microbolometer (กล้อง IR) ทำงานอย่างไร

ฉันกำลังทำโปรเจ็กต์ซึ่งนำฉันไปพบกับกล้อง IR เป็นครั้งแรกและฉันค่อนข้างสงสัยว่าพวกเขาทำงานอย่างไร โดยเฉพาะฉันอยากรู้ดังต่อไปนี้

1. ความร้อนถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า (กระแสหรือแรงดัน) อย่างไร?
2. วิธีการคือความถี่ของกล้อง IR กำหนดไว้เป็นอย่างดี?
3. ทำไมกล้อง IR ถึงราคาแพงกว่ากล้องวิดีโอสี? (กล้องสีมีตัวป้องกัน IR ใช่ไหม?)
4. กล้อง IR แบบ 'ปกติ' แตกต่างจากกล้อง radiometric อย่างไร?
5. อะไรคือความแตกต่างระหว่างกล้อง IR ที่สามารถตรวจจับอุณหภูมิได้สูงถึง 1,000 ° C เมื่อเปรียบเทียบกับกล้อง IR ที่สามารถตรวจจับอุณหภูมิสูงถึง 400 ° C

มีคำถามจำนวนมากในคำถามของคุณและอาจเป็นคำถามที่แตกต่างกันหลายข้อ ฉันไม่ต้องการรอจนกว่าจะเกิดสิ่งนั้นขึ้นดังนั้นฉันจะตอบคำถามที่ฉันรู้คำตอบ

1. ความร้อนถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า (กระแสหรือแรงดัน) อย่างไร?

microbolometerเป็นเพียงกรณีพิเศษของbolometerซึ่งมีวัสดุที่มีความต้านทานความไวต่ออุณหภูมิของมัน การเปลี่ยนแปลงความต้านทานที่เกิดจากความร้อนจากรังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EM) จะถูกอ่านโดยวงจรที่คล้ายกับสิ่งที่คุณจะพบในโวลต์มิเตอร์ อุปกรณ์เหล่านี้สามารถออกแบบให้มีความไวต่อพลังงานในระดับต่ำอย่างไม่น่าเชื่อและโดยทั่วไปจะมีช่วงไดนามิกสูง คนที่ผมเคยใช้ในอุตสาหกรรมเลเซอร์ที่มีความสำคัญตลอดทางจาก 10 mW ถึง 100 W ช่วงแบบไดนามิกของ 10 4

2. แบนด์วิดท์สเปกตรัมของกล้องเป็นอย่างไร

Bolometers เป็นที่รู้จักกันว่ามีแบนด์วิดท์สเปกตรัมกว้างอย่างเหลือเชื่อ เนื่องจากอุปกรณ์วัดความร้อนที่เกิดจากการแผ่รังสี EM แบนด์วิดท์ของวัสดุตรวจจับตัวเอง (โดยปกติจะเป็นอะมอร์ฟัสซิลิคอนหรือวาเนเดียมออกไซด์ ) ถูกกำหนดโดยความยาวคลื่นที่ดูดซับ ดังนั้นแบนด์วิธของเครื่องตรวจจับไมโครโบรมิเตอร์จึงต้องกำหนดด้วยออปติกภายนอกซึ่งปฏิเสธหรือดูดซับความยาวคลื่นอื่น ๆ ฉันเดาว่าพวกเขาจะใช้ตัวกรองสัญญาณรบกวน bandpass IR ที่ด้านหน้าของพื้นผิวของเครื่องตรวจจับ

3. ทำไมกล้อง IR ถึงราคาแพงกว่ากล้องวิดีโอสี? (กล้องสีมีตัวป้องกัน IR ใช่ไหม?)

ฉันไม่ทราบแน่ชัด แต่ความสามารถในการผลิตสิ่งเหล่านี้en masseเป็นไปได้ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาในขณะที่เครื่องตรวจจับอุปกรณ์แบบคู่ (CCD)ได้รับการผลิตจำนวนมากตั้งแต่ปี 1980 คุณถูกต้องที่เครื่องตรวจจับ CCD รวมตัวกรอง IR แต่วัสดุอ้างอิงนั้นไวต่อแสงเพียง ~ 1-2 ไมครอนเท่านั้นดังนั้นพวกมันจึงไม่สามารถทำงานใน IR ลึกเช่นเดียวกับไมโครโบลมิเตอร์

5. อะไรคือความแตกต่างระหว่างกล้อง IR ที่สามารถตรวจจับอุณหภูมิได้สูงถึง 1,000 ° C เมื่อเปรียบเทียบกับกล้อง IR ที่สามารถตรวจจับอุณหภูมิสูงถึง 400 ° C

ร่างกายที่อบอุ่นทั้งหมดปล่อยรังสีออกมาในช่วงสเปกตรัม EM เต็มรูปแบบ เนื้อหาสเปกตรัมของการแผ่รังสีที่เปล่งออกมาในช่วงความยาวคลื่นที่กำหนดจะได้รับเกือบมากโดยความโค้งของแผ่นกระดาน (ดังแสดงด้านล่าง) หนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญของโค้งนี้คือจุดสูงสุดของการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาจะเปลี่ยนไปเป็นความยาวคลื่นที่ยาวกว่าด้วยอุณหภูมิที่ต่ำกว่า จุดสูงสุดของการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาคือกฎของ Wienซึ่งคือ โดยที่คือค่าคงที่ของ Wien ( ) และอุณหภูมิเป็นหน่วยของเคลวิน จากนี้คุณสามารถคำนวณว่าความยาวคลื่นสูงสุดของอุณหภูมิที่คุณถามคือ:

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