190～340K真空标准黑体辐射源研究

摘要

围绕风云气象卫星红外遥感亮度温度溯源的迫切需求，中国计量科学研究院提出了国产遥感卫星红外亮度温度标准研究方案，建立了真空亮度温度标准装置（Vacuum Radiance Temperature Standard Facility，VRTSF），为我国红外遥感卫星亮度温度有效溯源提供了重要技术保障。其中，190～340 K真空标准黑体辐射源作为溯源标准器，是VRTSF装置的核心设备。本论文系统地介绍了VRTSF装置用190～340 K真空标准黑体辐射源的研究过程，包括指标的需求分析、设计方案、工作原理和性能评价等内容，详细描述了190～340 K真空标准黑体辐射源在VRTSF装置上的流程和测量了主要性能指标，评价了不确定度。本文的研究内容如下:
　　(1)梳理我国航天红外遥感载荷的实际需求，通过大量文献调研和模拟仿真计算，提出了VRTSF用真空标准黑体辐射源的技术指标和设计方案。
　　(2)提出了190～340K温度范围的高发射率真空标准黑体辐射源的设计方案，通过初步实验验证，确认了酒精恒温槽的控温方案和标准铂电阻温度的测温方式。完成了真空标准黑体的安装和系统调试。
　　(3)进行了真空标准黑体辐射源的性能实验，测量了黑体空腔温度的轴向均匀性、稳定性和温度计的一致性。实验结果表明，在-83℃时，黑体空腔的轴向温度差最大为0.378℃;在20℃时，黑体空腔的轴向温度差为0.004℃。在-83～67℃(190～340 K)范围内，黑体空腔在30 min内的温度稳定性优于0.026℃;在室温条件下，测试了温度计的一致性，120min内温度计的差异优于0.007℃。
　　(4)完成真空标准黑体辐射源的性能评价。根据黑体空腔温度的轴向均匀性的实验结果，计算了其对黑体空腔的法向发射率的影响，分析表明满足设计要求。分析了真空标准黑体辐射源的各不确定度分量及其来源，包括空腔发射率、温度计校准、温度计稳定性、空腔温度稳定性、腔底温度均匀性、测温仪表。4～14μm波长下的合成标准不确定度优于0.030 K，其中在300 K时，10μm波长下的合成标准不确定度为0.016K，真空标准黑体辐射源性能良好。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究背景及意义

1．1．1 为卫星红外遥感测温仪器提供溯源标准

1．1．2 为红外遥感仪器的亮温传递建立计量保障

1．2 国内外发展现状

1．2．1 俄罗斯光学和物理测量研究所(VNIIOFI)

1．2．2 德国联邦物理技术研究院(PTB)

1．2．3 美国国家标准与技术研究院(NIST)

1．2．4 中国计量科学研究院(NIM)

1．3 主要研究内容

1．4 本章小结

第2章 理论基础

2．1 辐射

2．1．1 热辐射

2．1．2 吸收、反身寸禾口透射

2．2 黑体的辐射规律

2．2．1 黑体

2．2．2 普朗克定律

2．2．3 发射率

2．3 本章小结

第3章 190～340K真空标准黑体辐射源的研制

3．1 VRTSF装置及原理

3．2 190～340K真空标准黑体辐射源的技术指标

3．3 190～340K真空标准黑体辐射源的设计

3．3．1 空腔结构设计

3．3．2 传热控温方式设计

3．3．3 真空防漏热设计

3．3．4 抑制杂光设计

3．3．5 温度测量方式设计

3．4 空腔表面的涂层材料

3．5 黑体建模及空腔的稳态热分析

3．6 黑体整体结构介绍

3．7 黑体实验装置

3．7．1 温度标准器

3．7．2 温控仪器

3．7．3 数据采集仪器

3．8 工作方式

3．9 本章小结

第4章 190～340K真空标准黑体辐射源的性能测试

4．1 黑体空腔轴向温度均匀性

4．2 黑体空腔温度稳定性

4．3 温度计验证

4．4 本章小结

第5章 性能评价及不确定度分析

5．1 发射率

5．2 不确定度分析

5．2．1 不确定度来源

5．2．2 合成标准不确定度

5．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果