초록
본 논문에서는 저온-진공 흑체시스템의 설계 및 구성과 함께 흑체시스템의 수학 모델을 이용한 열해석 평가 방법과 그 결과를 제시하였으며 적외선 카메라를 이용한 흑체시스템의 평가 방안 및 결과를 명시하였다. 개발된 흑체시스템은 기존의 시스템에 비해 상대적으로 규모가 소형이며 273 K이하의 저온에서 수증기가 응결될 수 있는 현상을 방지하기 위하여 흑체시스템 내부를 진공 ($2.67{\times}10^{-2}$ Pa) 상태로 유지되도록 제작되었다. 또한 흑체시스템 내부의 열손실로 인한 성능 저하를 막기 위하여 radiator가 설치되는 부위에는 heat sink, heat shield 및 cold shield를 설계하였다. 흑체시스템의 수학 모델에 대한 열 해석을 위해서 변형된 스테판-볼츠만의 정리를 이용하여 radiator의 성능을 검증하였고 실제 흑체시스템에서 방사되는 적외선 신호에 대해서는 적외선 카메라를 이용하여 신호전달함수 및 온도분해능을 측정, 분석하였다. 제안된 설계와 해석 및 실험 결과에 근거하여, 개발된 저온-진공 흑체시스템은 적용온도범위인 268~333 K 구간에서 적외선 측정장치의 캘리브레이션을 위한 기준장치로서 성능이 안정적이고 적용이 적합한 것으로 확인되었다.
In this paper, the design concept of a low-temperature vacuum blackbody was described, and thermophysical model of the blackbody was numerically evaluated. Also the working performance of low-temperature vacuum blackbody was evaluated using infrared camera system. The blackbody system was constructed to operate under high-vacuum conditions ($2.67{\times}10^{-2}$ Pa) to reduce temperature uncertainty, which is caused by vapor condensation at low temperatures usually below 273 K. In addition, both heat sink and heat shield including cold shield were installed around radiator to prevent heat loss from the blackbody. Simplified mathematical model of blackbody radiator was analyzed using modified Stefan-Boltzmann's rule. The infrared radiant performance of the blackbody was evaluated using infrared camera. Based on the results of measurements, and simulation, temperature stability of the low-temperature vacuum blackbody demonstrated that the blackbody system can serve as a highly stable reference source for the calibration of an infrared optical system.
