真空镓固定点黑体辐射源的研制

作     者：胡朝云 huchaoyun

作者单位：成都理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郝小鹏;孙建平

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：航天 红外遥感 真空 镓固定点 黑体辐射源 发射率 相变温坪复现 重复性 

摘      要：围绕航天红外遥感亮度温度计量标准的迫切需求展开了真空固定点黑体辐射源的研究。为实现满足航天应用环境所需要的红外遥感载荷量值溯源的国家计量标准溯源体系,满足在研和未来规划的航天重大工程和型号的量值计量标准的需求,实现我国对地观测技术高定量化目标,旨在建立以一系列真空固定点黑体辐射源为最高计量标准,以覆盖(125-500)K真空标准辐射源为标准,利用真空傅里叶光谱仪为传递仪器的红外遥感亮温量值传递体系。本论文主要针对真空镓固定点黑体辐射源展开了具体的研究并成功研制出了真空镓固定点黑体辐射源。真空镓固定点黑体辐射源的设计指标要求为工作温度29.7646℃,法向有效发射率为0.9999,黑体空腔开口直径25mm,黑体空腔锥角120°和扩展不确定度(K=1)优于30mK,设计方案如下。1、利用基于蒙特卡罗算法的STEEP3仿真软件,完成了黑体空腔法向有效发射率的仿真计算,确定了黑体空腔深度为220mm时,黑体空腔的法向有效发射率为0.9999;2、通过热分析和光学分析,提出了完善的机械设计方案。该设计方案中主要展现了温控介质筒、水浴循环系统、准绝热系统的设计;3、利用绘图软件设计出了真空镓固定点黑体辐射源的机械图纸,出于辐射传热性能的考虑完成了机械加工的选材;4、通过对真空镓固定点黑体辐射源的黑体空腔进行涂层喷涂工艺、温控介质筒内壁与黑体空腔外壁进行防止高纯镓金属被污染的高温热处理、在充满氩气的密封环境中进行高纯镓金属的灌装工艺之后,完成了真空镓固定点黑体辐射源的装配;5、在实验条件允许的基础上,搭建了真空镓固定点黑体辐射源的实验系统。基于有限元分析,使用仿真软件对真空镓固定点黑体辐射源进行了传热性能、均匀性和相变温坪复现的仿真计算。传热性能仿真结果优于10mK,均匀性仿真结果优于20mK,相变温坪复现仿真结果优于10mK。真空镓固定点黑体辐射源黑体空腔法向有效发射率仿真结果为0.9999。真空镓固定点黑体辐射源的性能测试包括了黑体空腔法向有效发射率的测量、相变温坪复现实验和相变温坪复现的重复性。黑体空腔法向有效发射率的测量使用了两种测量方式,分别是基于控制环境辐射变化测量发射率,测量结果为0.9996,使用量子级联激光器测量反射率反算发射率,测量结果为0.9996,均满足指标要求。探索出满足并且能得到较好结果的真空镓固定点黑体辐射源相变温坪复现的实验条件,相变复现结果较镓基准点优于15mK,通过CCT-WG5固定点不确定度分析,真空镓固定点黑体辐射源的不确定度优于29mK,相变温坪复现重复性优于2.5mK。