Zur quantitativen Temperaturkalibrierung von Infrarotdetektoren
haben sich eine Reihe von Standards durchgesetzt. Das Ziel aller
Entwicklungen ist es, einen schwarzen Strahler so genau wie
möglich anzunähern. Nur dann ist gewährleistet, da\3 der
emittierte Strahlungsflu\3 in seiner spektralen Zusammensetzung
und Richtungsverteilung genau bekannt ist. Dies verhindert, da\3
schon bei der Kalibrierung eines Instrumentes die Temperatur der
Kalibrierquelle falsch abgeschätzt wird. Eine
Kalibrieroberfläche mit 
würde den
Bruchteil 
von Strahlung
unbekannter
Herkunft - und damit Strahlung eines Objektes unbekannter
Temperatur - auf den Detektor reflektieren. Bei der Amber
Radiance 1 Infrarotkamera wird vom Detektor selbst Strahlung
bei einer Temperatur von 
C emittiert. Es mu\3 bei
der Kalibrierung daher unter allen Umständen vermieden werden, da\3
diese Strahlung vom Kalibrierkörper zurückreflektiert wird.
Selbst bei einer niedrigen Reflektivität von 
würde dies zu einem Fehler in der Temperaturkalibrierung von
C führen, unabhängig davon,
wie genau die Temperatur des Kalibrierkörpers gemessen werden kann.
Die höchste bekannte Emissivität eines Materials liegt bei 
für (angerautes) Graphit. Durch Beschichtung einer
Oberfläche mit schwarzem Lack
wird der Wert 
erreicht.
Um eine höhere Emissivität zu erreichen, macht man sich die
Äquivalenz von Hohlraumstrahlung und Schwarzkörperstrahlung zu
nutze. Durch einen geeignet geformten Hohlraum wird verhindert,
da\3 Strahlung, die in seine Öffnung eindringt, diesen wieder
verlassen kann, ohne vorher vielfach von seinen
Innenwänden reflektiert zu werden. Der Anteil an reflektierter
Strahlung reduziert sich so auf (
) bei N
Reflexionen,
wobei 
die Reflektivität der Wände des Innenraums
bezeichnet. Die gebräuchlichsten Formen für Hohlräume sind
zylindrische und kegelförmige Bohrungen, sowie kugelförmige
Hohlräume. Durch zusätzliche Blenden wird
die Emissivität weiter verbessert.
Abbildung 3.10 zeigt die Prinzipskizze eines kommerziellen schwarzen Strahlers (engl. blackbody). Die Innenwände eines, nach au\3en thermisch isolierten Hohlraumes, werden durch Heizwicklungen auf eine konstante Temperatur gebracht. Diese wird durch ein Thermoelement im Inneren des Hohlraumes gemessen. Verschiedene Blenden dienen als zusätzliche Strahlungsfallen. lotbb
Abbildung: Prinzipskizze eines kommerziellen schwarzen
Strahlers [ORIEL, 86].
Der entscheidende Parameter für die Emissivität des Hohlraumes
ist das Verhältnis l/r der Tiefe l des Hohlraumes zum
Radius r der
Austrittsöffnung der Strahlung (Apertur). Für gro\3e Werte von
l/r kann sogar für sehr kleine 
des
Innenraums eine effektive Emissivität 
erreicht werden. Im Grenzfall 
verhält
sich jeder beliebig geformte Hohlraum wie ein schwarzer
Strahler, unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit des
Innenraumes. In [Wolfe, Zissis, 89] finden sich Tabellen und
Kurven zur genauen Berechnung der Emissivität verschiedener
Hohlräume.
Punktförmige schwarze Strahler lassen sich somit recht einfach erzeugen. Werden jedoch Strahlungsquellen mit ausgedehnter Apertur benötigt, mu\3 die Tiefe des Hohlraumes entsprechend mit anwachsen. Man stö\3t schnell an eine Grenze, bei der sich die Innenwand nicht mehr auf einer homogenen Temperatur halten lä\3t. Steuer- und Regelmechanismen zur Konstanthaltung der Temperatur werden sehr aufwendig.
Dies führt dazu, da\3 die Kosten für schwarze Strahler mit ausgedehnter Apertur und hoher Emissivität sprunghaft anwachsen. Ein weiterer Kostenfaktor ist die oft gewünschte Eigenschaft, den Hohlraumstrahler auf verschiedene, vordefinierte Temperaturen einstellen zu können. Dies soll mit hoher Genauigkeit und mit geringer Zeitverzögerung möglich sein. Die Kosten für solche Temperaturstandards liegen zwischen 10,000.- und 50,000.- DM, wobei die Grenzen nach oben offen sind.