一种低温辐射计黑体腔制造技术

本发明专利技术涉及光辐射测量领域，具体涉及一种低温辐射计黑体腔，包括由正圆锥侧面(6)、圆柱侧面(5)、斜底面(4)连接组成的腔体，正圆锥和圆柱的轴线(3)重合，正圆锥的母线与正圆锥的轴线形成夹角(1)；正圆锥的细端设有腔入射口径(7)，腔入射口径(7)所在平面与正圆锥的轴线(3)垂直；斜底面(4)与圆柱的轴线(3)之间形成夹角(2)。本发明专利技术采用斜底‑圆柱‑圆锥组合型腔体结构，圆锥形挡光设计可阻挡腔体外部杂散光，并减少腔体内部反射光溢出腔外，腔体内壁涂层采用纯镜面反射石墨烯材料，可减少光辐射在腔内的漫反射，温度分布相对集中，温度响应速度快。

【技术实现步骤摘要】
一种低温辐射计黑体腔
本专利技术涉及光辐射测量领域，具体涉及一种低温辐射计黑体腔。
技术介绍
低温辐射计是目前光辐射功率测量方面精度最高和光谱探测范围最宽的计量标准，它利用低温、真空和超导技术，将光辐射加热测量完全等效为电功率测量，其测量不确定度优于10-5量级，在遥感校准、气候变化、环境监测、光辐射计量等领域发挥了基础性的关键作用。自上世纪90年代，英国NPL和美国NIST相继研制出低温辐射计，建立了光辐射功率测量基标准，开展了大量的实验研究和技术集成。其低温辐射计黑体腔基本都是采用斜底圆柱腔结构，主要由圆柱形侧面、倾角为30°的斜底面组成。被测光辐射沿腔体轴线方向进入黑体腔，经多次反射吸收后，将光辐射等效为电参数进行测量。美国Prokhorov等人曾对这种腔型结构的有效发射率进行过详细研究，当圆柱腔直径一定时，通过增加腔长可以获得接近1的光谱吸收率。但腔长不可能无限增长，入射到黑体腔内部的光辐射在腔体内表面发生漫反射，部分反射光将溢出腔外，造成光能损失。现有黑体腔内壁涂层材料的一次吸收率低，光辐射反射到圆柱腔壁上，增加光电不等效对测量不确定度的影响。中国专利公告号CN102538958B公开了一种高吸收率辐射吸收腔，但与斜底圆柱腔相比，在相同腔长、相同半径及相同斜底面倾角的情况下，斜底圆锥腔体的内部表面积较大，为了实现斜底圆锥腔体温度响应的精确测量，需要在更多位置布置更多测温点，系统成本高且结构较复杂。
技术实现思路
为了解决现有技术在腔长有限的条件下光谱吸收率较低的问题，本专利技术提供了一种低温辐射计黑体腔，包括由正圆锥侧面(6)、圆柱侧面(5)、斜底面(4)连接组成的腔体，所述正圆锥和圆柱的轴线(3)重合，正圆锥的母线与正圆锥的轴线形成夹角(1)；所述正圆锥的细端设有腔入射口径(7)，腔入射口径(7)所在平面与正圆锥的轴线(3)垂直；所述斜底面(4)与圆柱的轴线(3)之间形成夹角(2)。作为优选，所述夹角(1)的角度为45°。作为优选，所述夹角(2)的角度为30°。作为优选，所述腔入射口径(7)的半径为所述圆柱的半径的1/2。作为优选，所述腔体的腔壁厚度为0.1mm。作为优选，所述腔体的腔壁材料为OFHC高电导无氧铜。作为优选，所述腔体的腔壁内侧涂抹石墨烯涂层，所述涂层采用纯镜面反射。本专利技术的低温辐射计黑体腔的制作方法，包括如下步骤：S1:采用精密机械加工工艺制作腔体壁厚0.1mm的圆柱腔，在圆柱腔一端切割，形成与腔体轴线夹角为30°的切割面，得到圆柱侧面(5)；S2:制作腔体壁厚0.1mm、顶角为45°的正圆锥形侧面，在正圆锥的粗端切割，得到与圆柱腔口径相同的切割面，在正圆锥细端切割得到腔入射口径1，保证切割面与圆锥的轴线垂直，得到正圆锥侧面(6)；S3:根据圆柱腔切割面的几何参数，制作与圆柱腔切割面相配合的的圆柱斜底面，得到斜底面(4)；S4:对步骤S1、S2、S3制作的圆柱侧面(5)、正圆锥侧面(6)、斜底面(4)的内表面进行高度抛光处理，并喷涂纯镜面反射的石墨烯涂层；S5:把经过步骤S4处理的圆柱侧面(5)、正圆锥侧面(6)、斜底面(4)进行粘合。本专利技术的低温辐射计黑体腔，具有如下优点：(1)采用斜底-圆柱-圆锥组合型腔体结构，圆锥形挡光设计，即可作为入射孔径的光阑，阻挡腔体外部杂散光；又可以有效的增加表面反射次数或将射向出口的光线再次反射回腔内部，减少腔体内部漫反射光溢出腔外。该设计与无圆锥挡光设计情况下相比，随腔体长度增加可快速达到黑体腔吸收平衡状态，缩短腔体长度；(2)内壁表面高度抛光，方便制作镜面反射石墨烯涂层，腔体内壁涂层采用纯镜面反射石墨烯材料，可减少光辐射在腔内的漫反射，使得光辐射在斜底面区域被最大限度的吸收；石墨烯材料光学性质稳定，吸收特性好，提高光辐射的单次吸收率，减少光辐射在腔内的反射次数，使得光辐射吸收区域相对集中，减小黑体腔光电不等效特性对测量不确定度的影响；石墨烯涂层可提升金属的热传导率，提高腔体热响应特性；(3)与斜底圆锥腔体结构相比，在相同腔长、相同半径以及相同的斜底面倾角的情况下，本专利的斜底-圆柱-圆锥组合型吸收腔表面积小，温度分布相对集中，仅需要在腔体表面布置几个测温点，即可实现温度的精确测量，减小温度测量的不确定度；(4)在腔体壁厚度相同的情况下，本专利技术腔体质量小于斜底-圆锥腔腔体质量，使得腔体具备较小的时间常数，温度响应速度快，实现低温辐射计的高精度测量。