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Thermopiles

Les thermopiles sont des détecteurs thermiques qui détectent les signaux lumineux constants. Des thermopiles sensibles à bande large sont utilisées dans la mesure de puissance de laser, la mesure générale de rayonnement, la mesure de température absolue, et les analyseurs de gaz.

Thermopiles Miniatures

Le meilleur D* pour une thermopile est obtenu avec cet arrangement.

Thermopiles

En tant que détecteur thermique, une thermopile est sensible sur l’ensemble de la gamme spectrale (i.e. depuis les rayons X jusqu’aux radiations dans l’infrarouge lointain). La seule exigence est que la radiation soit absorbée afin d’échauffer le détecteur. Cet effet est amélioré par l’application d’une couche noire, et la sensibilité spectrale est plate depuis l’UV jusqu’à l’IR lointain (à l’exception des séries ST). Toutefois, l’application est plus répandue dans la bande spectrale de l’infrarouge.

La thermopile est un détecteur DC. C'est-à-dire, qu’il réagit à la lumière continue et est insensible à la micro phonie. Le bruit est indépendant de la fréquence ; ceci est déterminé par le bruit thermique de la résistance du détecteur (Johnson noise). Les applications typiques incluent les mesures de température sans contact, analyse de gaz, et mesure de puissance (à faible niveaux).

 

Principe de fonctionnement

Une thermopile est un détecteur thermique basé sur l’effet Seebeck. Son prédécesseur était le thermocouple qui consistait en une jonction entre deux fils métalliques avec des valeurs de tension thermoélectriques différentes. Cet effet fût découvert en 1821. Les deux fils de métal produisent des tensions proportionnelles à leurs différences de température (c'est-à-dire qu’il s’agit toujours d’une mesure relative). A travers une série de connections de plusieurs paires, la sensibilité peut être augmentée. La production de films minces de thermopiles utilisant des couches superposées de bismuth et d’antimoine est effective depuis 1934.

 

Mise en Place

Les thermopiles traditionnelles de Dexter (1M, 2M, et ainsi de suite) consistent en des paires de contact de bismuth et d’antimoine dans lesquelles les paires sensibles aux radiations (hot contacts) sont appliquées à un film noircit. La référence froide (cold contact) est située sur un substrat massif en céramique, qui agit en tant que radiateur. Avec cet arrangement le meilleur D* possible dans l’univers de thermopiles est atteint. Limité par la technologie de fabrication, on doit tolérer des variations d’approx. 30% dans les séries de production.

Les séries S-line sont basées sur des contacts siliciums poly cristallins dopés au phosphore et or, et ont des puissances thermiques significativement supérieures aux contacts à l’antimoine et bismuth. C'est-à-dire, qu’ils sont plus sensibles (approximativement d’un facteur 5), En contrepartie, cela conduit cependant a une plus grande résistance et donc à un bruit plus élevé.

D’un côté, il est judicieux d’utiliser seulement des détecteurs de petites surfaces, en fait le plus large est actuellement de 1.5 mm x 1.5 mm. D’un autre côté, ces thermopiles ont de nombreux avantages :

  • Elles sont plus rapides, par approximativement un facteur 3.
  • Elles sont moins sensibles, par un facteur 3, aux variations environnementales de température.

Le choix d’une thermopile traditionnelle, ou S ou ST, dépend ainsi de l’application.

 

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