红外技术基础与应用-3-红外辐射源.ppt

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1、第三章红外辐射源红外辐射源类型1、作为辐射标准的黑体辐射源，用于红外设备的绝对校准。2、红外技术中应用的红外辐射源。3、红外系统在进行探测、定位、识别时使用的红外目标源4、干扰红外系统探测的背景辐射源3.1黑体辐射源绝对黑体定义：能够在任何温度下全部吸收所有波长的入射辐射的物体。绝对黑体的辐射又称为黑体辐射。一、黑体辐射源的产生：1、1859年基尔霍夫定律2、1860年基尔丘夫提出了制作黑体辐射源的理论原则，指出了腔体内应处于理论等温状态，辐射小孔面积与腔体内表面的面积相比应可以忽略。3、20世纪50年代的哥福理论的建立4、随时计算

2、机技术的发展，空腔理论计算得到了黑体的有效发射率可达0.9999以上。3.1.1黑体辐射源的特点一、黑体辐射源通常作为辐射标准：1、标定各种红外辐射源的辐射强度；2、标定各类红外探测器的响庆率；3、测定红外光学系统的透射比；4、研究各种物质表面的热辐射特性；5、研究大气或其他物质对辐射的吸收或透射的性能。二、衡量黑体辐射源性能的优劣条件1、空腔内有效发射率2、辐射能通量的大小3、黑体腔的工作温度三、黑体辐射源的类型分类1、1273K以上称为高温黑体，辐射能通量在近红外波段；2、373~1273K称为中温黑体，辐射能通量在中红外波段；

3、3、223~373K称为近室温黑体，辐射能通量在远红外波段；4、低于223K的称为低温黑体。3.1.2黑体辐射源有效发射率的计算空腔型黑体辐射源的发射率的公式推导哥福(Gouffé)理论:1954年，Gouffé提出的计算开孔空腔有效发射率的表达式，可对球形、圆柱形、圆锥形腔体的有效发射率进行理论计算。ε0=ε[1+(1-ε)(S/St-Ω/л)]/ε(1-S/St)+S/Stε0腔的有效发射率,ε腔内壁材料的发射率St腔内壁面积,S开孔面积,Ω黑体开孔面积S所对应的立体角3.1.3黑体辐射源的结构及设计要求一、结构图二、腔形黑体源

4、的腔形结构锥形腔、柱形腔、球形腔三、根据哥福理论公式对三种腔形的有效发射率进行推导四、腔体的选择1、对于相等的相对腔长（L）和相同腔体材料表面发射率(ε)的条件下，锥形腔的发射率最小，球形腔最大，柱形腔稍小。2、柱形腔和锥形腔由于源的体积小和重量轻，易于保温，加工容易等方面占有优势；球形腔则用于制作大口径黑体源的情况下采用。3、在高、中、低温黑全辐射源中广泛采用柱形腔做同精度黑体；工业标准中的中温黑体辐射源通常为锥形腔。4、若腔壁材料ε足够大，且L/R也足够大，ε0将与波长无关，且趋近于1，因此，五、腔体材料的选择1、选择材料表面发

5、射率高，并尽可能具有漫反射性能。2、选择在黑体工作温度范围内有好的抗氧化能力。3、为使温度分布均匀要选择具有较高的热传导性能。六、对加热的要求为实现对腔体的均匀加热，使腔壁温度分布均匀，加热线圈合理分布，要求中间稀疏后端稍密，越近腔口越加密，常用2~3组加热丝，或用恒温热流法，但造价高。七、对温度测量和控制的要求常用铂电阻温度计插入腔体以测量腔体温度。另一温度计插入腔芯，并接电子比例控制器以控制腔芯温度。3.1.4黑体辐射源的类型1、中温黑体辐射源工作温度500~600K制作中的关键技术：（1）采用不锈钢氧化发黑技术处理，使腔体材料

6、的发射率ε提高。（2）在绝热层使用了镀银的真空石英杜瓦瓶套管，有效地阻止了热传导的影响，提高了有效发射率。（3）采用优化的无感加热丝的特定绕法，使线圈密度沿轴向合理分布，从而获得均匀的温度分布。（4）采用优质抗冲击材料和精密机械结构，使能抗冲击和振动。2、大口径黑体辐射源包括大口径中温黑体辐射源和大口径近室温黑体辐射源。3、面元黑体辐射源现普遍使用的是温差电控温的黑体源，工作温度-40~60℃，ε为0.995。3.2电热固体红外辐射源3.2.1能斯特灯1、构造：是一种由氧化锆和氧化钇及少量其他物质混合制成的棒状或管状固体红外辐射源。

7、2、工作条件：在室温时是绝缘体，在点燃之前需加电压至230V左右，用酒精灯（或加热丝）将其预热到800℃左右，即开始导电。3、特点：可直接在空气中点燃,机械强度低,工作寿命短,表面状况受空气影响,起燃麻烦.4、参数：功耗45W,0.1A;TC=1980K;Φ3.1mm*12.7mm3.2.2硅碳棒1、构造硅碳棒是用含SiC超过95%的材料制成的棒状或管状辐射源。2、特点：机械强度好，工作寿命长，使用简便，受电压影响小；但体积大，最高TC低，易升华，需用低电压、大电流，功耗大。3、用途：4、参数：3.2.3钨灯钨的特点：熔点高（368

8、0K），蒸发率小，在可见光波段选择性好，高温下机械强度大，易于加工等优点，所以广泛应用于白炽灯。分类：1、钨丝灯：辐射波长在3µm以下2、钨带灯：宽2mm，厚0.05mm3、钨管黑体灯：可见光区域光谱发射率高，可达0.95，真空时温度