Dedektör, geniş bir dalga boyu aralığındaki ışın enerjisine
karşı duyarlı ve düşük seviyelerdeki ışın güçlerine karşı hassas olmalıdır.
Işını hızla algılayabilmeli, kuvvetlendirilebilecek bir elektrik sinyali
üretebilmeli, gürültü seviyesi düşük olmalı ve ürettiği sinyal, demetin P gücü
ile doğru orantılı olmalıdır.
G = K P + K’
G: Dedektörün elektrik responsu (tepkisi) dur, akım, direnç,
veya emk birimleriyle verilir, K: Dedektörün, elektrik responsu/ışın gücü
cinsinden hassasiyetini belirten sabit, K’: Kara akımdır; dedektör yüzeyine hiç
ışın gelmediği halde küçük ve sabit bir respons gösterir.
İki tip ışın dedektörü bulunur; bunlar:
- Foton
dedektörleri; fotonları algılar
- Isı
dedektörleri; ısıyı algılar
Tüm foton dedektörleri, ışının reaktif bir yüzeyle
etkileşerek elektronlar üretmesine (fotoemisyon) veya elektronları elektrik
iletebileceği enerji hallerine yükseltmesine (fotoiletim) dayanır. Bu işlemler
sadece ultraviyole, görünür, ve yakın-infrared ışın enerjileriyle
gerçekleşebilir.
Fotoelektrik dedektörlerde elektrik sinyali bir seri tek tek
olayların (bir fotonun absorbsiyonu) sonucudur. Tersine infrared ışını
algılayan ısı transduserleri kuvantize olmayan algılayıcılardır.
Foton dedektörlerini vurma gürültüsü, ısı dedektörlerini
Johnson gürültüsü sınırladığından iki dedektörle ilgili saptanamayan hatalar
birbirinden farklıdır.
Şekilde ultraviole, görünür, ve infrared spektroskopide
kullanılan çeşitli dedektörlerin kıyaslamalı spektral responsları
gösterilmiştir. Ordinat fonksiyonu dedektör gürültüsüyle ters, dedektör yüzey
alanı ile doğru orantılıdır. İki ısı transduserinin (H ve I) relatif
hassasiyetinin dalga boyuna bağlı olmadığını, fakat hassasiyetlerinin de
fotoelektrik dedektörlerden önemli derecede düşük olduğunu belirtmek gerekir.
Diğer taraftan, foton dedektörleri sabit respons-dalga boyu ilişkisi bakımından
ideallikten oldukça uzaktır.
Çeşitli fotoelektrik ve termal
dedektörlerin spektral responsları
I.
FOTON DEDEKTÖRLERİ
Foton dedektörleri birkaç tiptir:
1. Fotoğraf Levhası
2. Fototüpler (Vakumlu Fototüpler)
3. Photomultiplier Tüpler
4. Fotovoltaik Hücreler
5. Fotoiletkenler (Fotokondüktivite)
6. Silikon Fotodiodlar
7. Çok Kanallı Foton Dedektörleri
·
Fotodiod dizileri (Photodiode arrays, PDA)
·
Charge transfer aletleri
(Charge-trasfer devices, CTD
·
Vidikonlar
Farklı dalga boylarında çalışmalarda farklı dedektörlere gereksinim vardır.
Bazı dedektörlerin dalga boylarına
karşı hassasiyetleri
1. Fotoğraf Levhası
Fotoğraf levhaları 1900’lü yıllarda astronomide kullanılmaya
başlamıştır. Digital bigisayarlar ve digital görüntülerin keşfinden önce
radyografik çalışmalarda da görüntünün cam levhalara kaydedildiği fotoğraf
levhaları kullanılırdı.
Fotoğraf Levhaları, cam üzerine ince bir gümüş halojen
(örneğin AgBr) kaplanarak hazırlanır. Mikron büyüklüğünde AgBr kristalleri bir
jelatin emülsiyon içinde dağıtılarak cam üzerine yayılır. Levhaya bir foton
çarptığında gümüş iyonu elektronla birleşerek gümüş atomuna dönüşür ve gizli
görüntü (veya resim) meydana gelir. Gizli görüntü develope işlemiyle amplifiye
edildiğinde film üzerinde gümüş tortusu nedeniyle karanlık bir alan oluşur.
