İlk olarak 1878’de Samuel Pierpont Langley adlı Amerikalı bir gökbilimci tarafından icat edilen bolometre, ısıyı veya elektromanyetik radyasyonu ölçmeye yardımcı olan son derece hassas bir cihazdır. Samuel Langley tarafından icat edilen cihaz, yalnızca teleskoplarla birlikte astronomik nesnelerden gelen kızılötesi radyasyonu ölçmek için kullanıldı. ilk bolometrede, metallerin dirençleri sıcaklıkla çok yavaş değiştiğinden küçük sapmalar için radyasyon yoğunluğuyla orantılı sapma üreten bir galvanometre ile birlikte Wheatstone köprüsü kullanıldı. Böylece cihazın hassasiyeti ve doğruluğu yükseltildi.
Işınımölçer
Bolometrenin devresi, bir kolu sıcaklığa duyarlı direnç içeren köprü şeklindedir. Sıcaklığa duyarlı direnç, gücü ölçülecek bir mikrodalga enerjisi alanına yerleştirilir. Sıcaklığa duyarlı direnç, içinde oluşan ısı nedeniyle ölçülen gücü emer. Bu ısı, bir elementin direncini değiştirir ve köprü devresi dirençteki değişimi ölçer. Bolometrenin ışınımlara olan duyarlılığı direnç olarak kullanılan metalin cinsine yakından bağlıdır. Modern cihazlar, metaller yerine süper iletkenlerden veya yarı iletkenlerden yapılmış emici elemanlar kullanır, bu daha iyi yanıt verir ve 0.0001 ° C kadar düşük sıcaklıktaki değişiklikleri tespit edebilir. Bolometre, osilatör olarak bir köprü devresi ve bu devre dengesiz olduğunda salınacak (oscillate) olan bir diferansiyel amplifikatör kombinasyonunu kullanır. Sayacın direnç elemanı, köprü dengelenene kadar gücü emer. DC öngerilimi (bias), devreyi dengelemek için ayarlanır. Bolometrenin devresi, mikrodalga sinyali alanına yerleştirilir. Devre elemanı, sıcaklıklarını artıran radyasyonu emer ve dolayısıyla dirençlerinde değişikliğe neden olur. Dirençteki değişkenlik, köprüyü dengesiz hale getirir. Bu dengesizlik, soğuk direnç nedeniyle ters yönde oluşur ve devre dengesini sağlayan osilatörün çıkışını azaltır. Elektronik voltmetre, direnç elemanı tarafından mikrodalga alanından emilen osilatörün güç artışlarını gösterir. Bolometreler, kızılötesi ve termal kameralarda ısı, sıcaklık, ışık ve elektromanyetik radyasyon ölçümü yapılan cihazlarda ve astronomide yıldızların sıcaklıklarını ölçmek için kullanılır.
Avantajları
- Diğer parçacık dedektörlerinin aksine, bolometrelerin soğutulmasına gerek yoktur ve oda sıcaklığında bile etkili bir şekilde çalışabilir.
- Fotonlara ve iyonlaştırıcı parçacıklara ek olarak, iyonlaştırıcı olmayan parçacıkları da ölçebilirler.
- Diğer parçacık dedektörleriyle karşılaştırıldığında, bu cihazlar çok hassastır ve son derece hassas enerji çözünürlüğü ölçümleri verir.
- Ayrıca üretimleri de oldukça ucuzdur, bu da işlemleri uygun maliyetli hale getirir.
Yeni Bolometre
Yeni bolometre, mevcut ticari cihazlardan 100.000 kat daha fazla hassasiyet elde etmek için tek katmanlı grafen kullanır. Grafenin elektriksel ve termal özellikleri sayesinde birçok farklı frekanstaki fotonları verimli bir şekilde emer ve elektron-elektron saçılma süresi kısadır. Yük nötr noktasında, grafenin kaybolan bir durum yoğunluğu vardır, bu da küçük bir ısı kapasitesi ve elektrondan fotona bir termal iletkenlik ile sonuçlanır. Araştırmacılar, ince bir bolometrik sensörü, bir bariyerle ayrılmış iki süper iletken elektrottan oluşan kuantum mekanik bir cihaz olan grafen bazlı Josephson bağlantısıyla geliştirdiler.
Kaynakça
- www.engineering.com
- sciencestruck.com
- circuitglobe.com
- www.britannica.com
Yazar: Furkan Özkaya
Elektronik ve Haberleşme Mühendisi