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术作进一步说明：实施例1：如图1所示，本实施例的低温辐射计黑体腔，包括由正圆锥侧面6、圆柱侧面5、斜底面4连接组成的腔体，所述正圆锥和圆柱的轴线3重合，正圆锥的母线与正圆锥的轴线形成夹角1为45°；所述正圆锥的细端设有腔入射口径7，腔入射口径7所在平面与正圆锥的轴线3垂直；所述斜底面4与圆柱的轴线3之间形成夹角2为30°。正圆锥侧面6形成挡光设计，可作为腔入射口径7的光阑，阻挡腔体外部杂散光进入，并将射向出口的光线再次反射回腔内部；斜底面4可以有效增加表面反射次数；两者结合可以有效减少腔体内部漫反射光溢出腔外。与现有技术相比，本专利技术随腔体长度的增加可快速达到黑体腔吸收平衡的状态，通过设计正圆锥侧面6形成光阑，在相同光辐射吸收率的情况下，可以有效减小腔体的长度。与斜底圆锥腔体结构相比，在相同腔长、相同半径以及相同的斜底面倾角的情况下，本专利的斜底-圆柱-圆锥组合型吸收腔表面积小，温度分布相对集中，仅需要在腔体表面布置几个测温点，即可实现温度的精确测量，温度测量的不确定度较低。本实施例中，腔入射口径7的半径Rc为圆柱的半径Ra的1/2，即Rc＝1/2Ra。腔体的腔壁厚度为0.1mm，腔体的腔壁材料为OFHC高电导无氧铜，在低温条件下，OFHC高电导无氧铜的热学性质良好，腔壁厚度为0.1mm，在腔壁厚度相同的情况下，本实施例的黑体腔质量更轻，导热速度较现有产品更快，可以实现低温辐射计的高精度校准。腔体的腔壁内侧涂抹石墨烯涂层，所述涂层采用纯镜面反射。本实施例中的石墨烯涂层采用纳米纹理结构技术制造的超薄石墨烯片层，可吸收99％的入射光，石墨烯涂层厚度为15nm左右，光谱范围覆盖紫外到中红外的宽光谱范围。纯镜面反射的石墨烯涂层可减少光辐射在腔内的漫发射，使得光辐射在斜底面区域被最大限度的吸收，光辐射吸收率高；石墨烯材料化学性质稳定，吸收特性好，提高光辐射的单次吸收率，减少光辐射在腔内的反射次数，使得光辐射的吸收区域相对集中，减小黑体腔光电不等效特性对测量不确定度的影响；同时，石墨烯涂层可以提升腔壁金属的热传导率，提高腔体的热响应特性。实施例2：本实施例为实施例1的低温辐射计黑体腔的制作方法，包括如下步骤：S1:采用精密机械加工工艺制作腔体壁厚0.1mm的圆柱腔，在圆柱腔一端切割，形成与圆柱轴线夹角为30°的切割面，得到圆柱侧面5；S2:制作腔体壁厚0.1mm、顶角为45°的正圆锥形侧面，在正圆锥的粗端切割，得到与圆柱腔口径相同的切割面，在正圆锥细端切割得到腔入射口径7，保证切割面与圆锥的轴线垂直，得到正圆锥侧面6；S3:根据圆柱腔切割面的几何参数，制作与圆柱腔切割面相配合的的圆柱斜底面，得到斜底面4；S4:对步骤S1、S2、S3制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温辐射计黑体腔，其特征在于：包括由正圆锥侧面(6)、圆柱侧面(5)、斜底面(4)连接组成的腔体，所述正圆锥和圆柱的轴线(3)重合，正圆锥的母线与正圆锥的轴线形成夹角(1)；所述正圆锥的细端设有腔入射口径(7)，腔入射口径(7)所在平面与正圆锥的轴线(3)垂直；所述斜底面(4)与圆柱的轴线(3)之间形成夹角(2)。

【技术特征摘要】
1.一种低温辐射计黑体腔，其特征在于：包括由正圆锥侧面(6)、圆柱侧面(5)、斜底面(4)连接组成的腔体，所述正圆锥和圆柱的轴线(3)重合，正圆锥的母线与正圆锥的轴线形成夹角(1)；所述正圆锥的细端设有腔入射口径(7)，腔入射口径(7)所在平面与正圆锥的轴线(3)垂直；所述斜底面(4)与圆柱的轴线(3)之间形成夹角(2)。2.如权利要求1所述的一种低温辐射计黑体腔，其特征在于：所述夹角(1)的角度为45°。3.如权利要求1所述的一种低温辐射计黑体腔，其特征在于：所述夹角(2)的角度为30°。4.如权利要求1所述的一种低温辐射计黑体腔，其特征在于：所述腔入射口径(7)的半径为所述圆柱的半径的1/2。5.如权利要求1所述的一种低温辐射计黑体腔，其特征在于：所述腔体的腔壁厚度为0.1mm。6.如权利要求1所述的一种低温辐射计黑体腔，其特征在于：所述腔体的腔壁材料为OFHC高电导无氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红博，史学舜，刘玉龙，刘长明，赵坤，陈海东，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37