Infrarot-Detektoren
Weisst Du, was thermische Sensoren sind? Was ein Photonendetektor ist? Hier findest Du Wissenswertes über Detektoren, sowie derer Vor- und Nachteile.
Thermische Detektoren
Grundlage der Funktion dieser Detektoren ist deren Erwärmung durch die elektromagnetische Wellenenergie der Wärmestrahlung, in deren Folge sich mindestens einer ihrer elektrischen Parameter (z.B. Widerstand) ändert, welcher dann als strahlungsproportionales Messsignal ausgelesen werden kann.
Die Eigenschaften der thermischen Detektoren können wie folgt zusammengefasst werden:
+ benötigen keine Kühlung (somit können leichte, energiesparende Thermokameras hergestellt werden)
+ keine „Einkühl-”Wartezeit, daher kann also sofort nach Einschalten gemessen werden
+ Massenproduktion auf Basis „üblicher” CMOS- oder MEMS-Prozesse, daher günstige Herstellung
+ sehr lange MTBF-Werte (lange zu erwartende durchschnittliche Fehlerintervallzeiten)
– geringe thermische Empfindlichkeit, hohes Rauschen
– geringe zeitliche Auflösung (hohe Zeitkonstante)
– begrenzte Langzeitgenauigkeit (Stabilität)
Weit verbreitester Vertreter der thermischen Detektoren ist der Mikrobolometer.
Photonendetektoren
Bei Photonensensoren (auch Quantendetektoren genannt) führt nicht die Erwärmung des Sensors durch die Strahlungsenergie zum gewünschten Messsignal, sondern diese erfassen die Quantität der einfallenden Photonen. Ihre Funktion kann im Wesentlichen dadurch erklärt werden, dass innerhalb der Halbleiter durch die Energie der Photonen Elektronen bewegt oder freie Elektronen erzeugt werden. Dies kann durch den internen oder externen photoelektrischen Effekt verursacht werden.
Die Eigenschaften von Photonensensoren können wie folgt zusammengefasst werden:
+ hohe thermische Empfindlichkeit und Auflösung (gutes Signal-Rausch-Verhältnis)
+ kurze Zeitkonstante, nur Integrationszeiten zwischen 10 ns … 1 ms notwendig
+ große Langzeitstabilität und Genauigkeit
– erfordern Kühlung, die kostenintensiv ist (und sogar die Lebensdauer beschränken kann)
– höherer Energieverbrauch durch Kühlung, höheres Gewicht, größere Abmessung
– teure Herstellungstechnologie im Vergleich zu thermischen Detektoren
Photonensensoren basieren am häufigsten auf den Technologien Photowiderstand, Photodiode und QWIP.
(Abbildungen © Eric Rahne)
(Abbildung © Eric Rahne)
Fortsetzung
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Grundlegender Aufbau
Aus welchen Hauptbestandteilen besteht eine Wärmebildkamera?
Objektive & Filter
Was sind die Materialien für IR-Objektive und Spektralfilter?
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