Manipularea radiatiei IR

Manipularea radiatiei IR

SENZORI / DETECTORI IR

Radiatia corpului negru

Un material incalzit- (filamentul unui bec prin care trece curent electric) emite un spectru continuu de radiatie, descris de legea lui Planck:

B =

unde h - constanta Planck, c -viteza luminii, k constanta Boltzmann si T - temperatura in K.

Lampile cu incandescenta cele mai uzuale si domeniile de lungimi de unda:

filament tungsten : 350 nm - 2.5 m
glowbar : 1 - 40 m
Nernst glower : 400 nm - 20 m

Lampile cu tungsten -utilizate mai mult in spectroscopia DE ABSORBTIE in vizibil si NIR iar sursele de tip glowbar si Nernst glower se utilizeaza in spectroscopia IR;
Lampile catodice cu descarcare- emit intr-un domeniu foarte ingust; substanta de lucru: gaze atomice

Domenii IR in literatura

Jobin Yvon, 1993.

Near IR (NIR)- 0.6m - 1.m

Middle (MIR) 1.5- m,

Far (FIR) >m

Hudson R.D., Infrared System Engineering, John

Wiley&Sons, 1969.

Near IR - 0. 76 m -3 m

Middle IR 3- 6 m, Far IR 6-15 m

Extremely Far IR >15 m

Radiatie termica: lungimea de unda intre 0.7 -100 micron

IR detectori- se impart in doua mari grupe

1. Detectori termici -senzitivi IR la cresterea temperaturii ce apare cand materia absoarbe lumina;

2. Detectori cuantici -implica interactia cuantica directa intre fotonul IR si materie;

EXEMPLE DE DETECTORI IR

1. TERMICI

Termopile - un ansamblu de termocupluri ce detecteaza un curent la modificarea temperaturii

Bolometre - materiale cu rezistenta electrica dependenta de temperatura

Detectori piroelectrici - utilizeaza materiale feroelectrice pentru detectarea radiatiei surprinzand tendinta modificarii campurilor electrice atomice de a se alinia unul cu altul

Detectori pneumatici - sensibili la modificarile de presiune induse de temperatura

2. DETECTORI IR CUANTICI

CCD

Alti detectori cu semiconductori

Ex: sulfura de plumb ~3 m,mercur-cadmium telurid, MCT, pana la 12 m.)

Domenii care utilizeaza IMAGISTICA TERMICA

SEISMOGRAFIE

Imagistica medicala- detecteaza zonele cu temperatura diferita -specifice tumorilor

Fofografia IR

Sistemele de vizualizare nocturne (militare, aviatie)

Microbolometre

Raspunsul voltaic Rv     

Ib curentul bias.

h coefientul de absorbtie al radiatiei IR

G- conductivitatea termica totala

Detectori piroelectrici

Efectul piroelectic -in anumite materiale care se polarizeaza electric spontan; astfel, o modificare a temperaturii, DT produce o modificare a sarcini de suprafata, rezultand un curent (I_s) detectabil intr-un circuit extern conectat la materialul piroelectric. Intensitatea curentului depinde de:

coeficientul piroelectric P -definit ca modificarea polarizariimaterialului cu temperatura (nC/cm²-K).

Detectori piroelectrici

Raspunsul voltaic Rv, depinde de: A-aria suprafetei detectabile

P-coeficient piroelectric

R-rezistenta

Tipuri de detectori IR

Photodiode si Detectori Fotovoltaici

Schema unui detector cu semiconductor

Cand un foton cade incident pe semiconductor, excita un electron din banda de valenta (orbitali ocupati) in banda de conductie (orbitali liberi) , creand o pereche electron-gol.

Concentratia perechilor electron-gol depinde de cantitatea de lumina ce cade pe semiconductor, facandu-l astfel sa lucreze ca un detector de radiatie.

Exista doua variante de a monitoriza concentratia perechilor electron-gol:

In photodiode, aparitia unui curent proportional cu concentratia de electroni-goluri

Deterctorii fotovoltaici contin o jonctiune p-n.

CCD      Foarte sensibil- la nivel de iluminare scazut! (vezi curs anterior)

Important: curba de sensibilitate maxima a CCD-ului)- va opera bine numai in semilargimea curbei

Spectrometria IR Surse IR

Detectori IR

Spectrometre IR dispersive

Mai putin utilizate; mai nou se utilizeaza aparatele FTIR

Spectrometre dispersive: Cu prisma

Cu retea

     

Spectrometrul cu transformata Fourier- IR (FTIR)

Transformata Fourier

Interferometru Michelson

Surse IR in spectrometre
In NIR se utilizeaza lampi cu halogen ;

in MIR-glowbar

Un Glowbar consta intr-o carbura de siliciu imbracata in ceramica, de forma unui bastonas (fig) cu diametru de cca. 1 cm si lungime 12 cm.

Principiul spectroscopiei FTIR- Constructia unui instrument

-Interferenta monocromatica

-Interferenta policromatica

-Transformata Fourier

Constructia unui interferometru

Interferenta policromatica

Interferograma aparatului

Transformata Fourier

(I- Sau spectrul).