Détecteur thermique
Les détecteurs thermiques sont un deuxième type de détecteurs infrarouges, en plus des détecteurs quantiques Ils reposent sur le changement de la température de l’élément détecteur suite à l’absorption d’un rayonnement électromagnétique. Le changement de température entraîne la modification d’une propriété thermo-dépendante du détecteur thermique. Celle-ci est évaluée électriquement et sert de mesure pour l’énergie absorbée.
Élément thermique à rayonnement (thermopile)
En raison de l’effet thermoélectrique, lors du réchauffement du point de connexion de deux métaux différents se forme une tension électrique proportionnelle à la température. Cet effet est techniquement utilisé depuis longtemps dans la mesure de la température de contact à l’aide d’éléments thermiques. Quand le réchauffement de ce point de connexion se produit par l’absorption d’un rayonnement, alors ce composant est appelé thermopile.
L’illustration montre des éléments thermiques en bismuth et antimoine agencés autour d’une surface de détecteur sur une puce circulaire. Le réchauffement de la surface du détecteur conduit à la génération d’une tension de signal qui peut être saisie aux plots de connexion.
Détecteurs pyroélectriques
Les détecteurs dits pyroélectriques reposent sur l’effet pyroélectrique. L’élément détecteur sensible se compose d’une matière pyroélectrique et de deux électrodes en phase vapeur. La structure générale d’un élément pyroélectrique est indiquée sur l’illustration suivante.
Avec le changement de température de l’élément détecteur obtenu par absorption de rayonnement infrarouge, la charge de surface se modifie suite à l’effet pyroélectrique. . Il en résulte un signal de sortie électrique qui peut être traité dans un préamplificateur. En raison de la nature de la génération de la charge dans l’élément pyroélectrique, le flux de rayonnement doit ici être interrompu en alternance de manière continue (Chopperung). L’avantage de l’amplificateur sélectif en fréquence raccordé est un bon rapport signal-bruit.
Bolomètre
Ce que l’on appelle bolomètre est une forme particulière de détecteur thermique qui se base sur la dépendance à la température de la résistance électrique. L’élément détecteur sensible est composé d’une résistance dont la valeur varie selon l’absorption du rayonnement de chaleur. Le changement de résistance provoque un changement de la tension de signal appliquée à travers de la résistance du bolomètre. Pour atteindre une haute sensibilité et un degré de détection spécifique élevé, il faut en particulier utiliser une matière dont le coefficient de température de la résistance électrique est élevé. Pour les bolomètres travaillant à température ambiante, on utilise aussi bien le coefficient de température de la résistance des métaux (p.ex. couche noire et bolomètre à couche fine) que celui des semi-conducteurs (p.ex. bolomètre thermistor).
Dans le cas de caméras infrarouges, on utilise principalement comme détecteur les matrices à plan focal (FPA) sur la base de bolomètres à couche fine. La dimension typique du capteur d’image intégré est comprise entre 20 000 et 1 million de pixels. Chaque pixel est un micro-bolomètre de 17×17 à 35×35 µm2. L’utilisation de Vox(oxyde de vanadium) ou de silicium amorphe comme technologie alternative pour les FPAs permet d’atteindre un rapport qualité-prix considérablement amélioré. La dimension typique des détecteurs est aujourd’hui de 160×120, 320×240 ou 640×480 pixels. Pour augmenter la précision de mesure, les bolomètres seront thermostatés avec une plus grande précision de réglage pour certaines températures et régulièrement référencés par une →correction de décalage.
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