专利名称：一种基于tec的微型面源黑体装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及红外技术领域，更具体涉及一种基于TEC的微型面源黑体装置，应用于红外热像设备性能指标检测领域。
背景技术：
面源黑体辐射源是红外辐射工作标准，广泛应用在红外探测器的研制过程中的工艺测试和鉴定试验的技术指标测试，可以完成红外焦平面器件光敏面响应均匀性，响应曲线和死元象素等参数的测试中。同时，面源黑体辐射源作为红外成像校准装置的核心设备，配合准直光学系统和红外靶标，完成红外成像系统MRTD、MDTD, NETD, MTF等关键技术指标测试和性能评估。 目前，常用的黑体辐射源由辐射腔、温控器件、热传感器组成，其中温控器件包括加热片、加热钼丝、毛细热管。温控器件与辐射腔紧密封装，热传感器实时采集辐射腔温度，通过控制温控器件改变辐射腔的温度，产生所需的黑体辐射温差。但是，常用的黑体辐射源只能相对于环境温度产生正温差，没有产生负温差的能力，而在红外系统指标MRTD检测过程中，需要黑体提供正负温差。虽然通过液态氮制冷能产生负温差，但是其整体体积比较大，只适用于实验室环境。中国实用新型专利CN201020150858. 3提供了一种微型黑体辐射源装置，其技术途径是以圆柱腔体结构为辐射腔，加热钼丝呈双螺旋状缠绕在辐射腔的外表面上，加热钼丝的两端与耐高温引线的一端连接，耐高温引线的另一端外接电源。通过加热钼丝给腔体加热，产生热辐射输出。中国实用新型专利CN200420019883. 2提出，采用空心圆柱盘为辐射体，圆柱盘的辐射面上置有许多圈同心槽，圆柱盘的背面为数圈同心槽，加热丝置于每一个槽内，圆柱盘的圆周面上置有数圈圆周槽，加热丝置于每一个圆周槽内，在圆柱盘的圆周面置有数个用于安装传感器的从圆心到圆周的孔，空心圆柱盘辐射面和内表面均置有发黑层。以上两种方案的不同点在于辐射腔的结构，前者采用圆柱腔体，加热钼丝缠绕圆柱腔体；后者采用圆柱盘，加热丝安装在圆柱盘后面的同心槽内。这两种方案虽然具有结构简单、控温简便等特点，但其温度响应比较慢，温控精度不高而且不能产生相对于环境温度的负温差辐射。2008年计量与测量学术交流会《面源黑体辐射源》一文提供了一种大型面源黑体辐射装置，其技术途径是采用加热和制冷独立控制模式，即采用薄膜电阻进行加热，采用TEC进行制冷，此装置虽然解决了正负温差产生的问题，但是在负温差产生过程中，由于TEC的制冷量通过电阻薄膜然后传递给辐射面，增大了系统功耗，而且在加热或冷热切换过程中，温度响应速率较慢。
发明内容为了解决常用的面源黑体不能产生负温差红外辐射的问题，本实用新型的目的是在于提供了一种基于TEC的微型面源黑体装置，该黑体装置中的热电制冷器TEC具有制冷和加热功能，制热效率高，热惯性非常小，致冷致热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，致冷器就能达到最大温差。该黑体装置可产生正负温差红外辐射，具有温度分辨率高、温度响应快等优点，不仅可用于实验室，也可用于野外环境。本实用新型的技术方案是一种基于TEC的微型面源黑体装置，包括壳体、绝热固定圈、保护罩、温度传感器安装孔、紫铜辐射体、热电制冷器TEC、长螺柱、散热片安装柱、散热片、风扇。其特征在于紫铜辐射体与热电制冷器TEC通过导热硅脂粘合在一起，长螺柱穿过绝热固定圈的螺柱安装孔和紫铜辐射体的四角通孔固定在散热片上，热电制冷器TEC置于紫铜辐射体和散热片之间，然后整体安装在壳体内部，通过散热片安装柱固定，风扇安装在壳体的尾部，保护罩置于壳体前端的福射窗口内。 所述的紫铜辐射体为边长50mm、厚5mm的紫铜块，辐射面喷涂高辐射率材料,热传导面涂覆导热硅胶，一端面钻一个Φ3_的温度传感器安装孔。所述的绝热固定圈为边长50mm、厚IOmm的聚四氟乙烯方块,方块内掏C>30mm的圆孔，四角钻Φ3的螺钉过孔，螺帽部分下沉4mm。一种基于TEC的微型面源黑体装置，利用热电制冷器TEC的工作特性，采用高热容的紫铜件作为辐射面，紫铜件内置热电阻安装孔，孔内安装热电阻PT100，用于采集辐射件的辐射温度，紫铜件的辐射面进行喷砂处理后喷涂高辐射率材料，紫铜件的热传导面打磨光滑通过导热硅脂紧贴在TEC的正面上，TEC的负面直接安装散热器。紫铜辐射体、热电制冷器TEC、长螺柱、散热片组成辐射头，整体通过散热片安装柱固定在壳体内部，壳体的后端面安装风扇。