ბოლომეტრი

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                            ბოლომეტრი

ვებ-ბოლომეტრი კოსმოსური ფონის გამოსხივების რეგისტრაციისთვის; სუბსტრატი არის ათი ცენტიანი მონეტა (დიამეტრი 17,91 მმ).

(ძვე. ბერძნ. βολή - სხივი და μέτρον - საზომი) - გამოსხივების თერმული მიმღები, ყველაზე ხშირად ოპტიკური (კერძოდ, IR დიაპაზონი). გამოიგონა სამუელ პიერპონტ ლენგლიმ 1878 წელს

მოწყობილობა

ბოლომეტრის მუშაობის პრინციპი ემყარება ტემპერატურისადმი მგრძნობიარე ელემენტის ელექტრული წინააღმდეგობის ცვლილებას შთანთქმის ელექტრომაგნიტური ენერგიის ნაკადის გავლენის ქვეშ გაცხელების გამო.

ბოლომეტრის მთავარი კომპონენტია ძალიან თხელი ფირფიტა (მაგალითად, პლატინისგან ან სხვა გამტარი მასალისგან დამზადებული), გაშავებული რადიაციის უკეთესი შთანთქმისთვის. მისი მცირე სისქის გამო, ფირფიტა სწრაფად თბება რადიაციის გავლენის ქვეშ და იზრდება მისი წინააღმდეგობა. ფირფიტის წინააღმდეგობის მცირე გადახრების გასაზომად, იგი შედის ხიდის წრეში, რომელიც დაბალანსებულია განათების არარსებობის შემთხვევაში. ლითონის ბოლომეტრები ხშირად დაკავშირებულია ტრანსფორმატორის შეყვანის საშუალებით, რადგან მათ აქვთ ძალიან დაბალი თვითმმართველობის წინააღმდეგობა.

Conceptual schematic of a bolometer. Power, P, from an incident signal is absorbed and heats up a thermal mass with heat capacity, C, and temperature, T. The thermal mass is connected to a reservoir of constant temperature through a link with thermal conductance, G. The temperature increase is ΔT = P/G and is measured with a resistive thermometer, allowing the determination of P. The intrinsic thermal time constant is τ = C/G. - ბოლომეტრის კონცეპტუალური სქემა. სიმძლავრე, P, ინციდენტის სიგნალიდან შეიწოვება და ათბობს თერმულ მასას თბოტევადობით, C და ტემპერატურა, T. თერმული მასა დაკავშირებულია მუდმივი ტემპერატურის რეზერვუართან თბოგამტარობასთან კავშირის მეშვეობით, G. ტემპერატურის მატება. არის ΔT = P/G და იზომება რეზისტენტული თერმომეტრით, რაც იძლევა P-ის განსაზღვრის საშუალებას. შინაგანი თერმული დროის მუდმივი არის τ = C/G.

პირველი ნახევარგამტარული ბოლომეტრი შექმნა ბელმა მეორე მსოფლიო ომის დროს. გამოირჩეოდა სიმარტივით, საიმედოობით და მაღალი მგრძნობელობით. იგი გამოიყენებოდა IR სპექტროსკოპიისა და თერმული მიმართულების დასადგენად.

პირველი თერმორეზისტული ბოლომეტრები წარმატებით მოქმედებდნენ დედამიწის ხელოვნურ თანამგზავრებზე, მაგრამ მოგვიანებით მათ ჩაანაცვლეს პიროელექტრული მიმღებები.

პლატინა, ნიკელი და ოქრო გამოიყენება როგორც მასალა ლითონის ბოლომეტრებისთვის, ხოლო ნიკელის, კობალტის და მანგანუმის ოქსიდების შენადნობები გამოიყენება ნახევარგამტარული ბოლომეტრებისთვის.

ნახევარგამტარული ბოლომეტრი შედგება ორი ფირის (10 μm სისქის) თერმისტორისგან. ერთ-ერთი თერმისტორი, რომელიც უშუალოდ ექვემდებარება რადიაციას, აქტიურია. მეორე არის კომპენსაცია. იგი დაცულია გარე გამოსხივებისგან და შექმნილია გარემოს ტემპერატურის ცვლილებების კომპენსაციისთვის. ორივე თერმისტორი მოთავსებულია საერთო დალუქულ კორპუსში.

ბოლომეტრის მგრძნობელობა უმჯობესდება, როდესაც მგრძნობიარე ელემენტის ტემპერატურა იკლებს. ასტრონომია ჩვეულებრივ იყენებს თხევადი ჰელიუმის ტემპერატურამდე გაცივებულ ბოლომეტრებს.

