Модель черного тела

Полезная модель черного тела относится к радиационной пирометрии, а точнее, к источникам инфракрасного (ИК) излучения и может быть использована в испытательном оборудовании для создания теплового излучения, используемого при проверке тепловизионной аппаратуры разного назначения.

Сущность полезной модели заключается в том, что в устройстве, содержащем источник излучения, термоэлектрический преобразователь и датчики температуры, корпус и устройство управления температурой источник излучения выполнен в форме пластины из керамического алмазо-содержащего композиционного материала с микро- и наноалмазными зернами.

Технический результат - равномерная энергетическая светимость протяженного источника ИК-излучения - достигается за счет использования свойства материала высокой теплопроводности (650 Вт/м·К).

Заявляемая полезная модель черного тела относится к радиационной пирометрии, а точнее, к источникам инфракрасного (ИК) излучения и может быть использована в испытательном оборудовании для создания ИК излучения, используемого при проверке и калибровке ИК-аппаратуры разного назначения.

Базовым элементом модели черного тела является источник излучения, для которого характерны следующие технические характеристики:

- диапазон рабочих температур;

- равномерность температуры по всей поверхности;

- стабильность температуры во времени;

- время выхода на режим;

- точность установки температуры.

В настоящее время широко известны современные источники излучения (черные тела) такие как прибор М360 (wwwdiagnost.ru); изобретение по патенту RU 1759126 G01J 5/02, публ. 20.09.03, бюл. 26; изобретение US 2008/0149861, G01J 1/00 публ. 26.06.08 в состав которых входят корпус, выполненный в виде полости с окном для вывода излучения, внутри полости находится излучатель, соединенный с токоподводами подачи напряжения, и устройство охлаждения. Вышеуказанные средства отличаются друг от друга конструктивным исполнением.

Недостатком этих устройств является неоднородность энергетической светимости, и невысокая точность воспроизведения температуры во времени.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели по количеству содержащихся признаков и достигаемому результату является техническое решение, изложенное в патенте US 7297938, НКИ 250/252.1, публ. 20.11.2007 г., которое выбрано в качестве прототипа. Известный прибор с излучателем «черное тело» предназначен для калибровки тепловизионных камер. Устройство включает в свой состав корпус с апертурой, определяющей область вывода излучения через отверстие в корпусе. Внутри корпуса размещен источник (нагревательный элемент), предназначенный для формирования необходимого для калибровки потока теплового излучения, выполненный из металла, например меди, с токоподводами. Также, известное «черное тело» снабжено термоэлектрическим преобразователем, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье, а установка его внутри корпуса позволяет с помощью датчиков контролировать его температуру. В устройстве также присутствует радиатор для осуществления теплоотвода от термоэлектрического преобразователя и предусмотрены оптическая, а также механическая связь, предназначенная для точной установки и неизменного положения излучателя относительно проверяемой ИК камеры. Кроме того, на поверхность источника излучения нанесено покрытие с высоким коэффициентом серости.

Однако, излучатель, выполненный из металла, например, меди, не обеспечивает достаточную равномерность температуры поля излучения и точность воспроизведения и передачи температурной шкалы.

Задачей заявляемой полезной модели является создание устройства, обладающего комплексом теплофизических и оптических свойств, обеспечивающих формирование необходимого для калибровки ИК аппаратуры протяженного и равномерного по энергетической светимости излучателя, стабильного при внешних воздействиях в широком диапазоне температур окружающей среды.

Технический результат - это повышение равномерности энергетической светимости протяженного излучателя.

Технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем источник излучения с токоподводами, термоэлектрический преобразователь и датчики температуры, источник излучения выполнен в форме пластины из керамического алмазо-содержащего композиционного материала с микро- и наноалмазными зернами.

В данном техническом решении поставленная задача решается за счет того, что в указанной совокупности признаков для изготовления излучателя выбран материал, обладающий высокой теплопроводностью, которая может достигать значения 650 Вт/м·К (у меди 360 Вт/м·К). За счет использования этого свойства данного материала в пределах излучающей структуры может быть получено более равномерное поле температур по следующей причине.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, где проиллюстрирована общая структура модели черного тела и проверяемое изделие.

Заявляемое устройство состоит из корпуса 1 с выходным окном 2-2', внутри которого размещены излучатель 3, снабженный температурными термодатчиками 4-4', термоэлектрический преобразователь 5 и радиатор 6. Кроме того, имеется управления температурой 7 и показано испытуемое изделие 8.

Устройство работает следующим образом. При нагреве излучателя 3 поток излучения, испускаемый поверхностью излучателя, через отверстие в корпусе 2-2' попадает в испытуемое изделие 8.

Регулировка требуемой температуры осуществляется устройством управления температурой 7, через который замыкается обратная связь с помощью датчиков температуры 4 и 4' на термоэлектрический преобразователь 5.

Выравнивание температуры поля излучения, как описано выше, достигается благодаря свойствам излучателя, выполненного из керамического алмазо-содержащего композиционного материала с микро- и наноалмазными зернами, имеющего коэффициент теплопроводности порядка 650 Вт/м·К.

Термоэлектрический преобразователь 5 (элемент Пельтье), позволяет достигать температур как ниже температуры окружающей среды, так и выше. В конструкции так же должен быть предусмотрен радиатор 6, обеспечивающий рассеивание мощности, выделяемой термоэлектрическим преобразователем 5. Температура измеряется датчиками температуры 4-4' и регулируется (выравнивается) по сигналам с блока управления и контроля тепловых режимов 7.

В качестве излучателя выбран керамический алмазо-содержащий композиционный материал с микро- и наноалмазными зернами, при этом источник излучения выполнен в форме пластины, особенностью которого является высокая теплопроводность порядка 650 Вт/м·К (в 1,6 раза выше, чем у меди). В качестве покрытия источника излучения целесообразно использовать эмаль марки ХС - 75 УГМ.

Таким образом, предлагаемая модель черного тела позволяет с высокой степенью точности проводить калибровку фотоприемных устройств, работающих в ИК диапазоне, а также различных тепловизионных приборов.

Модель черного тела, содержащая корпус, источник излучения, снабженный датчиками температуры, термоэлектрический преобразователь, радиатор, обеспечивающий рассеяние мощности, выделяемой термоэлектрическим преобразователем, и устройство управления температурой, через которое замыкается обратная связь с помощью датчиков температуры на термоэлектрический преобразователь, отличающаяся тем, что источник излучения выполнен в форме пластины из керамического алмазосодержащего композиционного материала с микро- и наноалмазными зернами.