izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-11-52-57izmertech-2052Research ArticleТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯTHERMOPHYSIC MEASUREMENTSПрецизионная модель чёрного тела при температуре 200–450 К: метрологическое обеспечение оптико-электронной аппаратуры дистанционного зондирования Земли в инфракрасной области спектраPrecision black body model at a temperature of 200–450 K:metrological ensurance for optical-electronic equipment for remote sensing of the Earth in the infrared range of the spectrumhttps://orcid.org/0009-0004-9634-9107ДовгиловН. Л.DovgilovN. L.

Николай Львович Довгилов

Москва

Nikolay L. Dovgilov

Moscow

dovgilov@vniiofi.ruМорозоваС. П.MorozovaS. P.

Светлана Петровна Морозова

Москва

Svetlana P. Morozova

Moscow

morozova-m4@vniiofi.ruАлексеевС. В.AlekseevS. V.

Сергей Васильевич Алексеев

Москва

Sergey V. Alekseev

Moscow

svaleksa2008@yandex.ruДунаевА. Ю.DunaevA. Yu.

Александр Юрьевич Дунаев

Москва

Alexander Yu. Dunaev

Moscow

dunaev@vniiofi.ruГавриловВ. Р.GavrilovV. R.

Валерий Рудольфович Гаврилов

Москва

Valeriy R. Gavrilov

Moscow

gavrilov@vniiofi.ruДмитриевИ. Ю.DmitrievI. Yu.

Игорь Юрьевич Дмитриев

г. Сосновый Бор, Ленинградская обл.

Igor Yu. Dmitriev

Sosnovy Bor, Leningrad region

dmitrieviy@niioep.ruЛинскийП. М.LinskyiP. M.

Павел Михайлович Линский

г. Сосновый Бор, Ленинградская обл.

Pavel M. Linskyi

Sosnovy Bor, Leningrad region

dmitrieviy@niioep.ruВасильевВ. Н.VasilievV. N.

Владимир Николаевич Васильев

г. Сосновый Бор, Ленинградская обл.

Vladimir N. Vasiliev

Sosnovy Bor, Leningrad region

vasilievvn@niioep.ruВсероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измеренийРоссияAll-Russian Research Institute of Optical and Physical MeasurementsRussian FederationНаучно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроенияРоссияScientific Research Institute of Optoelectronic InstrumentationRussian Federation2023141120230115257Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2052

Исследованы вопросы радиометрической калибровки оптико-электронной аппаратуры дистанционного зондирования Земли в широком диапазоне спектральной плотности энергетической яркости. Представлен альтернативный метод передачи единицы спектральной плотности энергетической яркости от эталонного излучателя (модели чёрного тела) при температуре фазового перехода чистых металлов оптико-электронной аппаратуре дистанционного зондирования Земли в инфракрасном диапазоне длин волн свыше 2,5 мкм. Метод основан на ступенчатой передаче единицы спектральной плотности энергетической яркости от эталонного излучателя через прецизионную модель чёрного тела с высоким уровнем излучательной способности и широким диапазоном температур, идентичным диапазону температур широкоапертурной модели чёрного тела с диапазоном спектральной плотности энергетической яркости, требуемым для калибровки оптико-электронной аппаратуры дистанционного зондирования Земли. Разработана, исследована и откалибрована в диапазоне температур 200–450 К прецизионная модель чёрного тела ПМЧТ-60м с выходной апертурой диаметром 30 мм. При покрытии внутренней поверхности полости ПМЧТ-60м краской Aeroglaze Z306 расчётное значение эффективной излучательной способности ПМЧТ-60м составляет 0,9997. Описаны состав и конструкция ПМЧТ-60м. Такая прецизионная модель чёрного тела может работать как в условиях вакуума, так и в условиях инертного газа или атмосферного давления. Приведены метрологические характеристики ПМЧТ-60м, полученные при передаче единицы температуры от Государственного рабочего эталона нулевого разряда единицы температуры в диапазоне от 0 до 3000 °С 3.1.ZZA.0020.2015 с помощью компаратора на основе прецизионного пирометра TRTII (Heitronics Infrarot Messtechnik GmbH, Германия). По результатам калибровки в диапазоне температур 220–450 К поправка к показаниям температуры ПМЧТ-60м в диапазоне температур 223,15–450,15 К не превышала 39 мК. Результаты расчёта расширенной неопределённости в диапазоне температур 223,15–450,15 К не превышали 1 К. Нестабильность поддержания температуры ПМЧТ-60м, измеренная с шагом 10 с в течение 15 минут, не превышала 15 мК в рассматриваемом диапазоне температур. Представлены результаты расчёта спектральной эффективной излучательной способности ПМЧТ-60м, проведённые по программе STEEP3.

