Temperatursensorik
Infrarot
Mikrobolometer-IR-Sensoren
Mikrobolometer-IR-Sensoren: Revolutionieren Sie Ihre Anwendungen mit präziser Wärmebildtechnik!
Mikrobolometer-IR-Sensoren ermöglichen detaillierte Wärmebilder unabhängig von externem Licht. Sie wollen Ihre Prozesse optimieren und von präzisen Temperaturdaten profitieren? Die maßgeschneiderten Lösungen von Sentac bieten Ihnen Wettbewerbsvorteile durch optimierte Integration und Datennutzung. Kontaktieren Sie uns, um mehr über die effektive Implementierung und Maximierung Ihres ROI zu erfahren.
Das Thema kurz und kompakt
Mikrobolometer-IR-Sensoren revolutionieren die Wärmebildtechnik durch präzise Temperaturmessungen ohne Kühlung, was sie kosteneffizient und vielseitig macht.
Die NETD ist entscheidend für die Temperaturauflösung, wobei niedrigere Werte eine bessere Leistung bedeuten. Hochwertige Sensoren erreichen NETD-Werte von unter 30 mK, was die Qualitätskontrolle und Prozessüberwachung verbessert.
Industrielle Anwendungen profitieren von der berührungslosen Temperaturmessung, die Produktionsfehler um bis zu 3% reduziert und die Anlageneffizienz um 10% steigert, was zu einer erheblichen Kosteneinsparung führt.
Erfahren Sie, wie Mikrobolometer-IR-Sensoren Ihre Prozesse optimieren, die Sicherheit erhöhen und die Effizienz steigern können. Lassen Sie sich von Sentac individuell beraten!
Mikrobolometer-IR-Sensoren: Präzise Wärmebildtechnik für optimierte Prozesse
Die Welt der Wärmebildtechnik hat sich durch die Entwicklung von Mikrobolometer-IR-Sensoren revolutioniert. Diese hochentwickelten Systeme ermöglichen die Erkennung von Infrarotstrahlung und die Messung kleinster Temperaturunterschiede. Bei Sentac verstehen wir die Bedeutung dieser Technologie und bieten Ihnen maßgeschneiderte Lösungen, die auf Ihre spezifischen Anforderungen zugeschnitten sind. Entdecken Sie, wie Mikrobolometer-IR-Sensoren Ihre Prozesse optimieren, die Sicherheit erhöhen und die Effizienz steigern können. Wir beraten Sie gerne individuell, um die beste Lösung für Ihre Anwendung zu finden.
Was sind Mikrobolometer?
Grundlagen und Funktionsweise
Mikrobolometer sind thermische Sensoren, die Infrarotstrahlung detektieren. Im Gegensatz zu gekühlten IR-Detektoren benötigen sie keine aufwendige Kühlung, was sie kostengünstiger und einfacher in der Anwendung macht. Das Funktionsprinzip basiert auf der thermischen Detektion von Infrarotstrahlung. Die einfallende Strahlung wird absorbiert und in eine Temperaturerhöhung umgewandelt. Diese Temperaturänderung führt zu einer Änderung des elektrischen Widerstands eines Sensormaterials, die dann gemessen wird. Mehr Informationen zu den Grundlagen ungekühlter IR-Imager finden Sie auf der Seite des Fraunhofer IMS.
Bedeutung und Anwendungsbereiche
Die Bedeutung von Mikrobolometer-IR-Sensoren liegt in ihrer Fähigkeit, präzise Temperaturdaten zu liefern, ohne dass eine externe Lichtquelle erforderlich ist. Dies revolutioniert verschiedene Industrien, darunter die industrielle Fertigung, das Gesundheitswesen und die Umweltüberwachung. Durch die Optimierung von Prozessen, die Verbesserung der Sicherheit und die Steigerung der Effizienz tragen diese Sensoren maßgeblich zur Wertschöpfung bei. Wir von Sentac bieten Ihnen die Möglichkeit, diese Technologie optimal zu nutzen, um Ihre spezifischen Ziele zu erreichen. Unsere Temperatursensorik-Lösungen sind vielfältig einsetzbar.