Fotoğraf levhalarınada, poz süresi ve çökelen gümüş miktarı
arasında baştan sona kadar doğrusal bir ilişki olmaz; şekilde görüldüğü gibi
doğrusallık “eşik” ve “omuz” olarak tanımlanan bölgelerin arasında bulunur.
Fotoğraf levhasının doğrusallılktan
sapması
2.
Fototüpler (Vakumlu Fototüpler)
Fototüpler elektronların bir fotohassas katı maddeden
emisyonuna göre çalışır.
Fototüp, havasız bir tüpün iç kenarlarına yapıştırılmış
yarı-silindirik bir katot ile tel bir anoddan oluşur. Elektrodun konkav
yüzeyinde, ışınlandırıldığı zaman elektron emitleyen bir fotoemissif tabaka
bulunur. Elektrotlar arasına bir potansiyel uygulandığında, emitlenen
elektronlar tel anoda akarak bir fotoakım yaratır. Üretilen akımlar, bir ışın
şiddeti için fotovoltaik bir hücreden alınan akımların onda biri kadardır.
Tersine, fototüpün elektrik direnci yüksek olduğundan sinyalin amplifikasyonu
kolay ve yeterli olur.
Şekilde, bir fototüp ve aksesuar devresi görülmektedir.
Işının yarattığı fotoakım R boyunca bir potansiyel düşmesine neden olur, bu
kuvvetlendirilerek bir kaydediciyi hareket ettirir
Bir fototüp ve aksesuar devresi
Bir fotoemissif yüzeyden çıkarılan elektronların sayısı, bu
yüzeye çarpan demetin ışın gücü ile doğru orantılıdır. İki elektrot arasına
uygulanan potansiyel artırıldığında, anoda ulaşan elektronların miktarı da
hızla artar; doygunluk potansiyeline erişildiği zaman anotta elektron
toplanması maksimum olur. Bu durumda akım, uygulanan potansiyelden bağımsız,
ışın gücü ile doğru orantılı hale gelir.
Fototüpler ~90 V potansiyelde çalıştırılır, bu değer
doygunluk bölgesi içindedir.
Ticari fototüplerde değişik fotoemissif yüzeyler kullanılır.
Kullanıcı yönünden fotoemissif yüzeyler dört grupta toplanır:
·
Yüksek hassasiyetli yüzeyler; En hassas katotlar
şekilde 1,2 kod ile gösterilen bialkali tiplerdir; bunlar potasyum, sezyum ve
antimondan yapılır.
·
Kırmızı hassas yüzeyler; Kırmızı hassas yüzeyler
çok alkali tipli (Na/K/CS/Sb gibi) veya Ag/O/Cs yapılı malzemelerdir (3).
Ga/In/As bileşimi kırmızı bölgeyi 1.1 mm’ye
kadar genişletir
·
Ultraviole hassas yüzeyler; Ultraviyole hassas
formülasyonlarda tüp şeffaf pencereler içine konulur.
·
Düz responslu yüzeyler: Düz responslar Ga/As
bileşimi ile elde edilir (4).
Işın olmadığı halde de fototüpler küçük bir akım üretirler;
bu "kara akım" ısıl olarak çıkarılan elektronlardan oluşur.
Bazı fotoemissiv yüzeylerin spektral
responsları
3.
Fotomultiplier Tüpler (PMT)
Fotomultiğlier tüpler UV ve görünür bölgelerde çok hassastır
ve cevaplaması (respons) çok hızlıdır.
Fotomultiplier tüp bir dizi fotokatotdan (dinodlar) yapılır.
Fotokatotlar, sezyum-antimon intermetalik bileşiklerden üretilen fotohassas
malzemelerdir.
Katot yüzeyi ışınla karşılaştığında elektronlar çıkarır. Birinci
dinod, katottan 90V daha pozitif bir potansiyelde tutulur, ve bu nedenle de
elektronlar kendisine doğru akar. Dynode'a çarpan her elektron ilave birkaç
elektron çıkarır; bunlar, birinci dinoddan 90 V daha pozitif olan ikinci dinoda
doğru hızlandırılırlar. Burada da yüzeye çarpan her elektron yeni birkaç
elektron çıkarır. İşlemin ayni şekilde tüm dinodlarda tekrarlanmasıyla herbir
foton 106 –107 elektron çıkarır; bu elektron şelalesi,
anotta toplanır. Sonuçta oluşan akım
elektronik olarak kuvvetlendirilir ve ölçülür.