ბოლომეტრების ძირითადი პარამეტრები:

აქტიური თერმისტორის წინააღმდეგობა ნომინალურ ტემპერატურაზე;

სამუშაო ძაბვა;

მგრძნობელობა სინათლის ნაკადის მოდულაციის გარკვეულ სიხშირეზე;

მგრძნობელობის ბარიერი;

დროის მუდმივი;

შინაგანი ხმაურის დონე - ლითონისთვის, ჭარბობს თერმული ხმაური, ნახევარგამტარებისთვის - დენი.

განაცხადი

ბოლომეტრი მგრძნობიარეა მთელი რადიაციის სპექტრის მიმართ, მაგრამ ის ძირითადად გამოიყენება ასტრონომიაში, რათა აღმოაჩინოს რადიაცია სუბმილიმეტრიანი ტალღის სიგრძით: ამ დიაპაზონისთვის ბოლომეტრი ყველაზე მგრძნობიარე სენსორია. თერმული გამოსხივების წყარო შეიძლება იყოს ვარსკვლავების ან მზის სინათლე, რომელმაც გაიარა სპექტრომეტრი და დაიშალა ათასობით სპექტრულ ხაზად, რომელთაგან თითოეულში ენერგია ძალიან მცირეა.

ნახევარგამტარული ბოლომეტრები გამოიყენება, მაგალითად, საორიენტაციო სისტემებში, ობიექტების ტემპერატურის დისტანციური გაზომვისთვის, სენსორებში სამხედრო მანქანების ზემოქმედების გამოსავლენად (მაგალითად, თავების ლაზერული სხივით).

იგი გამოიყენება PONAB სისტემებში მანქანების ღერძების ყუთების გათბობის დასადგენად.

მიკრობოლომეტრი

მიკრობოლომეტრი არის სპეციალური ტიპის ბოლომეტრი, რომელიც გამოიყენება როგორც დეტექტორი თერმული გამოსახულების კამერაში. ეს არის ვანადიუმის ოქსიდის ან ამორფული სილიკონის თერმული სენსორული ბადე შესაბამისი სილიკონის ბადეზე. გარკვეული ტალღის სიგრძის ინფრაწითელი გამოსხივება ურტყამს ვანადიუმის ოქსიდს ან ამორფულ სილიკონს და ცვლის მის ელექტრულ წინააღმდეგობას. წინააღმდეგობის ეს ცვლილება იზომება და გარდაიქმნება ტემპერატურებად, რაც შეიძლება გრაფიკულად იყოს წარმოდგენილი.

იხ. ვიდეო - Болометр

ცხელი ელექტრონის ბოლომეტრი

ცხელი ელექტრონის ბოლომეტრი (HEB) მუშაობს კრიოგენულ ტემპერატურაზე, როგორც წესი, აბსოლუტური ნულის რამდენიმე გრადუსის ფარგლებში. ამ ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე მეტალში არსებული ელექტრონული სისტემა სუსტად არის დაკავშირებული ფონონურ სისტემასთან. ელექტრონულ სისტემასთან დაწყვილებული სიმძლავრე აშორებს მას ფონონურ სისტემასთან თერმული წონასწორობიდან და ქმნის ცხელ ელექტრონებს. მეტალში ფონონები, როგორც წესი, კარგად არის დაკავშირებული ფონონების სუბსტრატისთვის და მოქმედებენ როგორც თერმული რეზერვუარი. HEB-ის მუშაობის აღწერისას, შესაბამისი სითბოს სიმძლავრე არის ელექტრონული სითბოს სიმძლავრე და შესაბამისი თბოგამტარობა არის ელექტრონ-ფონონის თბოგამტარობა.

თუ შთამნთქმელი ელემენტის წინააღმდეგობა დამოკიდებულია ელექტრონის ტემპერატურაზე, მაშინ წინააღმდეგობა შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ელექტრონული სისტემის თერმომეტრი. ეს ეხება როგორც ნახევარგამტარ, ასევე ზეგამტარ მასალებს დაბალ ტემპერატურაზე. თუ შთამნთქმელ ელემენტს არ აქვს ტემპერატურაზე დამოკიდებული წინააღმდეგობა, როგორც ეს ტიპიურია ჩვეულებრივი (არაზეგამტარი) ლითონებისთვის ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე, მაშინ ელექტრონის ტემპერატურის გასაზომად შეიძლება გამოყენებულ იქნას მიმაგრებული რეზისტენტული თერმომეტრი.

