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1、第四章红外辐射源红外辐射源人造辐射源（“源”）自然辐射源(“背景”）标准辐射源工程用辐射源天体、地面景物、大气等舰船、飞行器、工业目标等红外系统探测的对象目标源§4.1腔体辐射的Gouffé理论基尔霍夫定律证明密闭空腔内的辐射就是黑体辐射。腔体辐射理论是制作黑体源的理论基础。Gouffé和Devos在1954年分别提出了各自计算开孔空腔有效发射率的理论。腔孔的有效发射率处于热平衡的空腔腔壁不透明,腔壁:内表面吸收率为α,内表面吸收率：如果开孔的面积为A,腔孔的有效发射率是多少?根据基尔霍夫定律,腔孔的有效发射率应该等于腔孔的有效吸收率.设想
2、有一束辐射P0从腔孔入射到腔体内，入射辐射在腔体内经历若干次反射，每经一次反射都有一部分辐射功率从腔孔逸出。如逸出的总辐射功率为Pτ，那么腔孔的有效反射率：腔壁反射的辐射功率:x点的辐射出射度:腔孔的有效吸收率：腔孔的有效发射率：腔孔的有效发射率的计算就归结为从腔孔逸出的总辐射功率的计算。设一开孔空腔如图所示。P0在x处产生的辐射照度：第一次反射从腔孔中逸出的辐射功率:经第一次反射后,留在腔内的辐射功率为:留在腔内的辐射功率被腔壁第二次反射,反射的功率:假设均匀地辐照在空腔内壁,那么第二次从小孔逸出的功率:第二次反射部分,留在腔内的辐射功率
3、:第三次反射后,从小孔逸出的功率:第三次反射后,留在腔内的辐射功率:第n次反射后,从腔孔逸出的辐射功率:若干次反射后,从腔孔逸出的总的辐射功率:第四次反射逸出的辐射功率:其中:腔孔的有效反射率为:腔孔的有效发射率为:二.角度因子三.三种典型腔体的A/St⑴圆孔圆锥形腔对圆形腔孔⑵圆孔圆柱形腔⑶圆孔球形腔把球形腔的面积记为S0四.简化公式对腔壁材料:令:对球形腔:腔孔的有效发射率只和材料的发射率以及有关.五.根据数图简易计算腔孔的发射率圆锥腔体:球形腔体:例1.已知l/R=6,ε=0.9的圆锥腔体,用数图近似计算其腔孔的有效发射率.例2：l/
4、R=6,材料的发射率为0.6,腔体为圆孔圆柱形.腔孔的有效发射率是多少?球形腔体:圆柱形腔:六.讨论⑴腔体效应:腔孔的有效发射率大于材料的发射率;⑵材料:材料的发射率越大,腔孔的发射率越大;⑶腔体深度:l/R越大,腔孔的发射率越大;⑷腔体形状:腔体内表面积越大,腔孔的发射率越大.在其它条件相同的情况下,球形腔>圆柱>圆锥.七.改进:限制开孔面积扩大腔内表面面积§4.2黑体型辐射源黑体型辐射源作为标准辐射源，广泛地用做红外设备的绝对标准。然而，黑体是一种理想化的概念，在自然界并不存在绝对的黑体。开有小孔的空腔很接近黑体，所以通常就把开有小孔的
5、空腔叫做黑体辐射源（或标准黑体辐射源）。它可以作为一种标准来校正其他辐射源或红外系统。一.黑体辐射源的分类按辐射腔口的口径尺寸来分类:大型：Ф≥100mm；中型：Ф≈30mm；小型：Ф≤10mm。按工作温度的范围来分类高温：2000～3000K；中温：500～900K；低温：200～400K。二.黑体型辐射源的结构HFY-100型主要技术指标:●测温范围：180-320K（F22热管） ●黑体开口：Ф50mm ●传感器：Pt100,Pt1000 ●控温测温精度：±0.1K ●温度稳定性：±0.05K/h ●空腔轴向温度均匀性：±0.1K(L
6、在2/3腔长内） ●黑体空腔有效发射率：≥0.999 ●用交流隔离变压器降压、分压,加热功率300W左右 ●尺寸(mm)／重量(kg)：Ф129*400/4主要用途： 模拟空间冷背景、高真空的环境中，航天、星载红外遥感仪器的定标。低温黑体辐射源技术参数1）温度范围：+100℃~1000℃连续可调2）黑体空腔开口：Ф50mm 3）温度分辨率：0.1℃ 4)温度稳定性:±0.5℃/20分钟5)温度精度:±0.15%(满量程) 6)冷却方式:风冷7)空腔有效分辨率:0.99 8)电源:220V(±10%),50HZ 9)加热电流:6-7A 10)
7、使用环境温度:0-45℃ 11)相对湿度:<85% 12)外形尺寸:350×400×450mmW 13)重量:约18公斤中温黑体辐射源腔式黑体：温度范围：-40-1400度辐射系数：0.97-0.9999稳定度：0.1-0.25度口径：0.25-2英寸面源黑体:温度范围：50-800度稳定度：0.1-0.25度辐射系数：0.9+0.05/-0.01辐射面尺寸：2-14英寸美国光电工业公司ElectroOpticalIndustries,Inc.三.设计黑体型辐射源的几个问题1.腔形的选择球形腔发射率最大,但是难以加工,也不容易均匀加热.圆柱
8、和圆锥形腔相对易于加工和均匀加热.一般取l/R≥6,但是太大也不易均匀加热.2.腔芯材料的选择一般要求:⑴具有高的热导率,以减小温度梯度;⑵具有稳定的表面性质;⑶具有较高的发射率