Bir fotomultiplier tüpün şematik
görünümü
Sintilasyon
Sayıcılar
Sintilasyon
sayıcılarda iyonlar önce bir dinoda çarpar, elektron emisyonu meydana gelir. Bu
elektronlar sonra bir fosfor ekrana (veya levhaya) çarparlar ve fotonlar
çıkarırlar. Fotonlar multipliere giderler, çoğalırlar ve amplifiye edilirler.
Sintilasyon
sayıcı
4. Fotovoltaik Hücreler
Fotovoltaik dedektörlerde akım, bir yarı-iletken tabakada
yaratılır.
Fotovoltaik hücreler, esas olarak, görünür bölgedeki ışını
saptamak ve ölçmekte kullanılır. Hücre en yüksek hassasiyeti 550 nm'de
gösterir; 350 ve 750 nm'de algılama yeteneği, maksimum değerin %10' una kadar
düşebilir. Kullanım aralığı insan gözünün algılayabileceği seviyeye yaklaşır.
Fotovoltaik hücrede, üzerine selenyum veya bakır(1) oksit
gibi yarı-iletken bir madde çöktürülmüş düz bir bakır veya demir elektrot
bulunur (Şekil). İkinci (veya toplayıcı) elektrot yarı-iletkenin dış yüzünün
ince geçirgen bir altın, gümüş, veya kurşun filmi ile kaplanmasıyla hazırlanır;
tüm sistem şeffaf bir zarf içine alınarak korunur. Yeterli enerjideki ışın
yarı-iletkene ulaştığında kovalent bağları kopararak iletici elektronlar ve
boşlukların oluşmasına yol açar. Elektronlar metalik filme doğru, boşluklar ise
yarı iletkenin çöktürüldüğü tabana doğru göç ederler. Serbest elektronlar dış
devreden akarak bu boşluklarla etkileşirler. Sonuçta bir elektrik akımı oluşur,
büyüklüğü yarı-iletken yüzeye çarpan fotonların sayısı ile orantılıdır.
Bir fotovoltaik hücrenin ürettiği akımlar bir galvanometre
veya mikroampermetre ile ölçülebilecek kadar büyüktür; dış devrenin direnci
küçükse, fotoakımın büyüklüğü, hücreye çarpan ışının gücü ile doğru
orantılıdır. Akımlar tipik olarak 10-100 mA
seviyelerindedir.
Işın gücünün saptanmasında kullanılan engel-tabakalı hücrede
bir dış elektrik enerjisi kaynağına gereksinim yoktur. Diğer yandan hücrenin iç
direncinin düşük olması, hücre çıkışının yeterli derecede kuvvetlendirilmesini
engeller. Bu durumda, engel-tabakalı hücre yüksek seviyeli aydınlatmalarda tam
bir algılama yapabildiği halde düşük seviyelerde hassasiyetini kaybeder.
Engel-tabakalı hücrenin diğer bir dezavantajı da
eskimesidir; akım çıkışı, sürekli aydınlatma sonucu kademe kademe zayıflar;
özel devre dizaynları ve deney koşulları seçilerek bu etki en aza
indirilebilir.
Tipik iki engel tabakalı hücre şeması
5.
Fotoiletken (Fotokondüktivite) Dedektörler
Elektronlar ve boşluklar bir yarı-iletkende üretilir.
Yakın-infrared bölgedeki (0.75-3 mm) ışını en hassas izleyebilen dedektörler, bu aralıktaki ışın
absorblandığında direnci düşen fotoiletkenlerdir.
Fotoiletken ışın dedektörleri, genellikle kurşun ve kadmiyum
sülfürler veya selenürlerden hazırlanan yarı-iletken maddelerden yapılır. Gelen
ışın iletkenliği değiştirir ve farklı fotoakım doğar. Şekilde böyle bir
yarı-iletken ve bağlantı devresi görülmektedir.