Thermische Detektion: So wandeln Mikrobolometer IR-Strahlung in präzise Messwerte um
Das thermische Prinzip
Absorption von IR-Strahlung
Mikrobolometer arbeiten nach einem einfachen, aber effektiven thermischen Prinzip. Eine thermisch isolierte Membran absorbiert die einfallende IR-Strahlung. Diese Absorption führt zu einer Temperaturerhöhung der Membran. Die Effizienz dieser Absorption hängt von den verwendeten Materialien und der Konstruktion der Membran ab. Fraunhofer IMS nutzt beispielsweise amorphes Silizium als Sensormaterial. Die Funktionsweise der Mikrobolometer basiert auf der Messung der resultierenden Temperaturänderung.
Materialien und Aufbau
Bei den Materialien für Mikrobolometer gibt es zwei Hauptkandidaten: amorphes Silizium (a-Si) und Vanadiumoxid (VOx). Beide Materialien haben ihre spezifischen Vor- und Nachteile. VOx zeichnet sich durch eine hohe thermische Empfindlichkeit aus, während a-Si Vorteile bei der CMOS-Integration, Stabilität und Reaktionszeit bietet. Die Wahl des Materials hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der Aufbau des Mikrobolometers, der in der Regel aus einer Sensor- und Absorberschicht besteht, die über einem Substrat aufgehängt ist.
Pixel Pitch und Mikrostrukturierung
Der Pixel Pitch, also der Abstand zwischen den einzelnen Pixeln, ist ein entscheidender Faktor für die Auflösung des Sensors. Gängige Größen sind 25 µm, 17 µm und 12 µm. Ein kleinerer Pixel Pitch ermöglicht eine höhere Auflösung, stellt aber auch höhere Anforderungen an die Mikrostrukturierung. Um die Absorption der IR-Strahlung zu maximieren, wird häufig ein λ/4 Resonator verwendet. Dieser besteht aus einer Membran, die in einem bestimmten Abstand über einem Reflektor angeordnet ist. Die Größe der einzelnen Pixel bestimmt die räumliche Auflösung des Sensors.
NETD unter 30 mK: So erzielen Sie höchste Präzision mit Mikrobolometer-IR-Sensoren
NETD (Noise Equivalent Temperature Difference)
Bedeutung für die Temperaturauflösung
Die NETD ist ein entscheidender Parameter für die Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Mikrobolometer-IR-Sensoren. Sie gibt an, welche Temperaturdifferenz der Sensor noch auflösen kann. Niedrigere NETD-Werte bedeuten eine bessere Leistung, da der Sensor auch kleinste Temperaturunterschiede erkennen kann. Typische Werte liegen im Bereich von < 30 mK für hochwertige Sensoren. Für viele Anwendungen sind jedoch auch höhere Werte ausreichend. Hochleistungs-Mikrobolometer-Kameras erreichen mittlerweile NETD-Werte von bis zu 20mK.
Weitere wichtige Parameter
Neben der NETD gibt es weitere wichtige Parameter, die die Leistung von Mikrobolometer-IR-Sensoren beeinflussen. Dazu gehören die Responsivität (V/W), die thermische Sensitivität (mK/W) und die Frame Rate (FPS). Der Spektralbereich (LWIR, MWIR, SWIR) gibt an, in welchem Wellenlängenbereich der Sensor empfindlich ist. Die thermische Zeitkonstante beeinflusst die Reaktionszeit des Sensors auf Änderungen der IR-Strahlung. Eine hohe Präzision ist entscheidend für viele Anwendungen.
Non-Uniformity Correction (NUC)
Aufgrund von Fertigungstoleranzen weisen die einzelnen Pixel eines Mikrobolometer-Arrays unterschiedliche Empfindlichkeiten auf. Um eine gleichmäßige Bildqualität zu gewährleisten, ist eine Non-Uniformity Correction (NUC) erforderlich. Diese Korrektur gleicht die Pixel-zu-Pixel-Variationen aus und sorgt für ein homogenes Bild. Die NUC ist ein wichtiger Schritt in der Signalverarbeitung von Mikrobolometer-IR-Sensoren. Ohne diese Korrektur wären die Bilder von Mikrobolometern nicht zu gebrauchen.
