性,在红外探测设备的校准过程中需要保持较低的不确定度。针对空间基准黑体源的定向发射率开展相应的理论建模和实验测量研究。在反向蒙特卡罗法和涂层表面辐射特性的基础上构建了方向发射率计算模型,分析了探测距离、温度非均匀性、涂层表面辐射特性等因素对空腔发射率的影响。然后,采用受控背景的材料发射率测量系统开展了相应的实验研究。研究结果可为空间基准黑体源的设计、开发与溯源提供理论指导。     

采用低温面源黑体实现红外系统宽动态范围定标

针对大口径地基红外辐射测量系统在辐射定标时存在定标时间长、成本高和设备机动性差等缺点,提出一种仅采用低温面源黑体实现红外系统宽动态范围定标的方法.首先对红外系统中的衰减片进行标校,测量其实际透过率并计算其辐射量;然后采用低温面源黑体在两个积分时间下分别进行辐射定标,根据定标结果解算系统响应率、杂散辐射和探测器自身偏置;结合标校获得的衰减片特性对低温定标结果进行外推,即可获得宽动态范围定标结果.为验证该定标方法有效性,分别采用该方法和通用的高温黑体加大口径平行光管定标法,对Φ600mm红外系统进行宽动态范围辐射定标实验.实验结果表明:本文方法的宽动态范围定标误差小于10.25%,能够满足该系统的辐射定标精度要求.该方法只需要一个低温黑体即可实现红外系统的外场宽动态范围辐射定标,操作简单、实时性强,具有一定的应用价值.     

激光冷却铯原子喷泉频标的黑体辐射频移

研究了激光冷却铯原子喷泉频标的黑体辐射频移（包括黑体辐射塞曼频移和黑体辐射斯塔克频移）,推导了频移的计算公式,估算了室温下频移及其不确定度的大小,分析了黑体辐射频移对频标准确度的影响。结果表明：１）室温下黑体辐射塞曼频移可达１０＾－１５量级,在评定铯原子喷泉频标准确度时,需要对此项频移加以修正;２）在利用直流斯塔克效应估算黑体辐射斯塔克频移时,由直流极化率常数ｘ的测量误差导致的黑体辐射斯塔克频移的     

黑体辐射定律研究及验证

利用微机扫描光栅光谱仪和溴钨灯进行黑体辐射实验研究,分析了黑体的辐射、传递、接收等的误差修正。验证了黑体辐射的基本规律。     

大气层外核爆炸X－射线辐射场特性研究

Ｘ射线被认为是大气层外反导栏截武器的主要破坏因素。在航天器结构材料的辐射损伤计算中，需要核爆炸Ｘ射线辐射场的数学模式。从Ｐｌａｎｃｋ黑体谱出发，提出按温度梯度分层的归一化黑体谱组合模式，给出Ｘ－射线的释放能量及辐射脉冲，从而建立了大气层外核栏截Ｘ－射线辐射场特性的数学模式     

组合式黑体辐射实验装置的搭建和探究

利用HFY-200BII型黑体辐射源和相应的热辐射探测器以及微伏特计搭建了一套组合式黑体辐射实验装置,通过该装置验证了黑体辐射的基本规律,论证了黑体辐射实验方法的可行性.     

环境对中波红外探测器测温精度的影响

为了分析环境辐射和大气吸收对红外辐射特性测量精度的影响,对基于中波红外探测器的红外测温进行了研究。首先,介绍了影响中波红外探测器测温精度的几种辐射能,根据测温模型得出了红外探测器像元灰度值和辐射照度之间的关系公式,并进一步推导出辐射测温的修正公式。以高精度面黑体为目标进行了测温实验,对红外探测器像元的灰度值进行修正并计算测温误差。结果显示,修正前、后测温误差的均方根分别为3.56℃和0.27℃,测温精度得到了显著的提高,表明该修正公式可准确地修正环境和大气吸收对中波红外探测器测温精度的影响。     

A cryogenic blackbody for millimeter wavelengths

We describe a cryogenic blackbody reference, or cold load for millimeter wavelength radiation. This blackbody has an emissivity 0.99 over a two octave wavelength range. We use it as a standard when calibrating sensitive infrared photometers. The particular geometry of the blackbody described is influenced by our application. The basic design data and philosophy are described so that other designs can be evaluated.     