Fotoiletken dedektör ve bağlantı
devresi
Fotonlar yeteri kadar enerjiye sahipse, yani,
Efoton= hn
ise, kimyasal bağlardan elektrolar çıkar; serbestçe dolaşan
elektronlar yarı-iletkenin direncini düşürür.
En çok kullanılan fotoiletken madde kurşun sülfür, 0.8-2 mm bölgesinde hassastır. Hücrenin yapıldığı
cam veya kuvartz levhalar üzerine bu maddeden ince bir tabaka çöktürülür. Sonra
tüm sistem, yarı-iletkenin atmosferle reaksiyona girmemesi için, havası boşaltılmış
bir kap içine yerleştirilir.
6.
Silikon Fotodiodlar
Siklon fotodiodlarda İletim bir ters-bias bağlantı boyuncadır. Bir
silikon diod dedektör, bir silikon çip üzerinde oluşturulmuş ters bias bir pn
bağlantısıdır. Ters-bias, bağlantının iletkenliğini sıfıra kadar düşüren bir
tüketme tabakası yaratır. Işın n bölgesine çarptırılırsa, yine de boşluklar ve
elektronlar oluşur. Boşluklar tüketme tabakasından p bölgesine difüzlenerek
orada yok edilirler; yani, ışın gücüyle orantılı olarak iletkenlikte bir artış
olur.
Negatif voltaj tüketme bölgesindeki elektrik alanını artırır. Bu durumda
bariyer voltajı çok büyüktür; dolayısıyla, bağlantıda difiüzyon olmaz; yani,
difüzyon akımı,
ID = 0 olur.
Bir silikon fotodiod dedektör basit bir vakum fototüpünden
daha fazla, bir fotomultiplier tüpten daha az hassastır; spektral aralığı
250-1100 nm'dir.
Aşağıda bir silikon fotodiodun yapısı ve fotodiod spektrumu
verilmiştir. Fotodiodun responsivitesi dalga boyuna bağlıdır.
Bir silikon diyodun yapısı
Fotodiod spektral responsivitesi
7. Çok Kanallı Foton Dedektörleri
Çok kanallı foton dedektörleri optik görüntüyü bir video
elektrik sinyaline çevirebilen bir dizi ince fotoduyar malzeme içeren
dedektörlerdir. Bu tip görüntü algılayıcılar önceleri televizyon için
geliştirilmiş, daha sonraları spektroskopik cihazlarda kullanılmaya
başlanmıştır.
Görüntü algılayıcı bir monokromatörün odak düzlemi üzerine
yerleştirilir. Dağıtılan ışın çok kanallı dedektöre çarptığında odak düzlemi
boyunca, ışının şiddetine bağlı bir yük paterni oluşur. Bu yük paterni saptanır
ve bir spektruma çevrilmek üzere saklanır. Spektrumun tüm birimlerl sıra ile
değil "anında" algılanır. Yani bir çok kanallı dedektör bir fotoğraf
levhası gibi çalışır, her biri farklı bir dalga boyunu karşılayan çok sayıdaki
giriş yarıklarının görüntülerini algılar. Bir spektrumun tüm birimlerinin
anında kaydedilmesi çok önemli bir olaydır.
Çok kanallı foton dedektörler, bir çip üzerinde belli bi
şekilde düzenlenmiş küçük fotoelektrik hassas elementler dizisinden oluşur. Çeşitli
tipte çok kanallı dedektörler bulunur. Spektroskopik uygulamalarda kullanılan
en önemlileri:
·
Fotodiod dizileri (Photodiode arrays, PDA)
·
Yük Transferi Aletleri (Charge Transfer Device,
CTD)
·
Vidikonlar
Fotodiod
dizileri (Photodiode arrays,
PDA)
Silikon diod dizileri çok sayıda fotoduyar silikon diod
çiftlerinden yapılır, depolama kapasitörleri bir silikon çip üzerinde bulunur.
Tek bir çip üzerindeki diod-kapasitör çiftlerinin sayısı üreticiye göre
değişir; bunlar 211, 256, 512, 1024, 2048, 4096 gibi sayılar olabilir.
Diodların genişlikleri 15-50 mm,
yükseklikleri 500 mm dolayındadır .
