常温面源黑体有效发射率均匀性校准方法

摘要

本发明公开了一种常温面源黑体有效发射率的均匀性校准方法，属于红外光学计量测试领域。该方法通过镓熔融点黑体的熔融温度、铟凝固点黑体的凝固温度来校准变温标准黑体，从而获得变温标准黑体在常温范围内的有效发射率-温度关系曲线，据此再用变温标准黑体校准并测量常温面源黑体的有效发射率，进而通过移动精密二维平台来校准面源黑体在常温下各点的有效发射率及其均匀性。本方法在完成对变温标准黑体有效发射率量值溯源的基础上，实现了对大面积常温面源黑体各点有效发射率的标定，能准确地解释待标常温面源黑体的温度与有效发射率之间的相关性。本发明具有校准省时、校准数据准确而可靠的特点。

主权项

一种常温面源黑体有效发射率均匀性校准方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：第一步，将待标常温面源黑体[9]放置在精密二维平移台[1]，并使其辐射面与校准设备中测量光路的光轴垂直且中心位于光轴上；将校准设备中红外滤光辐射计[7]的圆形渐变滤光系统[7‑1]处于非滤光状态；将镓熔融点黑体[2‑1]安装在校准设备中真空低温通道[5]的凝固点黑体位置，给恒温油槽[13]注入油液；分别向真空低温舱[8]及真空低温通道[5]的舱壁以及参考黑体[3]注入液氮，给真空低温舱[8]及真空低温通道[5]抽真空，使真空低温通道[5]的真空度优于5.0×10^‑2Pa，真空低温舱[8]内的真空度优于1.0×10^‑4Pa；第二步，将镓熔融点黑体[2‑1]的加热温度设置到T₁+0.5℃，T₁为镓熔融点温度，当镓熔融点黑体[2‑1]升温并达到温坪后，计算机[19]控制位于真空低温通道[5]的平面转镜[15]转动到正对所述镓熔融点黑体[2‑1]的位置且同时打开快门[16]，镓熔融点黑体[2‑1]的辐射和参考黑体[3]的辐射通过斩波器[21]交替地被位于真空低温舱[8]中的红外滤光辐射计[7]所探测并经光电转换后成为矩形波，计算机[19]对该矩形波进行处理获得镓熔融点黑体[2‑1]的辐射通量M₁，同时存储和在屏幕上显示M₁；第三步，将恒温油槽[13]的加热温度设置到T₁+0.5℃，当变温标准黑体[12]升温并达到温坪后，计算机[19]控制所述平面转镜[15]转动到正对所述变温标准黑体[12]的位置且同时打开快门[16]，变温标准黑体[12]的辐射和参考黑体[3]的辐射通过斩波器[21]交替地被所述红外滤光辐射计[7]所探测并经光电转换后成为矩形波，计算机[19]采集变温标准黑体温度传感器输出的温度值T′₁并对矩形波进行处理获得变温标准黑体[12]的辐射通量M′₁，然后在屏幕上显示M′₁和T′₁，人工判断是否满足若不满足，按0.1℃步长给变温标准黑体[12]降温或升温，直到满足上述条件后，通过计算机[19]用红外辐射经典公式解算M₁与M′₁的联立等式，获得变温标准黑体[12]在T′₁温度下的第一有效发射率ε′₁；第四步，用铟凝固点黑体[2‑2]替换真空低温通道[5]上的镓熔融点黑体[2‑1]，并将铟凝固点黑体[2‑2]的加热温度设置到T₂+0.5℃，T₂为铟凝固点温度，当铟凝固点黑体[2‑2]升温并达到温坪后，计算机[19]控制所述平面转镜[15]转动到正对所述铟凝固点黑体[2‑2]的位置且同时打开快门[16]，铟凝固点黑体[2‑2]的辐射和参考黑体[3]的辐射通过斩波器[21]交替地被所述红外滤光辐射计[7]所探测并经光电转换后成为矩形波，计算机[19]对该矩形波进行处理获得铟凝固点黑体[2‑2]的辐射通量M₂，同时存储和在屏幕上显示M₂；第五步，将恒温油槽[13]的加热温度设置到T₂+0.5℃，当变温标准黑体[12]升温并达到温坪后，计算机[19]控制所述平面转镜[15]转动到正对所述变温标准黑体[12]的位置且同时打开快门[16]，变温标准黑体[12]的辐射和参考黑体[3]的辐射通过斩波器[21]交替地被所述红外滤光辐射计[7]所探测并经光电转换后成为矩形波，计算机[19]采集变温标准黑体温度传感器输出的温度值T′₂并对该矩形波进行处理获得变温标准黑体[12]的辐射通量M′₂，然后在屏幕上显示M′₂和T′₂，人工判断是否满足若不满足，按0.1℃步长给变温标准黑体[12]降温或升温，直到满足上述条件后，通过计算机[19]用红外辐射经典公式解算M₂与M′₂的联立等式，获得变温标准黑体[12]在T′₂温度下的第二有效发射率ε′₂；第六步，在变温标准黑体[12]的ε′‑T′坐标系中，通过第一有效发射率的坐标点(T′₁，ε′₁)和第二有效发射率的坐标点(T′₂，ε′₂)作一条直线，该直线为在常温范围内变温标准黑体[12]有效发射率与温度的关系曲线，即称为有效发射率‑温度曲线并将该曲线保存到计算机[19]的存储器中；第七步，将待标常温面源黑体[9]的温度设置到T₃，T₃为待标常温面源黑体[9]的校准温度，当其升温到位并达到温坪后，通过计算机[19]控制平面转镜[15]移出光路并打开快门[16]，待标常温面源黑体[9]的辐射和参考黑体[3]的辐射通过斩波器[21]交替地被所述红外滤光辐射计[7]所探测并经光电转换后成为矩形波，计算机[19]对该矩形波进行处理获得待标常温面源黑体[9]的辐射通量M₃，同时存储和在屏幕上显示M₃；第八步，将恒温油槽[13]的加热温度设置到T₃+0.5℃，当变温标准黑体[12]升温到位并达到温坪后，计算机[19]控制所述平面转镜[15]转动到正对所述变温标准黑体[12]的位置且同时打开快门[16]，变温标准黑体[12]的辐射和参考黑体[3]的辐射通过斩波器[21]交替地被所述红外滤光辐射计[7]所探测并经光电转换后成为矩形波，计算机[19]采集变温标准黑体温度传感器输出的温度值T′₃并对该矩形波进行处理获得变温标准黑体[12]的辐射通量M′₃，然后在屏幕上显示M′₃和T′₃，人工判断是否满足若不满足，按0.1℃步长给变温标准黑体[12]降温或升温，直到满足上述条件，计算机[19]调用所述有效发射率‑温度曲线，找出当前温度T′₃所对应的有效发射率ε′₃，再用红外辐射经典公式解算M₃与M′₃的联立等式，获得待标常温面源黑体[9]在T₃温度下的有效发射率ε₃；第九步，通过计算机控制精密二维平台[1]逐步长地沿y方向和x方向移动，精密二维平台[1]每移动一个步长，重复一次第七至第八步骤并获得待标常温面源黑体[9]相应采样点处的有效发射率ε_3i，i＝1，2，……，n，直至获得待标常温面源黑体[9]辐射面中心点即i＝1采样点以外的n‑1个采样点处的有效发射率，计算机[19]对n个有效发射率求均值再根据待标常温面源黑体[9]的有效发射率ε₃及有效发射率平均值计算，获得待标常温面源黑体[9]有效发射率的非均匀性NU和有效发射率的标准偏差。