Bir mikrobolometre (IR kamera) nasıl çalışır?

Şu anda IR kameralarla ilk karşılaşmamı sağlayan bir proje yapıyorum ve bu nedenle nasıl çalıştıklarını merak ediyorum. Özellikle, aşağıdakileri bilmek istiyorum

1. Isı nasıl bir elektrik sinyaline (akım veya voltaj) dönüştürülür?
2. IR kameranın spektral bant genişliği nasıl bu kadar iyi tanımlanmış?
3. IR kameralar neden renkli video kameralardan daha pahalı? (Renkli kameraların IR baskılayıcıları var, değil mi?)
4. 'Normal' IR kameraların radyometrik kameralardan farkı nedir?
5. 1000 ° C'ye kadar sıcaklıkları algılayabilen IR kameralar arasında 400 ° C'ye kadar sıcaklıkları algılayabilen IR kameralar arasındaki fark nedir?

Sorunuzda birçok soru var ve muhtemelen birden fazla farklı soruya bölünmelidir. Bu gerçekleşene kadar beklemek istemiyorum, bu yüzden cevaplarını bildiğim kişilere hitap edeceğim.

1. Isı nasıl bir elektrik sinyaline (akım veya voltaj) dönüştürülür?

Bir mikrobolometre , direnci sıcaklığına çok duyarlı olan bir malzeme içeren özel bir bolometredir . Gelen elektromanyetik (EM) radyasyondan ısınmanın neden olduğu direnç değişikliği, bir voltmetrede bulacağınıza benzer bir devre tarafından okunur. Bu cihazlar inanılmaz derecede düşük güce karşı duyarlı olacak şekilde tasarlanabilir ve genellikle yüksek dinamik aralığa sahiptir. Lazer endüstrisinde kullandıklarım 10 mW'dan 100 W'a kadar dinamik, 10 ⁴ dinamik aralık .

2. Bir kameranın spektral bant genişliği nasıl bu kadar iyi tanımlanmış?

Bolometrelerin inanılmaz geniş spektral bant genişliklerine sahip oldukları bilinmektedir. Cihaz aslında EM radyasyonu tarafından biriken ısıyı ölçtüğü için, tespit materyalinin kendisinin (genellikle amorf silikon veya vanadyum oksit ) bant genişliği emdiği dalga boyları tarafından tanımlanır. Bu nedenle mikrobolometre dedektörlerinin bant genişliği, diğer dalga boylarını reddeden veya emen harici optiklerle tanımlanmalıdır. Benim tahminim dedektör yüzeyinin önünde emici bir IR bant geçiren filtre kullanmalarıdır .

3. IR kameralar neden renkli video kameralardan daha pahalı? (Renkli kameraların IR baskılayıcıları var, değil mi?)

Tam olarak bilmiyorum, ancak bu şeyleri toplu olarak üretme yeteneği, sadece birkaç yıl içinde şarj bağlı cihaz (CCD) dedektörleri 1980'lerden beri seri üretimde iken mümkün oldu . CCD dedektörlerinin bir IR filtresi içerdiğinden emin olursunuz, ancak alttaki materyaller sadece ~ 1-2 μm'ye kadar hassastır, bu nedenle mikrobolometreler gibi derin IR'de çalışmazlar.

5. 1000 ° C'ye kadar sıcaklıkları algılayabilen IR kameralar arasında 400 ° C'ye kadar sıcaklıkları algılayabilen IR kameralar arasındaki fark nedir?

Tüm sıcak cisimler, EM spektrumunun tamamında radyasyon yayar. Belirli bir dalga boyunda yayılan radyasyonun spektral içeriği neredeyse Plank'ın kara cisim eğrisi tarafından verilir (aşağıda gösterilmiştir). Bu eğrinin temel özelliklerinden biri, yayılan radyasyonun tepe noktasının düşük sıcaklıklarla daha uzun dalga boylarına doğru kaymasıdır. Yayılan radyasyonun zirvesi olan Wien yasası tarafından verilir.

$$\lambda_{max}=\frac{b}{T}$$ $b$$b=2.8977721\cdot10^{3}\:\mathrm{m*K}$$T$$\lambda_{1000}=2.3\ \mu \text{m}$$\lambda_{400}=4.3\ \mu\text{m}$