Çipin uzunluğu 1-6 cm arasındadır.
Fotodiod ve kapasitör çiftlerinden başka çipte, bilgisayar
işlemlemesi için bir çıkış sinyali veren bir integre devre bulunur.
PDA’lar, basit fotovoltaik dedektörlerlerle aynı prensibe
göre çalışır.
Bir fotodiod array yapısının şematik
görünümü
Fotodiod dizisi (PDA) dedektörün bir
sistemde yerleşim şekli
Küçük silikon fotodiodlar ters-bias pn bağlantısı içerirler.
Fotomultiplier tüplerden daha az hassas olmasına karşın tarama hızı ve sinyal/gürültü
oranı yüksektir.
Silikon fotodiod dizileri ‘çoklu dalga boyu ölçmeleri’ni
anında gerçekleştirir; örneğin, didmiyum çözeltisinin (S-3150, SCINCO)
spektrumunu 1 saniye içinde ölçer (Şekil).
Didmiyum çözeltisinin (S-3150,
SCINCO) spektrumu
Şarj Transferi Aletleri (Charge Transfer
Device, CTD)
Şarj transfer aletlerinin performansları fotomultiplier
tüplere yakındır. Ayrıca çok-kanallı ölçme yapabilme avantajına sahiptirler.
Şarj transfer aleti bir metal oksit
yarı-iletken (MOS) malzeme yapısındadır; çok sayıda bağımsız piksellerden
oluşur; piksellerde yük o şekilde depolanır ki yük paternleri ışın paternlerini
karşılar.
MOS (Metal oksit yarıiletken): Kapıya voltaj uygulandığında yarı-iletkende
pozitif boşluklar oluşur. Protonun malzemeye çarpmasıyla elektron-boşluk çifti
yaratılır.
Yük transferi: Voltaj uygulandığında yük bir kovadan diğerine hareket eder
Bu aletler doğrusal veya iki boyutlu olabilir. Yük paternini saptamada kullanılan metoda göre iki tip yük transfer aleti kullanılmaktadır; bunlar şarj-kapıld (CCD) ve şarj-injeksiyon (CID) alatleridir.
Vidiconlar
Vidiconlar görüntü algılayan vakum tüpleridir ve televizyon
görüntülerinde çok kullanılırlar. Şekilde bir vidicon tüpünün şematik diyagramı
verilmiştir. Yapısı bir televizyon tüpüne benzer, burada bir hedef alan peşpeşe
bir seri yatay süpürme işlemi ile taranır, taramada bir elektron akımı
kullanılır.
Bir vidicon tüpün şematik görünümü
Bir monokromatör, vidicon tüpü, ve bilgisayar bulunan bir
cihaza "optik çok-kanallı analizör" denir. Böyle bir cihaz,
spektrumun tamamını (veya bir kısmını) anında kaydedebilmesi bakımından çok
önemlidir. Dedektörün küçüklüğü ya dalga boyunu veya rezolusyonu sınırlayan bir
dezavantajdır.
Termal dedektörlerde aktif element, sıcaklık değişiminin en
yüksek derecede olması için mümkün olduğu kadar küçük tutulan bir malzemedir.
Işın gelişi kesildiğinde element ortam sıcaklığına geri döner.
Termal dedektörler çeşitlidir; bunlar başlıca dört grup
altında toplanabilir.
1. Termokupllar
ve Termopiller
2. Bolometreler
(Direnç Termometreleri)
3. Golay
ve Pnömatik Dedektörler
4. Piroelektrik
Dedektörler
İnfrared ışının ölçülmesi, kaynak şiddetlerinin ve infrared
fotonun enerjisinin düşük olması nedeniyle, zordur. Bu özellikler, bir infrared
dedektörden alınan sinyalin küçük olmasına yol açar, ve ölçümün yapılabilmesi
için büyük kuvvetlendirmeye gereksinim olur. Bir infrared cihazın hassasiyeti
ve doğruluğu dedektör sistemine bağlıdır.
Daha önce anlatılan fototüpler infrared için uygun değildir,
çünkü bu bölgedeki fotonlar enerji kaybederek elektronların fotoemisyonuna yol
açarlar. Bu nedenle ısıl dedektörler ve fotoiletkenliğe dayanan tayin
yöntemleri uygun olur.
