Le microbolomètre

Les Différentes types de détecteurs

Introduction

Un bolomètre est un détecteur qui permet d'étudier le rayonnement électromagnétique solaire (a sa création). La figure ci-contre montre le concept d'un bolomètre. Le signal incident de puissance P est absorbé par la surface C du bolomètre qui est constituée d'un matériau absorbant, tel du métal. Ce matériau s'échauffe à la température T. Sa surface est reliée par un conducteur thermique de conductance G à un puits de chaleur, maintenu à température constante. La différence de température ΔT = P/G peut être mesurée grâce à une thermistance. La constante thermique temporelle (τ = C/G), définie par le taux de transfert thermique entre la surface du bolomètre et le puits thermique, donne la sensibilité du détecteur.
En général, les bolomètres sont fait en silicium amorphe, en oxyde de vanadium, en conducteur, supra-conducteur, après selon la sensibilité que l'on souhaite obtenir il nécessitera un refroidissement pour de meilleures performances.

Testoon ThermoMalin TM1

source : Wikipédia

comme j'ai pu l'expliciter ci-dessus, il existe aujourd’hui deux types de capteurs infrarouges disponibles sur le marché : les caméras infrarouges refroidies et les caméras infrarouges non refroidies. Le coût des composants associé à chacun des capteurs peut varier considérablement. Il donc nécessaire de faire un point sur les spécifications de ces capteurs.

Microbolomètre non refroidi

Une caméra infrarouge non refroidie est une caméra dans laquelle le capteur infrarouge ne nécessite pas de refroidissement. La conception d’un détecteur classique repose sur la technologie du microbolomètre, un type spécifique de bolomètre sensible au rayonnement infrarouge. Les changements de température dans une scène entraînent des modifications de la température du bolomètre qui sont converties en signaux électriques puis en image. Les capteurs non refroidis sont conçus pour fonctionner dans le spectre infrarouge à grande longueur d’onde (le plus commun : 7.5 μm - 14 μm), où les températures terrestres émettent la plus grande partie de leur énergie infrarouge.

les températures terrestres émettent la plus grande partie de leur énergie infrarouge. La fabrication des microbolomètres étant plus simple et offrant un rendement supérieur à celle des capteurs refroidis, les caméras infrarouges non refroidies sont généralement beaucoup moins chères que les caméras infrarouges refroidies. Elles disposent également d’une durée de vie beaucoup plus longue.

Microbolomètre refroidi

Les caméras thermiques dotées d'un détecteur refroidi offrent certains avantages sur les caméras thermiques équipées d'un détecteur non refroidi. Elles sont cependant plus coûteuses. Une caméra thermique refroidie moderne dispose d'un capteur d'imagerie intégré à un cryoréfrigérateurs, lequel réduit la température du capteur à un niveau cryogénique. Cet abaissement de la température du capteur est nécessaire pour réduire le bruit thermique à un niveau inférieur à celui du signal de la scène filmée.

Les cryoréfrigérateurs comprennent des pièces mobiles dont les tolérances mécaniques font qu'elles s'usent au fil du temps. De même, l'hélium qu'ils renferment finit à la longue par s'échapper des joints d'étanchéité. Finalement, une remise en état du cryoréfrigérateurs est nécessaire au bout de 10 000 à 13 000 heures de fonctionnement.

COMPARAISON
Ces images infrarouges permettent de comparer les résultats de capture d'un pneu en rotation à 9 m/s.

Ici, une photo a été prise avec une caméra thermique refroidie.		Ici, on peux voir l'image classique d'une caméra thermique non refroidi
A gauche. . On pourrait dire que le pneu est immobile , car la vitesse de capture de la caméra refroidie est très importante et fige le mouvement du pneu. La vitesse de capture de la caméra non refroidie est trop insuffisante pour saisir le pneu en rotation, de sorte que les rayons de la roue semblent transparentsOn pourrait dire que le pneu est immobile , car la vitesse de capture de la caméra refroidie est très importante et fige le mouvement du pneu. La vitesse de capture de la caméra non refroidie est trop insuffisante pour saisir le pneu en rotation, de sorte que les rayons de la roue semblent transparents

bolomètre refroidi		bolomètre non refroidi

bolomètre refroidi		bolomètre non refroidi
Source : FLIR
Les images thermiques ci-dessus permettent de comparer les avantages apportés par une caméra thermique non refroidie d'une sensibilité de 50 mK par rapport à une caméra thermique refroidie d'une sensibilité de 20 mK. Pour effectuer cette comparaison, on peux voir une main posé (pendant quelques secondes) sur un mur pour créer une empreinte thermique. Les deux premières images montrent cette empreinte immédiatement après le retrait de la main. La seconde série d'images présente la signature thermique de l'empreinte après deux minutes. Comme vous pouvez le voir, la caméra refroidie continue à percevoir la signature thermique de l'empreinte, alors que la caméra non refroidie ne montre que des traces partielles de l'empreinte qui dessine vaguement une main. La caméra refroidie peut clairement détecter les écarts thermiques, et ce sur des durées plus longues que la caméra non refroidie.