当需要产生正温差时，TEC正面加热、负面制冷，产生的热量传导给辐射件，热电阻将辐射温度反馈给控制电路，控制电路完成TEC电流控制，从而实现辐射温度的控制；当需要产生负温差时，TEC正面制冷、负面加热，风扇工作，负面产生的热量通过散热器经风扇作用散发出去。本实用新型与现有技术相比，具有以下优点第一，采用热电制冷器TEC作为电控加热和制冷源，功耗低，温度控制稳定度高，温度响应速度快。第二，采用一定厚度的高热容紫铜作为辐射体，辐射面的温度均匀性好。第三，该黑体装置结构简单，体积小，重量轻，可实现正负温差辐射，配合小型的准直光学系统和红外靶标，便于在室外开展红外设备的性能检测。
图I为一种基于TEC的微型面源黑体装置辐射体示意图。其中1 一壳体，2-绝热固定圈，3-保护罩，4-温度传感器安装孔，5-紫铜辐射体，6-热电制冷器TEC (TEC107104)，7-长螺钉，8-散热片安装柱，9-散热片，10-风扇(ABB06D12HG)。
具体实施方式
一种基于TEC的微型面源黑体装置，它由壳体I、绝热固定圈2、保护罩3、温度传感器安装孔4、紫铜辐射体5、热电制冷器TEC 6、长螺柱7、散热片安装柱8、散热片9、风扇10组成。紫铜辐射体5辐射面经过喷砂处理后喷涂高辐射率复合材料，紫铜辐射体5热传导面打磨光滑，侧面中心部分钻一个Φ3的温度传感器安装孔4，深度到达紫铜辐射件的中心位置。紫铜辐射件的热传导面通过导热硅脂紧贴在热电制冷器TEC6的正面，热电制冷器的反面紧贴散热片9。绝热固定圈2采用外方内圆结构，四角加工成下沉的螺柱安装孔，内圆直径为30_，安装时，长螺柱7穿过绝热固定圈2的螺柱安装孔和紫铜辐射体的四角通孔固定在散热片上，组成辐射头，热电制冷器TEC6安插在紫铜辐射体5热传导面和散热片9之间，通过两端面的压力固定。壳体I采用整块硬铝加工喷砂氧化而成，具有重量轻、结构坚固的特点。辐射头通过散热片上的安装柱8固定在壳体内部，安装时绝热固定圈2顶住壳体I的辐射口，绝热固定圈2中心与壳 体I的辐射口中心保持同轴关系，从而使紫铜辐射体5辐射面产生的热辐射通过绝热固定圈2和壳体I辐射口输出，作为红外检测系统的红外辐射模拟源。装置不用时，可将保护罩3安装在壳体I上，避免灰尘进入辐射头。风扇10固定在壳体的后端。
权利要求1.一种基于TEC的微型面源黑体装置，它包括绝热固定圈(2)、保护罩(3)、紫铜辐射体(5)、热电制冷器TEC (6)、长螺柱(7)、散热片安装柱(8)、散热片(9)，其特征在于紫铜辐射体(5)与热电制冷器TEC (6)通过导热硅脂粘合在一起，长螺柱(7)穿过绝热固定圈(2)的螺柱安装孔和紫铜辐射体(5)的四角通孔固定在散热片(9)上，热电制冷器TEC (6)置于紫铜辐射体(5)和散热片(9)之间，通过散热片安装柱(8)固定，风扇(10)安装在壳体的尾部，保护罩(3)置于壳体(I)前端的福射窗口内。
2.根据权利要求I所述的一种基于TEC的微型面源黑体装置，其特征在于所述的紫铜辐射体(5)为边长50mm、厚5mm的紫铜块，辐射面喷涂高辐射率材料，热传导面涂覆导热硅胶，一端面钻一个Φ3_的温度传感器安装孔(4)。
3.根据权利要求I所述的一种基于TEC的微型面源黑体装置，其特征在于所述的绝热固定圈(2)为边长50mm、厚IOmm的聚四氟乙烯方块,方块内掏C>30mm的圆孔，四角钻Φ3的螺钉过孔，螺帽下沉4_。
专利摘要本实用新型公开了一种基于TEC的微型面源黑体装置，紫铜辐射体与热电制冷器TEC通过导热硅脂粘合在一起，长螺柱穿过绝热固定圈的螺柱安装孔和紫铜辐射体的四角通孔固定在散热片上，热电制冷器TEC置于紫铜辐射体和散热片之间，通过散热片安装柱固定，风扇安装在壳体的尾部，保护罩置于壳体前端的辐射窗口内。辐射面喷涂高辐射率材料，热传导面涂覆导热硅胶，一端面钻温度传感器安装孔。绝热固定圈为聚四氟乙烯方块，方块内掏圆孔。该面源黑体装置体积小、重量轻、可实现正负温差辐射、温度稳定性好、温度响应速度快，配合小型的准直光学系统和红外靶标，便于在室外开展红外设备的性能检测。
文档编号G01J5/52GK202582738SQ201220240619
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者程勇, 曹海源, 黎伟, 初华, 张广远, 韦尚方 申请人:中国人民解放军武汉军械士官学校