Çok kısa dalga boyları dışındaki tüm infrared bölgede,
ışının ısıtma etkisiyle tepki veren ısıl dedektörler kullanılabilir. Bu
cihazlarla, ışın küçük bir siyah cisim tarafından absorblanır ve oluşan ısı
artışı ölçülür. Bir spektrofotometreden gelen ışın demetinin gücü çok azdır (107
– 109 W), saptanabilir bir sıcaklık yükselmesi üretildiğinde,
absorblayıcı elementin ısı kapasitesinin olabildiğince küçük olması gerekir.
Absorblayıcı elementin boyutunu ve kalınlığını küçültmek ve tüm infrared demeti
element yüzeyi üzerinde yoğunlaştırmak için pek çok çalışma yapılmıştır. En iyi
koşullarda, binde birkaç derecelik (0C) ısı yükselmeleri
algılanabilmektedir.
İnfrared ışının ısıl yöntemle ölçülmesinde çevreden gelen
ısıl etkiler sorun yaratır. Absorblayıcı element bir vakumlu ortamda ve bir
koruyucu içinde tutularak çevre ısılarından korunur. İstenmeyen ısı
kaynaklarını en aza indirmek için infrared cihazlarda daima kesilmiş (chopped)
ışın kullanılır. Böylece istenilen analit sinyali chopperin frekansı olur; Bu
sinyal, uygun devrelerle istenmeyen ışın sinyallerinden tamamen ayrılır.
1.
Termokupllar ve Termopiller
Isı kaynağı, soğuk bağlantı ve ölçme
sistemlerinin bulunduğu bir termokupl devesi
En basit tarifiyle bir termokupl, bir metalin iki ucunun,
başka bir metalin (veya yarıiletken bir metal alışımın) uçlarına
kaynatılmasıyla (ergitilerek) oluşan bağlantılardır. İki termokupl bağlantısı
arasında, bağlantılar arasındaki sıcaklık "farkı" ile değişen, bir
potansiyel doğar. Uygulamaların çoğunda bağlantılardan biri (referans
bağlantısı) sabit tutulur (çoğunlukla bir buz banyosu içinde) ve ikinci
bağlantı sıcaklığa-hassas dedektör olarak çalıştırılır.
Termokupulun hassasiyeti termopiller kullanılarak
yükseltilebilir. Termopiller, termokupuların
(örneğin 6 adet) seri olarak bağlanmasıyla hazrlanan bir tür termal
dedektörlerdir. Seri bağlanma nedeniyle çıkış toplanabilir özelliktedir.
‘Sıcak’ bağlantılar aktif element, ‘soğuk’ bağlantılar referans gibi davranır.
Bu tür dizaynlar termal enerjiyi elektrik sinyaline çevirebilen çok basit bir
aygıtlardır.
İnfrared çalışmada kullanılan dedektör bağlantısı çok ince
tel halindeki Pt ve Ag veya Sb ve Bi gibi metal sistemlerinden, veya metallerin
iletken olmayan bir destek malzemesi üstünde buharlaştırılmasıyla
hazırlanabilir. Hazırlanan bağlantı, çoğunlukla, karartılır (ısı absorblama
kapasitesini düzenlemek için) ve infrared ışını geçiren bir penceresi bulunan
vakumlu bir odacığa yerleştirilir.
Referans bağlantı ise kapasitesi daha büyük olacak ve gelen
ışından özenle korunacak şekilde dizayn edilir. Analit sinyali kesilmiş
olduğunda, sadece iki bağlantı arasındaki sıcaklık farkı önemlidir; bu nedenle,
referans bağlantının sabit bir sıcaklıkta tutulmasına gereksinim olmaz.
İyi dizayn edilmiş bir termokupl dedektör 10-6 0C
sıcaklık farkına tepki verebilir (6-8 mV/mW aralığında bir potansiyel farkı). Bir
infrared dedektörün termokuplu bir düşük-impedans (zahiri direnç) cihazıdır;
çoğunlukla, bir yüksek-impedans önamplifikatöre bağlanır.
2.
