面源黑体发射率传递系统研究

作     者：代维凯 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘正君

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：面源黑体 发射率 传递模型 校准技术 

摘      要：随着中国航天事业的蓬勃发展，不仅卫星的发射数量稳步增加，其性能不断完善，而且种类也越来越多。其中，遥感卫星的发射和应用在近十年发展迅猛，遥感技术也日臻成熟。但是与美国和俄罗斯等航天强国相比，我国的遥感技术还有待提高，在遥感卫星发回数据的提取，分析以及利用等应用领域仍需不断进步。卫星遥感以及红外设备都需要黑体进行标定和校准，所以对黑体的研究具有重大意义。而我国的黑体校准技术还不完善，尤其是大口径的面源黑体，所以亟需建立相对完善的面源黑体的辐射特性校准技术。本文研制的面源黑体发射率传递系统是该领域的一次探索性研究。所研制的系统基于分时比对法，对比测试腔式黑体和面源黑体的红外能量，在黑体辐射的基本理论的指导下，建立面源黑体发射率量值传递的数学模型，以实验室标准腔式黑体的发射率为比对基准，从而将面源黑体的发射率溯源。 本文设计的系统包括三个子系统模块：标准腔式黑体温控系统、面源黑体温控系统以及能量测试比对系统。首先建立腔式和面源黑体的温控系统，对两个系统的黑体进行温度特性的全面测试，使得腔式黑体和面源黑体的温度特性符合课题的指标要求，并且保证后续对两个黑体辐射能量测试的准确性;然后建立中红外波段的能量测试比对系统，保证在低温和常温范围内，能够探测两大黑体的辐射能量。并且在相同的实验环境和温度条件下，利用能量测试比对系统分别探测接收两大黑体的红外辐射能量，结合微弱信号处理的理论方法和数字式锁相放大器对信号进行处理;最后记录分析实验数据，并按照理论推导建立的量值传递模型计算出面源黑体的发射率，分析传递的不确定度。 通过大量的实验和对数据结果的误差以及不确定度的分析，腔式黑体和面源黑体的温度特性符合项目技术指标，两大温控系统满足精度以及稳定性等要求，面源黑体的温度均匀性也基本达到技术指标，能够确保对黑体辐射特性测试的准确性的要求;以传递模型为基础得出的面源黑体的发射率和评定的传递不确定度也基本符合技术指标，该量值传递模型满足课题对发射率的测量准确度，精度以及不确定度等的要求，对我国黑体校准技术的发展具有积极的意义。