Como funciona um microbolômetro (câmera infravermelha)?

Atualmente, estou fazendo um projeto que me levou ao meu primeiro encontro com câmeras de infravermelho e, portanto, estou bastante curioso sobre como elas operam. Especificamente, gostaria de saber o seguinte

1. Como o calor é convertido em um sinal elétrico (corrente ou tensão)?
2. Como a largura de banda espectral de uma câmera infravermelha é tão bem definida?
3. Por que as câmeras IR são muito mais caras que as câmeras de vídeo coloridas? (As câmeras coloridas possuem supressores de infravermelho, certo?)
4. Qual é a diferença entre câmeras IR 'regulares' e câmeras radiométricas?
5. Qual é a diferença entre câmeras de infravermelho que podem detectar temperaturas de até, por exemplo, 1000 ° C, em comparação com câmeras de infravermelho que podem detectar temperaturas de até 400 ° C?

Há muitas perguntas na sua pergunta, e provavelmente ela deve ser dividida em várias perguntas diferentes. Eu não quero esperar até que isso aconteça, então vou abordar os que eu sei as respostas.

1. Como o calor é convertido em um sinal elétrico (corrente ou tensão)?

Um microbolômetro é apenas um caso especial de um bolômetro que contém um material cuja resistência é muito sensível à sua temperatura. A mudança na resistência causada pelo aquecimento da radiação eletromagnética (EM) incidente é lida por um circuito semelhante ao que você encontrará em um voltímetro. Esses dispositivos podem ser projetados para serem sensíveis a quantidades incrivelmente baixas de energia e geralmente também possuem uma faixa dinâmica alta. Os que eu usei na indústria do laser são sensíveis de 10 mW a 100 W, uma faixa dinâmica de 10 ⁴ .

2. Como a largura de banda espectral de uma câmera é tão bem definida?

Os bolômetros são conhecidos por terem larguras de banda espectral incrivelmente amplas. Como o dispositivo realmente mede o calor depositado pela radiação EM, a largura de banda do próprio material de detecção (geralmente silício amorfo ou óxido de vanádio ) é definida pelos comprimentos de onda nos quais absorve. A largura de banda dos detectores de microbolômetros deve, portanto, ser definida com ótica externa que rejeite ou absorva os outros comprimentos de onda. Meu palpite seria que eles usassem um filtro passa banda de absorção de IR na frente da superfície do detector.

3. Por que as câmeras IR são muito mais caras que as câmeras de vídeo coloridas? (As câmeras coloridas possuem supressores de infravermelho, certo?)

Não sei exatamente, mas a capacidade de fabricar essas coisas em massa só se tornou possível nos últimos anos, enquanto os detectores de dispositivos acoplados a carga (CCD) estão em produção em massa desde os anos 80. Você está certo de que os detectores CCD incorporam um filtro de infravermelho, mas os materiais subjacentes são sensíveis apenas a ~ 1-2 μm, para que não funcionem no infravermelho profundo, como os microbolômetros.

5. Qual é a diferença entre câmeras de infravermelho que podem detectar temperaturas de até, por exemplo, 1000 ° C, em comparação com câmeras de infravermelho que podem detectar temperaturas de até 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}$