Болометр

(от греч. bolē — бросок; луч и ...метр

        прибор для измерений энергии излучения, основанный на изменении электрического сопротивления термочувствительного элемента при нагревании его вследствие поглощения измеряемого потока излучения. Б. служит для измерения мощности интегрального (суммарного) излучения, а вместе со спектрометром — для измерения спектрального состава излучения. Термочувствительный элемент обычно представляет собой тонкий (0,1—1 мкм) слой металла (никель, золото, висмут и др.), поверхность которого покрывается слоем черни, имеющим большой коэффициент поглощения в широкой области длин волн, или полупроводник с большим температурным коэффициентом сопротивления (0,04—0,06°С и более), или же диэлектрик.

         Размер и форма чувствительного элемента Б. определяются природой источника радиации. Для спектральных измерений этот элемент обычно изготовляют в виде двух одинаковых полосок. Излучение направляется на один элемент, а другой служит для компенсации изменений температуры окружающей среды и радиационных помех. Вид Б. для спектральных измерений приведён на рис. Б. включается в электрическую мостовую схему, питаемую постоянным или переменным током. Под действием потока радиации температура чувствительного элемента изменяется на некоторую величину ΔТ, что приводит к соответствующему изменению сопротивления Б. на ΔR. Последнее вызывает изменение силы тока в электрической цепи Б., и на нагрузочном сопротивлении возникает падение напряжения, которое служит мерой мощности измеряемого потока радиации.

         Б. характеризуется коэффициентом преобразования энергии излучения в электрическое напряжение или чувствительностью r, сопротивлением R, порогом чувствительности Б. и постоянной времени τ, служащей мерой времени установления его стационарного режима при облучении.

         Металлические Б. работают обычно без охлаждения. Их изготовляют либо из тонких фольг, либо напылением металла в вакууме на тонкую плёнку или твёрдую подложку. Выбор делают в зависимости от желаемого значения τ. Лучшие Б. из фольг — никелевые, имеющие сопротивление 5—10 ом, чувствительность 7—10 в/вт, постоянную времени 0,02 сек.

         Напылённые Б. изготовляют из висмута, сурьмы и никеля испарением металлов в вакууме на тонкую органическую плёнку. Наиболее распространены из металлических напылённых Б. висмутовые, с параметрами: сопротивление 150—200 ом, чувствительность 13—15 в/вт, постоянная времени 0,02 сек.

         Полупроводниковые Б. также применяют обычно без охлаждения. Их изготовляют прессованием окислов никеля, марганца и кобальта или испарением некоторых полупроводников в вакууме на подложку. Их параметры: сопротивление 1—10 Мом, чувствительность 50—1000 в/вм, постоянная времени 1—5 мсек.

         Наиболее чувствительны охлаждаемые до очень низкой температуры полупроводниковые Б., изготовленные из германия, легированного галлием. При температуре 2—4 К, приёмной площадке 10 мм² и сопротивлении 12 ком чувствительность 4,5 кв/вт, а постоянная времени 0,4 мсек.

         Весьма чувствительны также сверхпроводящие Б. с чувствительным элементом в виде тонкой проволоки, которая находится при температуре перехода в сверхпроводящее состояние и по которой протекает измерительный ток. Под действием излучения сопротивление проволоки частично восстанавливается, что приводит к увеличению падения напряжения. Лучшие из них — оловянные Б., напылённые на тонкую слюдяную подложку, работающие при температуре 3,7 К, что соответствует середине интервала перехода олова из нормального в сверхпроводящее состояние. Недостаток таких Б. — необходимость поддержания температуры с высокой степенью точности и сложность согласования Б. с усилителем.

         Б. широко применяют в технике как приёмники инфракрасного излучения.

         Лит.: Смит P., Джонс Ф., Чесмер P., Обнаружение и измерение инфракрасного излучения, пер. с англ., М., 1959; Тепловые приемники излучения, К., 1967.

        

        Болометр БМЦ-3 для спектральных приборов.