[发明专利]一种低温辐射计加热器布置结构及布置方法

说明书

本发明属于光辐射功率测量领域，公开了一种低温辐射计加热器布置结构及布置方法，利用蒙特卡罗光线追迹法对入射光在低温辐射计中内部涂有黑涂层的吸收腔内的功率分布进行仿真，根据仿真结果在吸收腔斜底板和下侧面同时布置加热器，两个加热器的加热功率按照入射光在低温辐射计吸收腔内的功率分布的比例进行分配，使得光加热路径和电加热路径尽可能完全相同，并且光加热和电加热的加热面积几乎一致，从而有效改善低温辐射计光电不等效性。本发明用于降低基于电替代原理制作的低温辐射计光电不等效性，有利于降低低温辐射计功率测量的不确定度、提高功率测量准确性。

技术领域

本发明属于光辐射功率测量技术领域，涉及一种低温辐射计加热器布置结构及布置方法。

背景技术

低温辐射计广泛应用于辐射测量学、光辐射计量学、光谱学和天体物理学等领域。其工作原理和电替代辐射计是相同的，但由于工作在液氦温度，所以突破了环境和材料的限制，不确定度比常温电替代辐射计降低约一个量级，显示出了极其卓越的性能，由此引发了计量发达国家计量院对低温辐射计技术的研究。目前在光辐射计量研究领域中，低温辐射计已经成为国际上标准化研究机构公认的探测器基准，也是光辐射绝对功率测量的公认基准。

由于低温辐射计的原理为电替代原理，这就需要光功率和电功率相同时吸收腔产生相同的温升。但实际上并非如此，这就产生了光电不等效，因此需要对低温辐射计的光电吸收腔进行光电不等效分析。用锗电阻进行温度测量时产生自加热现象、环境温度变化等可能引起光电不等效，但通过控制电流的稳定性及环境温度变化可予以减小升至消除，但是光功率照射条件的光电不等效很难消除，美国NISTT.R.Gentile等人进行了不同激光功率Pm照射条件光电不等效系数ηm研究。此外，尽管采用高导热紫铜及低温条件超导现象，但吸收腔还没有达到真正的超导，因此在光电加热过程中，吸收腔存在温度梯度，光加热位置和电加热位置的不同，导致温度梯度光电不等效现象的产生。

由于不同国家研制的低温辐射计腔体结构和组成不同，光电不等效性的主要来源也不同。例如PMOR系列辐射计采用组合结构的黑体腔-锥底圆柱腔以增加光辐射在腔内的反射次数，提高辐射吸收率。其光电不等效性主要来自光电加热区域不同引起的差异。光加热阶段，辐射光功率入射组合结构的圆锥腔，部分能量通过镜面反射或漫反射继续传递，未被吸收的辐射残余能量使得辐射计光加热和电加热阶段的热平衡状态及温度分布情况存在差异。

目前低温辐射计通常将加热器布置在辐射光功率直接照射的区域，根据经验或求解光加热和电加热下传热路径的导热微分方程，解得的不同条件下热阻的比值对光电不等效性进行修正。例如Solar Physics第230卷，第1期上，题为“The total irradiancemonitor(TIM):Instrument calibration”的论文介绍了目前测量精度最高的星载太阳辐照度绝对辐射计(SIAR)，其结构为圆锥腔型接收腔，采用加热丝直接埋入工艺，将电加热丝缠绕并填充在辐射光功率第一次直接照射区域，其光电不等效性的来源主要为传热路径的差异，即辐射光功率和电功率不同，加热路径对应的热阻存在差异。Kopp等将辐射计接收腔的圆锥和圆柱分开考虑，将不同传热路径的传热过程简化为圆柱体系下的一维传热问题，求解光加热和电加热下传热路径的导热微分方程，根据解得的不同条件下热阻的比值对光电不等效性进行修正。该次修正测得TIM光电不等效性的差异占总合成不确定度的26％。以上方法只是对低温辐射计的光电不等效性进行修正，无法有效改善低温辐射计的光电不等效性。

发明内容

(一)发明目的

针对目前低温辐射计的光电不等效性问题，提供一种低温辐射计加热器布置结构及布置方法，以有效改善低温辐射计的光电不等效性。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种低温辐射计加热器布置结构，加热器布置在低温辐射计吸收腔上，低温辐射计吸收腔为带斜底的圆柱吸收腔，采用加热丝直接埋入的方式在低温辐射计吸收腔斜底板和下侧面布置加热器。