بولومتر (Bolometer)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
بولومتر (Bolometer) :
بولومتر نوعی آشکارساز تابشی است که توان (قدرت) تابش الکترومغناطیسی فرودی را با اندازه گیری گرمایش یک ماده (جاذب) تعیین می کند. برخلاف آشکارسازهای فوتونی که مستقیما فوتون ها را شمارش می کنند، بولومتر یک آشکارساز حرارتی است: تابش جذب شده، دمای جاذب را افزایش می دهد و این تغییر دما توسط یک ترمومتر (که در تماس حرارتی با جاذب است) اندازه گیری می شود.
یک بولومتر از سه بخش اصلی تشکیل شده: یک جاذب (با ظرفیت گرمایی C)، یک ترمومتر (که مقاومت آن به دما وابسته است) و یک اتصال حرارتی (با رسانایی G) به یک مخزن حرارتی (heat sink) در دمای ثابت. وقتی تابش با توان P به جاذب می تابد، دمای آن نسبت به مخزن افزایش می یابد. در حالت پایدار،
\[ P = G \Delta T \]. بنابراین با اندازه گیری
\[ \Delta T \]می توان P را یافت.
\[ \Delta T = \frac{P}{G} \quad , \quad \tau = \frac{C}{G} \]ترمومتر معمولا یک ترمیستور (در بولومترهای معمولی) یا یک سنسور دمای ابررسانا (در بولومترهای بسیار حساس) است. بولومترهای انتقال لبه (Transition-Edge Sensor - TES) که در دمای گذار ابررسانا کار می کنند، حساسیت فوق العاده بالایی دارند (dR/dT بسیار بزرگ). برای کاهش نویز و افزایش حساسیت، بولومترها اغلب تا دماهای پایین (چند میلی کلوین) سرد می شوند تا ظرفیت گرمایی C کاهش و حساسیت افزایش یابد.
کاربردهای مهم: اخترشناسی فروسرخ و امواج میلی متری (برای مطالعه اجرام سرد کیهانی)، طیف سنجی تراهرتز، تشخیص تشعشع در فیوزهای هسته ای (توکامک) و تصویربرداری حرارتی. بولومترها پهنای باند وسیعی دارند و می توانند تابش از فروسرخ دور تا امواج میلی متری را آشکار کنند. برخلاف آشکارسازهای فوتونی، پاسخ آنها به طول موج تابش وابسته نیست (غیرانتخابی) و فقط به توان جذب شده بستگی دارد.
میکروبولومترها (array of microbolometers) که با فناوری MEMS ساخته می شوند، قلب دوربین های تصویربرداری حرارتی (ترموویژن) هستند. در این آرایه ها، هر پیکسل یک میکروبولومتر است که تابش فروسرخ محیط را جذب کرده و تصویری حرارتی ایجاد می کند. زمان پاسخ بولومترها به ثابت زمانی
\[ \tau = C/G \]بستگی دارد و می تواند از میکروثانیه تا میلی ثانیه متغیر باشد.
معادله حاکم بر رفتار بولومتر، معادله تعادل حرارتی است:
\[ C \frac{d\Delta T}{dt} + G \Delta T = P(t) \]. با حل این معادله، پاسخ فرکانسی بولومتر به دست می آید. بولومترها در فرکانس های پایین تر از
\[ 1/(2\pi\tau) \]پاسخ یکنواخت دارند.
