用于真空环境下工作的微波辐射计定标源的锥形均温装置

技术领域

本发明涉及辐射计技术领域，特别是一种用于真空环境下工作的微波辐射计所使用的变温定标源的锥形均温装置。

背景技术

微波辐射计是一种接收物体自然辐射的高灵敏度接收机。多年来的研究成果表明：不同物体虽然辐射特性(或辐射亮温)不相同但相互之间的差异并不大，同一物体在不同条件下的辐射亮温虽然有一定差异，但通常也很小，微波辐射计必须经过统一、精确、可靠的定标，即：用辐射计去接收一个微波辐射特性精确已知的定标源的辐射信号，来精确构造出辐射计电信号输出与接收到的辐射量值之间的定量关系，才能保证被动式遥感信息的准确性和应用价值。辐射计定标源通过精确控制辐射体的物理温度，可以使辐射体输出一个精确已知的信号。辐射计定标源的工作原理如图1所示。温度控制器根据输入的温度信息，来控制制冷和加热，制冷通过控制液氮阀门通断完成，加热通过控制加热棒电流大小实现。

微波辐射计定标源一般需要-190℃到60℃之间工作，且随着辐射计技术的不断进步，所需辐射计定标源整个口面温度的均匀性要求日益严格，定标源口径要求日益增长；现有的辐射计定标源的均温装置已不能满足现有要求。

原有的均温结构问题出现在均温原理，具体原因如下：原有辐射计定标源通过液氮管路通入分液管道进行分液，然后液氮进入控温体内部经均温体将冷量传递至辐射体，而现有分液器和控温体都不能排除重力和液氮压力影响，在重力影响下导致分液器分液不均匀，或因当地气压改变而导致杜瓦瓶压力改变，流入控温体内部的液氮不均匀，导致控温体整体温差过大；而原有均温体是单纯的热容铝块，为了满足传到辐射体的温度均匀性的要求，原有均温体就需要严格控制与控温体和单锥安装板之间的接触面积、表面光洁度；还需要无限加厚均温体体积，导致整个辐射计定标源重量笨重；辐射计定标源口径越大，需要冷量越大，控温体体积越大，均温体体积也随之变大、变重，导致现有定标源无法继续优化均匀性，与降低整个辐射计定标源的重量，且无法做出大口径辐射计变温定标源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于真空环境下工作的微波辐射计定标源的锥形控温装置，实现了微波辐射计定标源物理温度从液氮到高温区连续可调前提下，减重并适用于多种控温结构，并可实现为大口径微波辐射计定标源提供均温，解决目前微波辐射计定标源控温结构单一固定且笨重的技术问题。

本发明提供的一种用于真空环境下工作的微波辐射计定标源的锥形均温装置，包括分液冷板、分液器、锥形均温结构、单锥安装板、温度传感器、杜瓦管、杜瓦瓶，其中：

所述杜瓦瓶通过所述杜瓦管与所述分液器连接；

所述分液器与所述分液冷板连接；

所述锥形均温结构一端与所述分液冷板连接，另一端与所述单锥安装板连接；

所述温度传感器安装在位于所述单锥安装板前侧的定标源内。

在一些实施例中，所述分液冷板内部开设有若干条液氮槽路，每条所述液氮槽路的一端分别与所述分液器的一个分液管连通；所有的所述液氮槽路的另一端集中在所述分液冷板中心，并通过出气管与外部连通。

