Bagaimana cara kerja microbolometer (kamera IR)?

Saat ini saya sedang melakukan proyek yang telah mengarahkan saya ke pertemuan pertama saya dengan kamera IR, dan karena itu saya cukup ingin tahu bagaimana mereka beroperasi. Secara khusus, saya ingin tahu yang berikut ini

1. Bagaimana panas diubah menjadi sinyal listrik (arus atau tegangan)?
2. Bagaimana bandwidth spektral kamera IR didefinisikan dengan baik?
3. Mengapa kamera IR jauh lebih mahal daripada kamera video berwarna? (Kamera berwarna memiliki penekan IR, kan?)
4. Bagaimana perbedaan kamera IR 'biasa' dari kamera radiometrik?
5. Apa perbedaan antara kamera IR yang dapat mendeteksi suhu hingga, katakanlah 1000 ° C, dibandingkan dengan kamera IR yang dapat mendeteksi suhu hingga 400 ° C?

Ada banyak pertanyaan dalam pertanyaan Anda, dan mungkin harus dipecah menjadi beberapa pertanyaan yang berbeda. Saya tidak ingin menunggu sampai itu terjadi jadi saya akan membahas yang saya tahu jawabannya.

1. Bagaimana panas diubah menjadi sinyal listrik (arus atau tegangan)?

Sebuah mikrobolometer hanyalah kasus khusus dari sebuah bolometer yang berisi bahan yang resistannya sangat sensitif terhadap suhunya. Perubahan resistansi yang disebabkan oleh pemanasan akibat radiasi elektromagnetik (EM) terbaca oleh rangkaian yang mirip dengan apa yang akan Anda temukan dalam voltmeter. Perangkat ini dapat dirancang agar peka terhadap jumlah daya yang sangat rendah, dan umumnya juga memiliki rentang dinamis yang tinggi. Yang saya gunakan di industri laser sensitif mulai dari 10 mW hingga 100 W, kisaran dinamis 10 ⁴ .

2. Bagaimana bandwidth spektral kamera didefinisikan dengan baik?

Bolometer dikenal memiliki bandwidth spektral yang sangat luas. Karena perangkat ini benar-benar mengukur panas yang disimpan oleh radiasi EM, bandwidth dari bahan deteksi itu sendiri (biasanya silikon amorf atau vanadium oksida ) ditentukan oleh panjang gelombang di mana ia menyerap. Bandwidth dari detektor mikrobolometer karena itu harus ditentukan dengan optik eksternal yang menolak atau menyerap panjang gelombang lainnya. Dugaan saya adalah bahwa mereka menggunakan filter bandpass IR yang menyerap di depan permukaan detektor.

3. Mengapa kamera IR jauh lebih mahal daripada kamera video berwarna? (Kamera berwarna memiliki penekan IR, kan?)

Saya tidak tahu persis, tetapi kemampuan untuk memproduksi hal-hal ini secara massal hanya menjadi mungkin dalam beberapa tahun terakhir sementara detektor charge-coupled device (CCD) telah diproduksi secara massal sejak 1980-an. Anda benar bahwa detektor CCD memasukkan filter IR, tetapi bahan dasarnya hanya sensitif hingga ~ 1-2 μm sehingga mereka tidak bekerja di IR dalam seperti yang dilakukan oleh mikrobolometer.

5. Apa perbedaan antara kamera IR yang dapat mendeteksi suhu hingga, katakanlah 1000 ° C, dibandingkan dengan kamera IR yang dapat mendeteksi suhu hingga 400 ° C?

Semua benda hangat memancarkan radiasi di seluruh rentang spektrum EM. Kandungan spektral dari radiasi yang dipancarkan pada panjang gelombang tertentu diberikan hampir oleh kurva blackbody Plank (ditunjukkan di bawah). Salah satu fitur utama dari kurva ini adalah bahwa puncak radiasi yang dipancarkan bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih panjang dengan suhu yang lebih rendah. Puncak radiasi yang dipancarkan diberikan oleh hukum Wien yaitu mana adalah konstanta Wien ( ) dan suhu dalam satuan Kelvin. Dari ini Anda dapat menghitung bahwa panjang gelombang puncak dari suhu yang Anda tanyakan adalah:

$$\lambda_{max}=\frac{b}{T}$$ $b$$b=2.8977721\cdot10^{3}\:\mathrm{m*K}$$T$$\lambda_{1000}=2.3\ \mu \text{m}$dan . Jadi, detektor yang dirancang agar peka terhadap suhu yang berbeda itu hanya disetel (mungkin dengan menyetel bandpass filter di depan) agar lebih sensitif pada panjang gelombang puncak yang berbeda. $\lambda_{400}=4.3\ \mu\text{m}$