The issues of radiometric calibration of optical-electronic equipment for remote sensing of the Earth in a wide range of spectral radiance have been studied. An alternative method for transmitting a spectral radiance unit from a reference source at the phase transition temperature of pure metals to optical-electronic equipment for remote sensing of the Earth in the infrared wavelength range above 2.5 μm is presented. The method is based on the stepwise transfer of a spectral radiance unit from a reference source through a precision model of a black body with a high level of emissivity and a wide temperature range identical to the temperature range of a wide-aperture black body model with a range of spectral radiance required for calibrating optical-electronic equipment for remote sensing of the Earth. A precision black body model PMBB-60m with an output aperture with a diameter of 30 mm was developed, studied and calibrated in the temperature range of 200–450 K. The calculated value of the effective emissivity of PMBB-60m with coating of the cavity by Aeroglaze Z306 paint is 0.9997. The composition and design of PMBB-60m are described. PMBB-60m can operate both in vacuum conditions and in conditions of inert gas or atmospheric pressure. The metrological characteristics of PMBB-60m , obtained by transferring a temperature unit from the State Standard of the zero digit of a temperature unit in the range from 0 to 3000 °C using a comparator, based on a precision pyrometer TRT II (Heitronics Infrarot Messtechnik GmbH, Germany) are presented. The correction to the PMBB-60m temperature readings in the temperature range of 223.15–450.15 K did not exceed 39 mK according to the results of calibration in the temperature range of 223.15–450.15 K. The results of calculating the expanded uncertainty in the temperature range of 223.15–450.15 K did not exceed 1 K. The values of instability of temperature maintenance PMBB-60m, measured in steps of 10 s for 15 minutes, did not exceed 15 mK in the considered temperature range. The results of calculation of the spectral effective emissivity of PMBB-60m, carried out using the STEEP3 program, are presented.