在一些实施例中，所述液氮槽路截面为矩形，数量为六条，分成三排布置在所述分液冷板整个板面上；每条所述液氮槽路均为S形延伸布置。

在一些实施例中，所述锥形均温结构为四棱锥结构，两端均为矩形；所述锥形均温结构内部设置有圆锥形空腔。

在一些实施例中，所述锥形均温结构与所述分液冷板连接的一端设置有实心矩形薄板，与所述单锥安装板连接一侧设置有具有中心圆的连接板。

在一些实施例中，还包括加热棒和温度控制器，所述加热棒安装在所述实心矩形薄板内，所述温度控制器与所述加热棒和温度传感器均电性连接。

在一些实施例中，所述加热棒数量为10根，分成两排布置；且两排所述加热棒错位设置。

在一些实施例中，所述分液冷板、所述分液器、所述杜瓦管、所述杜瓦瓶均采用铜材料制成。

在一些实施例中，所述锥形均温结构、单锥安装板均采用镁铝材料制成。

在一些实施例中，还包括设置在所述杜瓦管上的电磁阀。

在一些实施例中，所述实心矩形薄板与所述分液冷板连接侧表面光洁度为1.6um，所述实心矩形薄板与所述分液冷板之间涂覆导热脂。

在一些实施例中，所述锥形均温装置数量为一个或两个以上，当所述锥形均温装置数量为两个以上时，所有的所述锥形均温装置阵列设置拼接成大口径均温装置，与大口径定标源连接。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明提供的用于真空环境下工作的微波辐射计定标源的锥形均温装置，通过将均温结构设置成锥形，并在锥形均温结构内部设置锥形孔，将分液冷板产生的温度经锥形均温结构形成平滑的温度场传递到单锥安装板上；同时利用可控温的锥形均温结构对辐射体的物理温度场进行优化调节，从而解决目前微波辐射计定标源控温结构单一固定且笨重，实现了微波辐射计定标源物理温度从液氮到高温区连续可调前提下，减重的要求，且本发明的均温结构由于端部为矩形，适用于多种控温结构，可通过将均温装置阵列设置拼接成大口径均温装置，可实现为大口径微波辐射计定标源提供均温，解决现有微波辐射计定标源的均温装置重量过大不易安装运输的问题；解决了现有辐射计定标源无法大口径(1m及以上口径)的控温难题；解决了现有微波辐射计定标源只能单一匹配控温结构的问题。

附图说明

图1为现有技术中微波辐射计定标源均温装置结构示意图；

图2为本发明用于真空环境下工作的微波辐射计定标源的锥形均温装置的侧视图图；

图3为本发明用于真空环境下工作的微波辐射计定标源的锥形均温装置的主视图；

图4为本发明用于真空环境下工作的微波辐射计定标源的锥形均温装置中分液器的结构示意图；

图5为本发明用于真空环境下工作的微波辐射计定标源的锥形均温装置中分液冷板内部结构示意图；

图6为本发明用于真空环境下工作的微波辐射计定标源的锥形均温装置中锥形均温结构的结构示意图；

图7为本发明用于真空环境下工作的微波辐射计定标源的剖面图。

图中：1、分液冷板；2、分液器；3、锥形均温结构；4、加热棒；5、电磁阀；6、单锥安装板；7、温度传感器；9、杜瓦瓶；10、杜瓦管；11、出气管；12、液氮槽路；13、实心矩形薄板；14、连接板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

如图2所示，本发明提供了一种用于真空环境下工作的微波辐射计定标源的锥形均温装置，包括分液冷板1、分液器2、锥形均温结构3、单锥安装板6、温度传感器7、杜瓦管10、杜瓦瓶9，其中：

杜瓦瓶9内储存有液氮，并通过杜瓦管10与分液器2连接，用于向分液器2内输送液氮；

分液器2与分液冷板1连接，用于将输送来的液氮均分成多路输送进入到分液冷板1内；

锥形均温结构3一端与分液冷板1连接，另一端与单锥安装板6连接；

温度传感器7安装在位于单锥安装板6前侧的定标源内温度传感器为辐射体反应精确的物理温度，用于测量辐射体的物理温度，并反馈给温度控制器。

进一步的，温度传感器7分别安装在单锥安装板6的不同位置，用于测量单锥安装板6传递出的物理温度的均匀性，同时温度传感器将测量的物理温度反馈给温度控制器，用于温度控制器调整控制参数。

本发明的锥形均温装置，由杜瓦瓶9经分液器2输送液氮到铜质冷板组成的分液冷板1用于提供制冷量，如图2所示。液氮由杜瓦管10进入，由出气管11排出；分液器2材料为铜管，分液冷板1为铜板焊接。

本发明提供的用于真空环境下工作的微波辐射计定标源的锥形均温装置，通过将均温结构设置成锥形，并在锥形均温结构内部设置锥形孔，将分液冷板产生的温度经锥形均温结构形成平滑的温度场传递到单锥安装板上，实现辐射体的温度均匀性。

如图5所示，在一些实施例中，分液冷板1内部开设有若干条液氮槽路12，每条液氮槽路12的一端分别与分液器2的一个分液管连通；所有的液氮槽路12的另一端集中在分液冷板1中心，并通过出气管11与外部连通。

此处需要说明的是，所有的液氮槽路12的始端均位于分液冷板1外周位置，而液氮槽路12的末端也就是出气端位于分液冷板1的中心位置，由此，可使得多条液氮槽路12均集中到一点，便于所有的液氮在分液冷板1内循环后集中到一点排出。

如图5所示，具体的，在本实施例中，液氮槽路12截面为矩形，数量为六条，分成三排布置在分液冷板1整个板面上；每条液氮槽路12均为S形延伸布置，采用此种结构也是为了能够使液氮均匀流经整个分液冷板1，形成均匀温度场。

