专利名称：一种高均匀度可控红外面辐射热源的制作方法
技术领域：
本发明涉及温控红外加热领域，是一种用于远场条件下的较大面积、高均勻度可控红外面辐射热源。
背景技术：
红外遥感技术的发展，需要对红外光学系统性能参数进行准确的评估。而且经常需要对红外系统的远场光学特性作出评估。较大面元的标准红外模拟目标是评价红外光学系统的主要工具，而远场面辐射热源是红外辐射的关键元件。目前绝大多数红外模拟目标都采用黑体辐射源作为红外热辐射元件，图1为典型的黑体辐射源腔体结构示意图，加热器(1)包裹黑体腔( 并加热黑体腔O)，使之被加热后发出热辐射，辐射能在腔体内表面经多次反射、吸收使得腔内温度均勻。同时由黑体腔测温元件(3)、(4)监控黑体腔温度。介于黑体辐射源的基本构成形式，为了达到黑体辐射面源表面温度的一致性，黑体炉腔一端的腔口( 即黑体辐射源的有效面积不会做得很大，普通较大面源黑体的直径在200mm左右。此种黑体辐射源一般用于实验室中对各种以温度变化范围较大或者对能量要求较高的目标源为探测对象的系统进行测试标定工作。常规的夜视仪红外环境成像系统工作在8至 12 μ m的红外波段，对应峰值波长的温度为-30°C至+80°C。对于远场远红外系统的检测， 研制这一温度区间的红外面阵模拟目标源将具有重要意义。远场条件下的大面元红外模拟图像应由大量的红外面辐射单元产生。如果直接采用普通的黑体辐射源作为红外面阵模拟目标的辐射单元，随着单元数目的增加，其工艺及测试系统的复杂性和高昂的成本是一般项目所难以承受的，而且常规黑体辐射源的应用范围远不止于远场远红外光学系统的测试，会造成大量的资源浪费。为8到12微米的红外波段大型面阵辐射模拟目标研制一种工艺简便、成本低廉的高均勻性红外面源辐射源将具有重大的应用前景。
发明内容
本发明目的在于提供一种高均勻度可控红外面辐射热源。该热源装置具有较高的温度均勻性和可控性，能为红外目标面源单元提供电加热。并具有较低的成本和良好的工艺性，可为远红外辐射环境下(波段为8至12微米)的标准目标源提供热源。本发明提供的高均勻度可控红外面辐射热源结构如图2所示，由发射率涂层(6)、铝板(7)、导热硅脂层 (8)、覆铜板及其加热电路(9)构成。由于电子覆铜工艺非常成熟，可以有效降低制作成本， 并且覆铜板上的电路形式可采用多种灵活的布线方式，如图4希尔伯特曲线、图5螺旋线形式，来保证均勻的热流密度。通电热电阻的焦尔定律和铜电阻温度变化曲线(图3)，可实现红外面辐射源高精度热功率输出控制。同时适当减小电路在面辐射源边缘处的线宽，可增大铜导线的电阻值以增加面辐射源边缘处的发热功率，有效补偿边缘处的热量损失，使面辐射源达到更加均勻的热流密度。铝具有较大的比热容(0.88X 103J/kg· 0C))和良好的热传导性(导热系数为237W/m )，采用铝板作为发射率涂层的基底材料，有利于保持辐射输出的环境稳定性。涂层材料可根据具体任务需求选用不同发射率的产品。该红外面辐射热源制作工艺简单；电阻与温度关系线性度好，便于输出功率修正；且布线多元化，易于产生均勻热辐射；热功率输出控制简单，精度高。本发明能够解决的主要技术问题及其积极效果是1、能够为较大面源的红外面辐射模拟目标提供高均勻热流输出。其工艺简单，温度可控精度达到同类型黑体的水平(约为< 0. rc )。2、其制作成本远低于同类可适用产品。
图1黑体辐射源结构示意图。图2红外面辐射热源结构示意图，也作为摘要附图。图3铜电阻温度变化曲线。图4希尔伯特曲线示意图。图5螺旋线示意图。图中1加热器；2黑体腔；3黑体测温元件；4黑体腔测温元件；5腔口 ；6高发射率涂层；7铝板；8导热硅脂；9覆铜板及其电路；10电源插座；
具体实施例方式覆铜板隔热材料作为覆铜导线的基底材料具有隔热保温和支撑作用，可选用PCB 制成面元基底。利用电子覆铜工艺，在基底隔热材料上沉积形成一定图案的铜电阻丝。为了降低后续电路的控制难度，可采用低压大电流的工作模式，可采用如下工作参数工作电源U = 24V;工作电流Imax彡2A;系统最大输出功率为Pmax = 50W ；阻值为R= 12.5Ω (温度 20°C时)。根据覆铜厚度、线宽与电流的关系得出覆铜厚度50um，导线宽度1mm，布线间隔 0. 6mm。热辐射源的有效面积为250mmX250mm。铜导线可以采用多种布线形式，如可以采用希尔伯特曲线(空间填充曲线)的形式(图4所示)或螺旋线形式(图5所示)。希尔伯特曲线可以均勻的填充任意大小的正方形2维空间，使得曲线在纵向和横向空间上的分布均勻相等，避免了由于加热电路因为分布不均勻而导致的温度产生梯度变化，从而保证各项异性介质中较高的温度均勻性。电路接通后，铜导线辐射热能，经热能交换，热功率通过约0.5mm厚的导热硅脂层(8)传导给铝板(7)，并由发射率涂层(6)向外辐射红外热辐射。 通过大量辐射热源单元的阵列，即可完成对远场远红外面源目标红外特性的模拟。
权利要求
1.一种高均勻度可控红外面辐射热源，其特征在于由8、高发射率涂层9、铝板10、导热硅胶11、覆铜板及其电路12、功率线组成。
2.根据权利要求1所述的高均勻度可控红外面辐射热源其特征在于采用电子覆铜工艺，制作红外辐射热源。
全文摘要
随着红外成像技术与探测技术的发展，应用于红外成像与探测系统的检测设备也成为红外光学领域中的重要研究对象，而用于产生标准红外目标源的面阵模拟设备，是红外成像器件检测设备的主要内容。根据红外辐射的机理，这一模拟设备通常是通过控制模拟目标板的表面辐射温度来实现。本发明主要为这一模拟系统提供高精度可控热源，可为高于环境温度的标准红外目标源提供可控热功率输出。其工作原理为利用电子覆铜工艺，在由隔热材料制成的面元基底沉积形成一定图案的铜电阻丝，利用铜电导率与温度的线性稳定特性，在通以一定电压下，可实现红外面辐射源温控板高精度热功率输出控制。该温控板制作工艺简单；电阻与温度关系线性度好，便于输出功率修正；布线多元化，易于产生均匀热辐射；热功率输出控制简单，精度高。
文档编号G01M11/02GK102230841SQ20111006982
公开日2011年11月2日 申请日期2011年3月23日 优先权日2011年3月23日
发明者付跃刚, 吕涛, 张磊, 欧阳名钊, 王加科, 高天元 申请人:长春理工大学