მიკროტალღური გაზომვა

ბოლომეტრი შეიძლება გამოყენებულ იქნას სიმძლავრის გასაზომად მიკროტალღურ სიხშირეებზე. ამ აპლიკაციაში რეზისტენტული ელემენტი ექვემდებარება მიკროტალღურ ძალას. dc მიკერძოებული დენი გამოიყენება რეზისტორზე მისი ტემპერატურის ამაღლების მიზნით ჯოულის გაცხელებით, ისე, რომ წინააღმდეგობა შეესაბამებოდეს ტალღის გამტარის დამახასიათებელ წინაღობას. მიკროტალღური სიმძლავრის გამოყენების შემდეგ, მიკერძოებული დენი მცირდება, რათა ბოლომეტრი დაუბრუნდეს მის წინააღმდეგობას მიკროტალღური სიმძლავრის არარსებობის შემთხვევაში. dc სიმძლავრის ცვლილება მაშინ უდრის შთანთქმის მიკროტალღურ სიმძლავრეს. გარემოს ტემპერატურის ცვლილებების ეფექტის უარყოფისთვის, აქტიური (გამზომი) ელემენტი არის ხიდის წრეში იდენტური ელემენტით, რომელიც არ ექვემდებარება მიკროტალღებს; ორივე ელემენტისთვის საერთო ტემპერატურის ცვალებადობა გავლენას არ ახდენს წაკითხვის სიზუსტეზე. ბოლომეტრის საშუალო რეაგირების დრო იძლევა პულსირებული წყაროს სიმძლავრის მოხერხებულ გაზომვას.

2020 წელს ორმა ჯგუფმა მოახსენა მიკროტალღური ბოლომეტრები, რომლებიც დაფუძნებულია გრაფენზე დაფუძნებულ მასალებზე, რომლებსაც შეუძლიათ მიკროტალღური გამოვლენა ერთფოტონურ დონეზე.

Იხილეთ ასევე

თერმოწყვილი

მცოცავი ბოლომეტრი

პირომეტრი

რადიომეტრი

ტასიმეტრი

თერმისტორი

პირჰელიომეტრი

გველებში ინფრაწითელი სენსორული ორგანოს სტრუქტურა და ფუნქცია მსგავსებაა ბოლომეტრთან.

ცნობები

  ლენგლის ბოლომეტრი, 1880-1890 წწ. მეცნიერების მუზეუმის ჯგუფი. წაკითხვის თარიღი: 2022 წლის 20 მარტს.

  იხილეთ, მაგალითად, ბოლომეტრები - განმარტება Merriam-Webster ონლაინ ლექსიკონიდან

  Richards, P. L. (1994). "ბოლომეტრები ინფრაწითელი და მილიმეტრიანი ტალღებისთვის". გამოყენებითი ფიზიკის ჟურნალი. 76 (1): 1–24. ბიბკოდი:1994JAP....76....1R. doi: 10.1063/1.357128.

  Langley, S. P. (1880 წლის 23 დეკემბერი). "ბოლომეტრი". ამერიკული მეტროლოგიური საზოგადოება. გვ. 1-7.

  Langley, S. P. (1881 წლის 12 იანვარი). "ბოლომეტრი და გასხივოსნებული ენერგია". ამერიკის ხელოვნებისა და მეცნიერების აკადემიის შრომები. 16: 348. დოი: 10.2307/25138616. JSTOR 25138616.

  სამუელ პ. ლენგლის ბიოგრაფია დაარქივებულია 2009-11-06 Wayback Machine High Altitude Observatory-ში, უნივერსიტეტის კორპორაცია ატმოსფერული კვლევისთვის

  "სამუელ პიერპონტ ლენგლი". დედამიწის ობსერვატორია.nasa.gov. 2000 წლის 3 მაისი.

