Co to jest detektor termiczny?

Oprócz detektorów kwantowych, detektory termiczne stanowią drugą, rozległą grupę urządzeń wykrywających i przekształcających promieniowanie podczerwone. Zasada działania detektorów termicznych opiera się na zmianie temperatury elementów półprzewodnikowych pod wpływem absorbowanego promieniowania elektromagnetycznego. Zmiana temperatury wykryta za pomocą detektora jest przekształcana na sygnał elektryczny, który stanowi miarę pochłoniętej (zaabsorbowanej) energii.

Termoelement radiacyjny (termostos)

Gdy połączymy ze sobą dwa różne metale i ogrzejemy je do określonej temperatury, na skutek efektu termoelektrycznego na końcach obwodu zostanie wytworzone napięcie elektryczne, którego wartość będzie proporcjonalna do zmian tejże temperatury. Efekt termoelektryczny jest od wielu lat wykorzystywany do przeprowadzania pomiarów przy użyciu kontaktowych czujników temperatury (termopar). Jeżeli złącze na styku dwóch materiałów jest ogrzewane poprzez absorbowane promieniowanie elektromagnetyczne, wówczas możemy zdefiniować je jako termostos.

Detektory piroelektryczne

Detektory piroelektryczne opierają zasadę swojego działania na efekcie piroelektrycznym. Czuły element detekcyjny z dwiema elektrodami, w wyniku zmian natężenia absorbowanego promieniowania elektromagnetycznego (proporcjonalnych do zmian temperatury), zmienia swój ładunek powierzchniowy. Uzyskany w ten sposób sygnał elektryczny jest następnie przekazywany do przedwzmacniacza w celu dalszej obróbki. Ze względu na sposób, w jaki ładunek jest kumulowany w materiale piroelektrycznym, przepływ absorbowanego promieniowania musi być stale kontrolowany i poddawany przerwaniom (sygnał selektywny). Zaletą selektywnego wzmocnienia sygnału jest bardzo dobry stosunek sygnału do szumu.

Bolometr

Bolometr jest specjalnym typem detektora termicznego, którego zasada działania opiera się na zmianach rezystancji w zależności od pochłanianego promieniowania (proporcjonalnego do temperatury). Czuły element detektora zawiera określoną ilość rezystorów, których rezystancja zmienia się proporcjonalnie do zmian temperatury (determinujących wielkość promieniowania). Zmiana rezystancji powoduję zmianę napięcia sygnału na wyjściu bolometru. W celu uzyskania wysokiej czułości pomiarowej, do budowy matrycy bolometrycznej konieczne jest zastosowanie materiału o wysokim temperaturowym współczynniku rezystancji.

W przypadku kamer termowizyjnych, najczęściej spotykanym typem detektora jest matryca FPA (Focal Plane Array), oparta na bolmetrach cienkowarstwowych. Zintegrowany czujnik obrazujący ma zwykle rozmiar od 20 tys. do 1 miliona pikseli. Każdy, pojedynczy piksel matrycy ma wymiary od 35 do 17 µm. Dzięki zastosowaniu tlenku wanadu (VOX) lub krzemu bezpostaciowego, dzisiejsza technologia pozwala na uzyskanie drastycznie lepszego stosunku cena / jakość / wydajność.