Comment fonctionne un microbolomètre (caméra IR)?

Je fais actuellement un projet qui m'a conduit à ma première rencontre avec des caméras IR, et je suis donc assez curieux de savoir comment elles fonctionnent. Plus précisément, j'aimerais savoir ce qui suit

1. Comment la chaleur est-elle convertie en signal électrique (courant ou tension)?
2. Comment la bande passante spectrale d'une caméra infrarouge est-elle si bien définie?
3. Pourquoi les caméras IR sont-elles tellement plus chères que les caméras vidéo couleur? (Les caméras couleur ont des suppresseurs IR, non?)
4. En quoi les caméras infrarouges «ordinaires» sont-elles différentes des caméras radiométriques?
5. Quelle est la différence entre les caméras IR qui peuvent détecter des températures jusqu'à, disons, 1000 ° C, par rapport aux caméras IR qui peuvent détecter des températures jusqu'à 400 ° C?

Il y a beaucoup de questions dans votre question, et elle devrait probablement être divisée en plusieurs questions différentes. Je ne veux pas attendre que cela se produise, alors je vais répondre à ceux dont je connais les réponses.

1. Comment la chaleur est-elle convertie en signal électrique (courant ou tension)?

Un microbolomètre n'est qu'un cas particulier d'un bolomètre qui contient un matériau dont la résistance est très sensible à sa température. Le changement de résistance provoqué par l'échauffement du rayonnement électromagnétique incident (EM) est lu par un circuit similaire à ce que vous trouverez dans un voltmètre. Ces appareils peuvent être conçus pour être sensibles à des quantités d'énergie incroyablement faibles, et ont généralement une plage dynamique élevée. Ceux que j'ai utilisés dans l'industrie du laser sont sensibles de 10 mW à 100 W, une plage dynamique de 10 ⁴ .

2. Comment la bande passante spectrale d'une caméra est-elle si bien définie?

Les bolomètres sont connus pour avoir des largeurs de bande spectrales incroyablement larges. Étant donné que l'appareil mesure réellement la chaleur déposée par le rayonnement EM, la largeur de bande du matériau de détection lui-même (généralement soit du silicium amorphe, soit de l' oxyde de vanadium ) est définie par les longueurs d'onde auxquelles il absorbe. La largeur de bande des détecteurs microbolomètres doit donc être définie avec des optiques externes qui rejettent ou absorbent les autres longueurs d'onde. Je suppose qu'ils utilisent un filtre passe-bande IR absorbant devant la surface du détecteur.

3. Pourquoi les caméras IR sont-elles tellement plus chères que les caméras vidéo couleur? (Les caméras couleur ont des suppresseurs IR, non?)

Je ne sais pas exactement, mais la capacité de fabriquer ces choses en masse n'est devenue possible qu'au cours des dernières années alors que les détecteurs de dispositifs à couplage de charge (CCD) étaient en production de masse depuis les années 1980. Vous avez raison de dire que les détecteurs CCD intègrent un filtre IR, mais les matériaux sous-jacents ne sont sensibles qu'à ~ 1-2 μm, donc ils ne fonctionnent pas dans l'IR profond comme le font les microbolomètres.

5. Quelle est la différence entre les caméras IR qui peuvent détecter des températures jusqu'à, disons, 1000 ° C, par rapport aux caméras IR qui peuvent détecter des températures jusqu'à 400 ° C?

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