  ტესლა, ნიკოლა (1992). "ნაწილი 4". ნიკოლა ტესლა ალტერნატიულ დენებთან მუშაობის შესახებ და მათი გამოყენება უსადენო ტელეგრაფიაში, ტელეფონსა და ელექტროენერგიის გადაცემაში: გაფართოებული ინტერვიუ. ლელანდი I. ანდერსონი. ISBN 978-1-893817-01-2. ვფიქრობ, ასობით მოწყობილობა მქონდა, მაგრამ პირველი მოწყობილობა, რომელიც გამოვიყენე და ძალიან წარმატებული იყო, ბოლომეტრის გაუმჯობესება იყო. მე შევხვდი პროფესორ ლენგლის 1892 წელს სამეფო ინსტიტუტში. ლექციის წაკითხვის შემდეგ მან მითხრა, რომ ყველა ამაყობდა ჩემით. მე მას ველაპარაკე ბოლომეტრზე და ვუთხარი, რომ ეს მშვენიერი ინსტრუმენტი იყო. მე მაშინ ვუთხარი: "პროფესორო ლენგლი, მე მაქვს წინადადება ბოლომეტრის გაუმჯობესებაზე, თუ თქვენ განასახიერებთ მას პრინციპში." მე ავუხსენი, როგორ შეიძლებოდა ბოლომეტრის გაუმჯობესება. პროფესორი ლენგლი ძალიან დაინტერესდა და თავის ბლოკნოტში ჩაწერა ის, რაც მე შევთავაზე. მე გამოვიყენე ის, რასაც ვუწოდებდი მცირე მასის წინააღმდეგობას, მაგრამ ბევრად უფრო მცირე მასის, ვიდრე ლენგლის ბოლომეტრში, და გაცილებით მცირე მასის, ვიდრე ნებისმიერი მოწყობილობისა, რომელიც დაფიქსირებულია მას შემდეგ გაცემულ პატენტებში. უაზრო რაღაცეებია. მე გამოვიყენე მასები, რომლებიც არ იყო არცერთ პატენტში ან პუბლიკაციებში აღწერილი უმცირესი მასის მემილიონედი. ასეთი ინსტრუმენტით ვმუშაობდი, მაგალითად, ვესტ პოინტში - მივიღე სიგნალები ჩემი ლაბორატორიიდან ჰიუსტონის ქუჩაზე, უესტ პოინტში.

  სიზოვი, ფედირ ფ. (2020 წლის 5 მაისი). დეტექტორები და წყაროები THz და IR. Millersville, PA, აშშ: მასალების კვლევის ფორუმი. გვ. 185. ISBN 9781644900741.

  "CMB-S4 – CMB-S4 შემდეგი თაობის CMB ექსპერიმენტი". cmb-s4.org.

  Wellstood, F. C.; ურბინა, ჩ. კლარკი, ჯონი (1994). "ცხელი ელექტრონის ეფექტები ლითონებში". ფიზიკური მიმოხილვა B. 49 (9): 5942–5955. ბიბკოდი:1994PhRvB..49.5942W. doi:10.1103/PhysRevB.49.5942. PMI

D 10011570.

  კაი ჩანგი (რედ), RF და მიკროტალღური ინჟინერიის ენციკლოპედია, (Wiley 2005) ISBN 0-471-27053-9 გვერდები 2736–2739

  ლი, გილ-ჰო; ეფეტოვი, დიმიტრი კ. და სხვ. (2020 წლის 1 ოქტომბერი). "გრაფენზე დაფუძნებული ჯოზეფსონის შეერთების მიკროტალღური ბოლომეტრი". Ბუნება. 586 (7827): 42–46. arXiv:1909.05413. ბიბკოდი:2020Natur.586...42ლ. doi:10.1038/s41586-020-2752-4. hdl: 1721.1/129674. PMID 32999482. S2CID 202565642. დაარქივებულია ორიგინალიდან 2020 წლის 5 ოქტომბერს.

  კოკონიემი, რ. Girard, J.-P.; და სხვ. (2020 წლის 1 ოქტომბერი). "ბოლომეტრი, რომელიც მუშაობს წრიული კვანტური ელექტროდინამიკის ზღურბლზე". Ბუნება. 586 (7827): 47–51. arXiv:2008.04628. ბიბკოდი:2020Natur.586...47K. doi:10.1038/s41586-020-2753-3. PMID 32999484. S2CID 221095927. დაარქივებულია ორიგინალიდან 2020 წლის 5 ოქტომბერს.

  ჯონსტონი, ჰამიში (2020 წლის 5 ოქტომბერი). „ახალ მიკროტალღურ ბოლომეტრებს შეუძლიათ კვანტური კომპიუტერების გაძლიერება“. დაარქივებულია ორიგინალიდან 2020 წლის 8 ოქტომბერს.

გარე ბმულები

Wikimedia Commons-ს აქვს ბოლომეტრებთან დაკავშირებული მედია.

შესავალი ბოლომეტრებში (რიჩარდსის ჯგუფი, ფიზიკის დეპარტამენტი, UC Berkeley)

NASA ბოლომეტრის ისტორიაზე

ლენგლის საკუთარი სიტყვები ბოლომეტრზე და მის გამოყენებაზე

კატეგორიები: სენსორები რადიომეტრია საზომი ხელსაწყოები ნაწილაკების დეტექტორები სუპერგამტარი დეტექტორები,

იხ. ვიდეო - Bolometer (longer version) Year 10