радиометрическая калибровкамодель чёрного теларасширенная неопределённостьэталонный источник излученияинфракрасный диапазон спектраradiometric calibrationblack body modelextended uncertaintyreference radiation sourceinfrared spectrum rangeReferencesМорозова С. П., Саприцкий В. И., Гаврилов В. Р., Дунаев А. Ю., Бормашов В. С., Гектин Ю. М., Зорин С. М., Трофимов Д. О. Методы и средства предполетной радиометрической калибровки оптико-электронной аппаратуры дистанционного зондирования Земли в инфракрасном диапазоне спектра // Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли: Материалы XVII научно-технической конференции. Калуга: Манускрипт, 2021. С. 242–247.Morozova S. P., Sapritskiy V. I., Gavrilov V. R., Dunaev A. Yu., Bormashov V. S., Gektin Yu. M., Zorin S. M., Trofi mov D. O., Methods and means of prefl ight radiometric calibration of optoelectronic equipment for Earth observation in the infrared spectral range, Systems of observation, monitoring and the Earth remote sensing. Materials XVII scientifi c and technical conference, Kaluga, Manuscript Publ., 2021, pp. 242–247 (In Russ.)Monte C., Gutschwager B., Morozova S. P., Hollandt J., International Journal of Thermophysics, 2009, vol. 30, рр. 203–219. https://doi.org/10.1007/s10765-008-0442-9Monte C., Gutschwager B., Morozova S. P., Hollandt J., International Journal of Thermophysics, 2009, vol. 30, рр. 203–219. https://doi.org/10.1007/s10765-008-0442-9Хлевной Б. Б, Григорьева И. А., Ивашин Е. А., Огарев С. А., Саприцкий В. И. Реализация высокотемпературной реперной точки температурной шкалы на фазовом переходе метало-углеродного соединения DMOC-C // Измерительная техника. 2018. № 12. С. 22–26. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2018-22-26Khlevnoy B. B., Grigor’eva I. A., Ivashin E. A., Ogarev S. A., Sapritsky V. I., Measurement Techniques, 2019, vol. 61,pp. 1159–1165. https://doi.org/10.1007/s11018-019-01564-7Grigoryeva I. A., Khlevnoy B. B., Solodilov M. V., International Journal of Thermophysics, 2017, vol. 38, pp. 69. https://doi.org/10.1007/s10765-017-2203-0Grigoryeva I. A., Khlevnoy B. B., Solodilov M. V., International Journal of Thermophysics, 2017, vol. 38, pp. 69. https://doi.org/10.1007/s10765-017-2203-0Хлевной Б. Б., Сильд Ю. А., Матвеев М. С., Григорьева И. А., Фуксов В. М. Сравнительные исследования ампул реперной точки плавления эвтектики кобальт – углерод, созданных во ВНИИМ и ВНИИОФИ // Измерительная техника. 2013. № 1. С. 49–53. https://elibrary.ru/pvsyrtKhlevnoy B. B., Sil’d Y. A., Matveev M. S., Grigorieva I. A., Fuksov V. M., Measurement Techniques, 2013, vol. 56, pp. 72–78 https://doi.org/10.1007/s11018-013-0161-xMorozova S. P., Katysheva A. A., Panfi lov A. S., Krutikov V. N., Lisyansky B. E., Sapritsky V. I., Parfentyev N. A., Makolkin E. V., Mitrofanov B. D., International Journal of Thermophysics, 2014, vol. 35, рр. 1330–1340. https://doi.org/10.1007/s10765-014-1721-2Morozova S. P., Katysheva A. A., Panfi lov A. S., Krutikov V. N., Lisyansky B. E., Sapritsky V. I., Parfentyev N. A., Makolkin E. V., Mitrofanov B. D., International Journal of Thermophysics, 2014, vol. 35, рр. 1330–1340. https://doi.org/10.1007/s10765-014-1721-2Ivanov V. S., Lisiansky B. E., Morozova S. P., Sapritsky V. I., Melenevsky U. A., Liang Yan Xi, Liang Pei, Metrologia, 2000, vol. 37, no. 5, pp. 599–602. https://doi.org/10.1088/0026-1394/37/5/58Ivanov V. S., Lisiansky B. E., Morozova S. P., Sapritsky V. I., Melenevsky U. A., Liang Yan Xi, Liang Pei, Metrologia, 2000, vol. 37, no. 5, pp. 599–602. https://doi.org/10.1088/0026-1394/37/5/58Persky M. J., Review of Scientifi c Instruments, 1999, vol. 70(5), pp. 2193–217. https://doi.org/10.1063/1.1149739Persky M. J., Review of Scientifi c Instruments, 1999, vol. 70(5), pp. 2193–217. https://doi.org/10.1063/1.1149739Best F. A., Revercomb H. E., Knuteson R. O., Tobin D. C., Ellington S. D., Werner M. W., Adler D. P., Garcia R. K., Taylor J. K., Ciganovich N. N., Smith Sr. W. L., Bingham G. E., Elwell J. D., Scott D. K., Proc. SPIE 5655, Multispectral and Hyperspectral Remote Sensing Instruments and Applications II, (20 January 2005), https://doi.org/10.1117/12.579017Best F. A., Revercomb H. E., Knuteson R. O., Tobin D. C., Ellington S. D., Werner M. W., Adler D. P., Garcia R. K., Taylor J. K., Ciganovich N. N., Smith Sr. W. L., Bingham G. E., Elwell J. D., Scott D. K., Proc. SPIE 5655, Multispectral and Hyperspectral Remote Sensing Instruments and Applications II, (20 January 2005), https://doi.org/10.1117/12.579017Sapritsky V. I., Prokhorov A. V., Metrologia, 1992, vol. 29, pp. 9–14. https://doi.org/10.1088/0026-1394/29/1/003Sapritsky V. I., Prokhorov A. V., Metrologia, 1992, vol. 29, pp. 9–14. https://doi.org/10.1088/0026-1394/29/1/003

The authors declare that there are no conflicts of interest present.