Czym jest mikrobolometr?

Urządzenie termowizyjne to sprzęt, który umożliwia obserwację zarówno w dzień, jak i w nocy, w każdych warunkach pogodowych. Działa w zakresie spektralnym ciepła, niewidocznym dla ludzkiego oka, co pozwala wykrywać obiekty niedostępne dla noktowizorów, zwykłych kamer wideo i kamer z podświetleniem podczerwonym.

Kluczowym elementem każdego termowizora jest czuły sensor. W nowoczesnych modelach funkcję tę pełni mikrobolometr, którego jakość i parametry bezpośrednio wpływają na efektywność działania urządzenia oraz jakość generowanego obrazu.

Co to jest mikrobolometr

Mikrobolometr to niechłodzona matryca podczerwieni, składająca się z dużej liczby mikroskopijnych elementów czułych – pikseli. Każdy piksel reaguje na promieniowanie cieplne, zmieniając swój opór elektryczny w zależności od temperatury obserwowanego obiektu.

W przeciwieństwie do chłodzonych sensorów podczerwieni, mikrobolometry mają szereg istotnych zalet:

• nie wymagają chłodzenia kriogenicznego;
• charakteryzują się kompaktowymi wymiarami;
• zużywają mniej energii;
• cechują się wysoką niezawodnością i długą żywotnością.

Dzięki tym właściwościom mikrobolometry stosowane są w większości cywilnych, myśliwskich i taktycznych termowizorów.

Jak działa mikrobolometr

Termowizory działają na zasadzie zmiany oporu elektrycznego elementów czułych pod wpływem promieniowania cieplnego. Podczas nagrzewania opór elementu zmienia się, co jest rejestrowane przez system elektroniczny urządzenia i przetwarzane na obraz wizualny.

Chłodzone bolometry (stosowane np. w astronomii) osiągają niezwykle wysoką precyzję dzięki chłodzeniu do temperatur helu ciekłego. Mikrobolometry natomiast działają bez chłodzenia, zapewniając optymalną równowagę między dokładnością pomiarów, kompaktowością a efektywnością energetyczną.

Nowoczesne mikrobolometry to struktury o niezwykle małych rozmiarach:

• rozmiar jednego piksela może osiągać 11 mikrometrów;
• elementy czułe zawieszone są na wysokości około 2,5 µm;
• szerokość nóżek wsporczych wynosi tylko 1,5 – 1,8 µm.

Im mniejsze są elementy strukturalne matrycy, tym większa szczegółowość i ostrość obrazu generowanego przez termowizor. Dlatego dalszy rozwój technologii termowizyjnych coraz bardziej koncentruje się na doskonaleniu mikrostruktur.

Etapy powstawania obrazu:

1. Obiekt emituje ciepło podczerwone.
2. Promieniowanie trafia na matrycę mikrobolometru.
3. Każdy piksel się nagrzewa i zmienia opór.
4. Elektronika przetwarza sygnał i tworzy obraz termiczny.

W rezultacie użytkownik widzi kontrastowe różnice temperatur nawet w całkowitej ciemności.

Czułość mikrobolometru i parametr NETD

Jedną z najczęściej stosowanych technologii produkcji matryc mikrobolometrów jest VOx (tlenek wanadu). Takie matryce charakteryzują się zwiększoną czułością i niskim poziomem szumów, co zapewnia wyższej jakości i bardziej informatywny obraz.

Kluczowym parametrem określającym czułość termowizora jest NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) — równoważna szumowi różnica temperatur. Parametr ten określa minimalną różnicę temperatur, jaką urządzenie może wykryć.

Czułość mierzy się w milikelwinach (mK):

• do 20 mK — bardzo wysoka czułość (Patriot 2);
• 20–30 mK — poziom profesjonalny;
• 30–50 mK — poziom średni;
• powyżej 50 mK — poziom podstawowy.

Im niższa wartość NETD, tym bardziej czuły jest czujnik podczerwieni i tym lepiej termowizor rozróżnia niewielkie różnice temperatur.

Dlaczego czułość jest tak ważna

Wysoka czułość mikrobolometru zapewnia:

• pewne wykrywanie obiektów przy minimalnej różnicy temperatur;
• bardziej efektywną pracę w mgle, deszczu, dymie i przy wysokiej wilgotności;
• zmniejszenie poziomu szumów na obrazie;
• ostrzejsze i bardziej szczegółowe kontury celów;
• większy zasięg wykrywania.

W praktyce termowizor o niskim parametrze NETD może wykryć człowieka, zwierzę lub sprzęt w warunkach, w których mniej czułe urządzenie pokaże tylko rozmyte tło cieplne.

Mikrobolometr jest słusznie uważany za „serce” termowizora, a jego czułość bezpośrednio wpływa na efektywność i praktyczną wartość urządzenia. Przy wyborze sprzętu termowizyjnego należy zwracać uwagę nie tylko na rozdzielczość matrycy czy powiększenie, ale przede wszystkim na parametr NETD. Dzięki nowej matrycy z NETD poniżej 18 mK, Patriot 2 od Nvectech generuje obraz o wyjątkowej ostrości i szczegółowości, umożliwiając użytkownikowi dostrzeżenie najdrobniejszych różnic termicznych, dokładne określenie konturów obiektów i uzyskanie pełnego obrazu nawet w całkowitej ciemności lub przy niekorzystnych warunkach pogodowych.

Wysoka czułość mikrobolometru gwarantuje wyraźny, informacyjny obraz oraz niezawodne działanie termowizora w rzeczywistych warunkach użytkowania.