Bolometreler (Direnç Termometreleri)
Bolometreler elektrik direncinde, gelen ışından aldığı ışın
miktarıyla orantılı bir elektrik direnci üreten aygıtlardır. Gelen ışını
absorbladıklarında önce sıcaklıkları yükselir, bu durum elektrik direncinin
değişmesine yol açar.
Hassas element platin veya nikel gibi metal şeritlerden,
veya bir yarı iletkenden (bunlara termistör de denir) yapılmış olabilir;
örneğin, germanyumla doplanmış yarı-iletkenleler gibi. Yarı-iletken tiplerin
kullanım alanları metalik tiplerden daha yaygındır. Bu malzemeler, sıcaklığa
bağlı olarak önemli direnç değişiklikleri gösterirler. Respons elementi
küçüktür ve ışın ısısını absorblaması için karartılmıştır. Direnç
termometrelerinin IR cihazlarda kullanımı diğer infrared dedektörler kadar yaygın
değildir.
Bolometre, sabit sıcaklıktaki bir ısı yutucuya bağlanmış
absorblayıcı bir elementtir; Gelen elektromagnetik ışın malzeme tarafından
absorblandığında serbest elektronların kinetik enerjileri artar. Serbest
elektronların atomlarla çarpışmaları sonucunda malzemenin dokusunda titreşimler
meydana gelir; bu durum sıcaklık değişimi olarak gözlenir.
Bir bolometrik dedektörün şeması
.3.
Golay (Pnömatik) Dedektörler
Golay dedektörü performans karakteristikleri çok iyi olan hassas bir gaz termometresidir.
Silindirik bir odacıkta ksenon gazı bulunur. Silindirin bir
ucuna bir infrared pencere yapıştırılmıştır; diğer ucunda, dış yüzü gümüşlenmiş
esnek bir diyafram vardır. Işık demeti gümüşlenmiş bir yüzeyden bir vakumlu
fototüpün katoduna yansıtılır. Hücreye IR ışın girdiğinde karartılmış membran
ısınır, bu da iletkenlikle ksenonu ısıtır. Basınçta meydana gelen yükselme
gümüşlenmiş diyaframın bombeleşmesine neden olur. Sonuçta, fototüpün aktif yüzeyine
çarpan yansıtılan ışık miktarı değişir; böylece, infrared demetin gücü ile
ilgili fotoakımda bir değişme olur.
Bir golay hücresi
Golay hücresi diğer ısı dedektörlerinden daha pahalıdır ve
yakın ve orta infrared ışına karşı çok hassastır; bu nedenle de bu spektral
bölgelerde çok nadiren kullanılır. Diğer
taraftan, 50 mm (200 cm-1
)den büyük dalga boylarında fevkalade sonuç verir; bu nedenle, en çok
uzak-infrared bölgede kullanılır.
Piroelektrik dedektör ve amplifier
devresi
En hassas termal dedektörlerdir. Lityum tantalat (LiTaO3),
baryum titanat, ve triglisin sülfat (TGS) gibi bazı kristallerin
sıcaklığa-hassas dipol momentleri vardır. Bu tür maddeler metal levhalar
arasına konulduğunda sıcaklığa-hassas bir kapasitör oluşur, bu da infrared
ışının gücünü ölçmede kullanılır. Burada iletilen sinyal kapasitanstır.
Dedektörün responsu, malzemenin elektrik polarizasyonunun
sıcaklıkla artması halinde yükselir. Polarizasyonun değişmesi dielektrik
sabitinin de değişmesine neden olur. Radyant enerji absorblanırken sıcaklık
yükselir ve elektrik polarizasyon artar; dolayısıyla malzemedeki akım yer
değiştireceğinden dış devrede bu değişikliğe eşdeğer miktarda bir akım meydana
gelir. Bu halde piroelektrik element doğrudan bir akım jeneratörü gibi
davranır.
Piroelektrik etki: Bazı malzemelere ısı uygulandığında
pozitif ve negatif yükler malzemenin zıt uçlarına doğru hareket ederler.
Malzeme ısıtılmaya devam edildiğinde statik elektrik oluşur. Bu özellikten
ararlanılarak çeşitli aygıtlardan elektrik akımı elde edilebilmektedir.
