Проверка температуры тела при входе в общественные здания стала повседневной реальностью с начала пандемии. Это приводит к очередям. Проблему могут решить камеры-тепловизоры, но они стоят недешево, чтобы устанавливать их везде. Исследователи из Центра оптоэлектронных материалов и устройств в Корейском институте науки и техники решили проблему, адаптировав технологию болометра для использования в смартфонах.
Болометр — тепловой приемник излучения, который изобретен Самуэлем Пирпонтом Лэнгли в 1878 году. В новом исполнении микроболометр показал результаты, близкие к точным, даже при температурах в 100 °C и выше. Компоненты современных смартфонов обычно разрабатываются с учетом возможности работы при температурах до 85 °C. Это значит, что подобный сенсор можно установить на телефон.
Традиционные бесконтактные термометры работают, преобразуя инфракрасное излучение, которое испускают все тела с температурой выше абсолютного нуля, в электрический ток. А уже его значение впоследствии пересчитывается и на экране отображаются градусы Цельсия или Фаренгейта. Чем выше температура тела, тем интенсивнее инфракрасное излучение.
В основе современных тепловизоров лежат массивы микроболометров, которые измеряют температуру точнее простых бесконтактных термометров. Инфракрасное излучение воздействует на детектор, вызывая изменение величины электрического тока. При этом большинство современных микроболометров работают в штатном режиме только при температурах, близких к комнатным, при более высоких возникает потребность в блоке охлаждения.
Наиболее распространенные микроболометры могут работать только при комнатной температуре или около нее, а для высокотемпературных сред необходимо отдельное охлаждающее устройство. Корейские ученые заменили традиционный материал детектора на более термостойкий, изготовив пленку диоксида ванадия, которая могла бы демонстрировать такие же изменения электрического тока от комнатной температуры до 100 °C.
Они также встроили в микроболометр поглотитель инфракрасного излучения, который максимально увеличил поглощение инфракрасного излучения устройством и его чувствительность в три раза. Во время тестирования микроболометр мог снимать тепловые изображения со скоростью 100 кадров в секунду даже при 100 °C, что примерно в три-четыре раза быстрее, чем у обычных датчиков.
На практике это означает, что при низкой цене микроболометр можно не только устанавливать в телефоны, но и вообще использовать повсеместно. Например, он поможет бортовым системам автомобилей обнаруживать источники опасности в темное время суток, в строительстве он позволит оперативно обнаруживать изъяны конструкций, а пожарные смогут лучше видеть в условиях задымления.
Тепловизионные камеры, основанные на недорогих микроболометрах, которые могут работать при высоких температурах, пригодятся для ночного видения, обнаружения опасностей в транспортных средствах, структурных дефектов в зданиях и помощи пожарным в наблюдении за дымом.
«Неохлаждаемые тепловизоры изначально разрабатывались для военных целей, таких как дистанционное измерение температуры военных объектов или солдат, — сказал автор исследования Вон Джун Чой из Центра оптоэлектронных материалов и устройств Корейского института науки и технологий. — Но теперь возможно множество других приложений».
Читать далее
Замедление вращения Земли вызвало выброс кислорода на планете
Астрономы заметили в далеком космосе необычные структуры
Посмотрите на наскальное искусство неандертальцев, которому более 60 тыс. лет