光学 精密工程
2023, 31(20): 2943
1 北京理工大学 光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京 100081
2 西安应用光学研究所,陕西 西安 710065
3 北京东方计量测试研究所,北京 100029
当前,工作在液氦温度的低温辐射计可以有效规避电路系统中非自发加热带来的误差,是国际上精度最高的光功率计量设备。理想低温辐射计在工作过程中,其核心器件-吸收腔对相同的热功率与电功率应当表现出相同的温升。然而对于实际情况,由于吸收腔涂层中复杂的光-物质相互作用,系统的光-电加热路径难以重合,黑体腔热传导分布的梯度差异导致误差的产生。当前国际上对光电不等效性产生的影响仍缺乏直观清晰的认知。在此,利用蒙特卡洛光线追迹方法,文中对低温辐射计吸收腔辐照度的空间分布进行了仿真。计算表明:当吸收腔斜底角控制在60°,涂层吸收率达到0.95时,系统在激光进入的第一次与第二次反射中分别吸收了98%与1.9%的能量,比例约为51.2∶1。通过在吸收腔斜底板和下侧面同时布置加热器,可实现光加热、电加热路径的耦合。进一步地,通过分别计算单加热器与双加热器布置下系统温度随时间的变化,文中证明了加热路径的不同将引入约为0.005%的光电不等效性。
低温辐射计 光电不等效性 加热器布置 光线追迹法 吸收腔 cryogenic radiometer optical-electrical non-equivalency heater arrangement ray-tracing method absorption chamber 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210918
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
针对绝对辐射计光电不等效性来源复杂、实验测量难度大的特点,提出了修正太阳辐照度绝对辐射计(SIAR)光电不等效性的有限元单元法。结合SIAR的测量方法,对真空中辐射计的腔温响应进行了实验测试。基于有限元单元法,建立了与实验腔温度响应相对误差仅为0.14%的有限元模型,对接收腔的温度响应进行了实验测试。测试结果显示: 入射光功率为73.8 mW时,接收腔与热沉之间的温度差异约为0.85 K,响应的时间常数为29.8 s。运用建立的有限元模型对SIAR的光电不等效性进行了评估和修正。 结果表明: 太阳辐照度绝对辐射计的光电不等效性来源主要为不同加热途径和不同加热区域引起的偏差,SIAR的光电不等效性因子N为0.999 621±0.000 004。该修正模型完善了仪器的修正体系,提高了测量精度,为绝对辐射计的发展提供了可靠的数据来源。
太阳辐照度绝对辐射计 有限元单元法 光电不等效性 温度响应 Solar Irradiance Absolute Radiometer(SIAR) finite element method non-equivalence temperature response 光学 精密工程
2016, 24(10): 2370
1 国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 国科学院大学, 北京 100049
为了提高星载光辐射测量精度,满足在轨测量数据向世界辐射参考标准溯源的需求,运用有限元单元法对太阳辐照度绝对辐射计(SIAR)的光电不等效性进行修正。SIAR 采用典型的正圆锥腔结构及加热丝直接埋入银锥腔工艺,其光电不等效性源于激光加热照射时一次反射引起的偏差。针对该偏差定量修正难度较大的特点,结合SIAR 腔组件的实际结构,建立与实验测量结果最大相对误差仅为0.86%的有限元体系,并运用该体系对SIAR 的光电不等效性进行定量修正。修正结果表明,光束的一次反射引起了激光加热和电加热阶段的不同功率分布,其光电不等效性因子为1.0000589,不确定度为3.4×10-6。运用该因子对测量数据进行修正,得到SIAR 的太阳总辐照度实际测量结果为(1365.70 ± 1.24) W/m2。该修正完善了绝对辐射计的修正体系。
测量 太阳总辐照度 有限元单元法 光电不等效性 世界辐射标准