如图6所示，在本实施例中，锥形均温结构3为四棱锥结构，两端均为矩形；锥形均温结构3内部设置有圆锥形空腔，其作用是通过锥形中空的结构来均匀分液冷板1传递来具有很大温差的物理冷量，使其均温结果不受重力影响呈现一个均匀性很好的温度物理量传递给单锥安装板6，通过锥形外形以及锥形空腔，形成均温结构，以利于温度场的均匀传递，并形成均匀温度场。

作为本发明的一种可选实施方式，锥形均温结构3与分液冷板1连接的一端设置有实心矩形薄板13，与单锥安装板6连接一侧设置有具有中心圆的连接板14。

如图2所示，具体的，还包括加热棒4和温度控制器，加热棒4安装在实心矩形薄板13内，温度控制器与加热棒4和温度传感器7均电性连接，通过以上结构设置，可实现锥形均温结构3的温度可控。进一步的，在实心矩形薄板13的相对两侧面上分别开有5个加热棒安装孔，加热棒4表面涂导热脂然后塞入安装孔内，作用是对锥形均温结构传递到单锥安装板的物理温度进行调节。

温度控制器用于控制锥形均温结构3的物理温度，包括加热和制冷功能；通过温度传感器7的测量温度自动调整加热功率与电磁阀的通断时间。

本发明利用可控温的锥形均温结构对辐射体的物理温度场进行优化调节，从而解决目前微波辐射计定标源控温结构单一固定且笨重，实现了微波辐射计定标源物理温度从液氮到高温区连续可调前提下，减重的要求。温度控制器根据温度传感器7的测量结果，调节加热棒4，使辐射体的温度能够长期稳定。

在本实施例中，加热棒4数量为10根，分成两排布置；且两排加热棒4错位设置，用于提升锥形均温结构的物理温度，通过温度控制器可以控制加热功率。

如图3和图4所示，具体的，在本实施例中，分液冷板1、分液器2、杜瓦管10、杜瓦瓶9均采用铜材料制成，进一步的，采用紫铜材料制成。分液冷板为矩形轮廓的金属平板，优选紫铜材料，也就是说，分液冷板1采用紫铜板加工而成，分液器2、杜瓦管10采用紫铜管制成；杜瓦瓶9采用紫铜板加工而成。在冷板内部为机加工出的矩形液氮槽路；分液冷板具有六个液氮输入口，一个液氮输出口。六个液氮输入口分别与分液器2的六个分液管连接，一个液氮输出口与出气管连接。

进一步的，如图7所示，锥形均温结构3、单锥安装板6均采用镁铝材料制成，具体的，锥形均温结构由镁铝合金板制成，两端为两个长、宽不同的矩形，整体结构显示为近四棱柱结构，且锥形均温结构内部为中心圆锥形结构。单锥安装板6由镁铝合金制成，一侧涂导热脂后与锥形均温结构用螺钉进行连接，另外一侧安装辐射体；其作用是单锥安装板6一侧可匹配不同频段的辐射体与均温结构连接组成不同频段的微波辐射计定标源。

如图3所示，还包括设置在杜瓦管10上的电磁阀5。电磁阀与杜瓦瓶相连，用于分液冷板1提供液氮冷量。可以通过温度控制器来调节液氮的供给量。

在此需要说明的是，在本发明中，分液器2是由7根铜管焊接而成，与分液冷板1焊接，由一个液氮输入口与六个液氮输出口；与分液器2连接的杜瓦管上设置有电磁阀5，电磁阀5与温度控制器连接，温度控制器可以控制电磁阀5的通断控制进入分液冷板1内部的液氮的通量。

在本实施例中，实心矩形薄板13与分液冷板1连接侧表面光洁度为1.6um，安装时，实心矩形薄板13与分液冷板1之间涂覆导热脂，然后利用螺钉连接在一起。

当定标源为大口径定标源时，锥形均温装置数量为一个或两个以上，当锥形均温装置数量为两个以上时，所有的锥形均温装置阵列设置拼接成大口径均温装置，与大口径定标源连接。

本发明的均温结构由于端部为矩形，适用于多种控温结构，可通过将均温装置阵列设置拼接成大口径均温装置，可实现为大口径微波辐射计定标源提供均温，解决现有微波辐射计定标源的均温装置重量过大不易安装运输的问题；解决了现有辐射计定标源无法大口径(1m及以上口径)的控温难题；解决了现有微波辐射计定标源只能单一匹配控温结构的问题。

本发明锥形均温结构最大程度解决了中心温度过低且温度均匀性不好的问题，极大程度的改善了由分液冷板带来的温差，且可适配各种尺寸分液冷板。并且可组成拼接结构适用于1m以上的大口径微波辐射定标源，解决了辐射计体积过重与大口径辐射计定标源无法实现的问题。