高温黑体性能评定和温度测量

中国计量科学研究院引进了高温黑体BB3500M作为新的光谱辐射照度基准光源。黑体BB3500M包括辐射腔体和温度反馈系统。辐射腔体由一系列高温热解石墨环组成,可以加热至3 500 K。在光谱辐照度测量中,高温黑体的性能参数和温度测量至关重要。对于黑体的性能参数,着重考察了黑体温度的稳定性和腔底温度的均匀性。在将高温黑体的光谱辐射照度传递给工作标准灯时,黑体的温度可能发生改变。实验观测了一小时内黑体的温度漂移情况。当高温黑体加热至3 016 K时,采用温度反馈系统的BB3500M稳定在0.3 K。实验光路中设置了限制光栏,用于屏蔽来自黑体腔壁的辐射。黑体腔底辐射环的温度均匀性优于0.2 K。在温度测量中,2 473 K以下的温度可以直接溯源到中国计量科学研究院热工处,对于更高温度的测量需要进行温度延伸。文中从普朗克公式出发,通过多波长亮度比较法进行了温度延伸。实验先在低温区进行延伸证实了方法的可能性,然后进行了高温区的温度延伸。     

Spectral Energy Density in a Kerr Nonlinear Blackbody

In a Kerr nonlinear blackbody, bare photons with opposite wave vectors and helicities are bound into pairs and unpaired photons are transformed into a new kind of quasiparticle, the nonpolariton. The nonpolariton system constitutes free thermal radiation in the blackbody. The present paper investigates the spectral energy density of the thermal radiation. It is found that the spectral energy density of a Kerr nonlinear blackbody is larger than that of a normal blackbody.     

Modified radiation laws of a rectangular Kerr nonlinear blackbody

A Kerr nonlinear blackbody (KNB) is a new kind of blackbody in which bare photons with opposite wave vectors and helicities are bound into pairs and unpaired photons are transformed into nonpolaritons. In the present paper, we focus our investigation on the modified radiation laws, such as Planck and Stefan-Boltzmann radiation laws, of a rectangular KNB. Besides, the case of a KNB with no symmetry axes is also discussed. Finally, we make a numerical calculation of modified radiation laws of a cubic KNB under appropriate conditions, and we consider this work may lay the foundation for the experimental verification of the model of a KNB.     

Spectral Energy Density in a Kerr Nonlinear Blackbody

In a Kerr nonlinear blackbody, bare photons with opposite wave vectors and helicities are bound into pairsand unpaired photons are transformed into a new kind of quasiparticle, the nonpolariton. The nonpolariton system constitutes free thermal radiation in the blackbody. The present paper investigates the spectral energy density of the thermal radiation. It is found that the spectral energy density of a Kerr nonlinear blackbody is larger than that of a normal blackbody.     

四锥黑体腔

用几何光学方法模拟黑体,得一四锥黑体腔。推导了四锥腔的设计公式,并给出适用黑体腔的设计参数。     

一种红外目标模拟器黑体辐射源选型的计算方法

在光电系统测试中目标模拟器是必不可少的测试设备,黑体辐射源是红外目标模拟器的关键部件,它的选型直接影响着红外目标模拟器的性能。从黑体探测灵敏度与系统探测灵敏度的关系,推导出黑体辐射源的温度计算公式,以此计算黑体辐射源所需的最低温度点。通过仿真验证了计算方法的正确性,为黑体辐射源的选型提供了理论依据。     

阵列型微波黑体的发射率分析

在微波波段, 用于标定温度和辐射功率的发射率接近于1的标准发射率器件, 即微波频段的黑体, 结构形式一般为表面涂覆吸波材料的金属锥体阵列. 这种黑体器件常用于为微波辐射计提供参考亮温, 要求具有高发射率和均匀的温度分布. 对此类黑体器件的发射率评估主要基于基尔霍夫热平衡定律, 即通过评估反射率来确定发射率. 已报道的研究集中在黑体发射率随频率的变化趋势, 较少针对其随方向和极化状态的变化趋势. 本文针对此类周期型排布的黑体, 提出基于Floquet模式分析的反射率评估方法, 相比已报道的基于后向散射的评估方法, 具有更大的适用范围. 基于这种方法, 对某黑体的发射率随频率、角度和极化状态的变化规律进行了计算分析. 分析结果表明: 此黑体发射率在X到K_α波段内随频率提高而增大; 在发射率较低的低频处, 垂直极化与水平极化的发射率随俯仰角的变化趋势不同, 并且存在垂直极化发射率随俯仰角增大而明显降低的现象. 这些规律均与其物理上低频段内涂层对电磁波的衰减特性相符合.     

基于MATLAB的黑体辐射量计算

介绍了黑体辐射理论,利用MATLAB求解了普朗克黑体辐射公式在有界域λ1～λ2内的积分,通过实例对梯形法和辛普森法两种数值积分方法进行了分析和比较。并在此基础上对距黑体一定距离处探测器表面的辐照度值E进行了研究。通过分析可知,利用梯形法和辛普森法能够方便求出黑体在有界域内的辐出度值。此外,利用MATLAB编制的相应的计算界面,能够实现辐出度和辐照度的快速计算。