Болометр

Боло́метр (др.-греч. βολή — луч и μέτρον — мера) — тепловой приёмник излучения, чаще всего оптического (а именно — ИК-диапазона). Был изобретён Самуэлем Пирпонтом Лэнгли в 1878 году^[1].

Паутинный болометр для регистрации фонового космического излучения; подложка - монета в десять центов (диаметр 17,91 мм).

Устройство

Принцип действия болометра основан на изменении электрического сопротивления термочувствительного элемента при нагревании под воздействием поглощаемого потока электромагнитной энергии^[2].

Основной компонент болометра — очень тонкая пластинка (например, из платины или другого проводящего материала), зачернённая для лучшего поглощения излучения. Из-за своей малой толщины пластинка под действием излучения быстро нагревается и её сопротивление повышается. Для измерения малых отклонений сопротивления пластинки её включают в мостовую схему, которую балансируют при отсутствии засветки. Металлические болометры часто подсоединяют через трансформаторный вход, так как у них очень малое собственное сопротивление.

Первый полупроводниковый болометр был создан компанией Bell в годы Второй мировой войны. Отличался простотой, надёжностью и высокой чувствительностью. Был использован в ИК-спектроскопии и теплопеленгации.

Первые терморезистивные болометры успешно работали на искусственных спутниках Земли, но позже были вытеснены пироэлектрическими приёмниками.

В качестве материалов для металлических болометров используют платину, никель, золото, для полупроводниковых — сплавы окислов никеля, кобальта, марганца.

Полупроводниковый болометр состоит из двух плёночных (толщиной до 10 мкм) термисторов. Один из термисторов, непосредственно подвергающийся облучению, является активным. Второй — компенсационный. Он экранирован от внешнего излучения и предназначен для компенсации изменений температуры окружающей среды. Оба термистора помещаются в общий герметичный корпус.

Чувствительность болометра улучшается с понижением температуры чувствительного элемента. В астрономии обычно используются болометры, охлаждаемые до температуры жидкого гелия.

Основные параметры болометров:

• сопротивление активного термистора при номинальной температуре;
• рабочее напряжение;
• чувствительность при определённой частоте модуляции светового потока;
• порог чувствительности;
• постоянная времени;
• уровень собственных шумов — у металлических преобладает тепловой шум, у полупроводниковых — токовый.

Применение

Болометр чувствителен ко всему спектру излучения, но применяют его в основном в астрономии для регистрации излучения с субмиллиметровой длиной волны: для этого диапазона болометр — самый чувствительный датчик. Источником теплового излучения может быть свет звёзд или Солнца, прошедший через спектрометр и разложенный на тысячи спектральных линий, энергия в каждой из которых очень мала.

Полупроводниковые болометры применяются, например, в системах ориентации, для дистанционного измерения температуры объектов, в датчиках обнаружения облучения военных машин (напр., лазерным лучом головок самонаведения).

Используется в системах ПОНАБ для определения нагрева букс вагонов.

Микроболометр

Микроболометр — это особый тип болометра, используемый в качестве детектора в тепловизионной камере. Это сетка тепловых датчиков из оксида ванадия или аморфного кремния поверх соответствующей сетки из кремния. Инфракрасное излучение определенного диапазона длин волн попадает на оксид ванадия или аморфный кремний и изменяет его электрическое сопротивление. Это изменение сопротивления измеряется и преобразуется в температуры, которые могут быть представлены графически.^[3]

См. также

• Пирометр
• Терморезистор
• СВЧ

Литература

• Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. — 4-е перераб. и доп. изд. — М.: Высшая школа, 1987. — С. 407—408. — 479 с.
• Краткий словарь физических терминов / Сост. А. И. Болсун, рец. М. А. Ельяшевич. — Минск: Вышэйшая школа, 1979. — С. 43. — 416 с. — 30 000 экз.
• Петрушевский Ф. Ф. Болометр // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

Ссылки

• Болометр в Физический энциклопедический словарь