Amorphes Silizium: So fertigt Fraunhofer IMS Mikrobolometer auf CMOS-Wafern
Fraunhofer IMS als deutscher Hersteller
Amorphes Silizium als Sensormaterial
Das Fraunhofer IMS ist der einzige deutsche Hersteller von Mikrobolometern. Dabei wird amorphes Silizium als Sensormaterial verwendet. Dieses Material bietet Vorteile hinsichtlich der CMOS-Integration und der Stabilität. Die Herstellung der Mikrobolometer erfolgt auf CMOS-Wafern. Dies ermöglicht eine kostengünstige und effiziente Produktion.
Post-Processing Schritte
Nach der Herstellung der CMOS-Wafer sind weitere Post-Processing Schritte erforderlich, um die Mikrobolometer zu fertigen. Ein wichtiger Schritt ist die Suspension der Membran. Dabei wird die Membran in einem bestimmten Abstand zum Reflektor angeordnet (ca. 2 µm). Dieser Abstand bildet einen λ/4 Resonator, der die Absorption der IR-Strahlung maximiert. Das Design des Fraunhofer IMS basiert auf einem Single-Level Mikrobolometer.
Industrie 4.0: Mikrobolometer-IR-Sensoren optimieren Qualitätskontrolle und Patientenüberwachung
Industrielle Anwendungen
Qualitätskontrolle und Prozessüberwachung
In der Industrie werden Mikrobolometer-IR-Sensoren für die Qualitätskontrolle und Prozessüberwachung eingesetzt. Sie ermöglichen die Früherkennung von Überhitzung und die Optimierung von Fertigungsprozessen. Durch die berührungslose Temperaturmessung können potenzielle Probleme frühzeitig erkannt und behoben werden. Dies trägt zur Reduzierung von Ausfallzeiten und zur Verbesserung der Produktqualität bei. Unsere Infrarot-Technologien bieten vielfältige Einsatzmöglichkeiten in der Industrie.
Gesundheitswesen
Im Gesundheitswesen werden Mikrobolometer-IR-Sensoren für die non-invasive Patientenüberwachung eingesetzt. Sie ermöglichen die Messung der Temperaturverteilung auf der Haut, was zur Diagnose von Erkrankungen beitragen kann. Die berührungslose Messung ist besonders schonend für die Patienten. Zudem können die Sensoren zur Überwachung von Vitalfunktionen eingesetzt werden. Die Anwendungen im Gesundheitswesen sind vielfältig.
Umweltüberwachung
Auch in der Umweltüberwachung spielen Mikrobolometer-IR-Sensoren eine wichtige Rolle. Sie werden in der Klimaforschung und zur Leckageortung eingesetzt. So können beispielsweise Gaslecks frühzeitig erkannt werden. Die Sensoren ermöglichen die Messung von Temperaturverteilungen in der Atmosphäre und auf der Erdoberfläche. Dies liefert wichtige Daten für die Klimaforschung. Unsere Infrarot-Technologie zur Feinstaubmessung ist ein weiteres Beispiel für den Einsatz in der Umweltüberwachung.
Thermo-mechanischer Stress: So begegnen Sie Herausforderungen bei der Zuverlässigkeit von Mikrobolometern
Zuverlässigkeitsprobleme
Package Hermetizität und Bolometer Pixel Stabilität
Mikrobolometer-IR-Sensoren stehen vor Herausforderungen in Bezug auf ihre Zuverlässigkeit. Probleme können durch die Package Hermetizität und die Bolometer Pixel Stabilität entstehen. Thermo-mechanischer Stress und Outgassing können zu Beschädigungen führen. Es ist wichtig, diese potenziellen Probleme zu berücksichtigen und geeignete Maßnahmen zur Qualitätssicherung zu ergreifen. Die Zuverlässigkeit von Mikrobolometern ist ein wichtiger Faktor für ihre Lebensdauer.
Degradationsmodelle
Um die Sensorlebensdauer vorherzusagen, werden Degradationsmodelle verwendet. Diese Modelle berücksichtigen verschiedene Stressfaktoren und deren Auswirkungen auf die Sensorleistung. Wafer-Level Chip-Scale Packages (CSPs) bieten Vorteile in Bezug auf die Herstellungskosten und die Größe. Das Design des Fraunhofer IMS basiert auf amorphen Silizium Bolometern und einem CSP. Dies dient als Fallstudie für die Zuverlässigkeitsanalyse.
Miniaturisierung treibt Innovation: So gestalten kleinere Pixel die Zukunft der Mikrobolometer
Verbesserte Leistung und Miniaturisierung
Trend zu kleineren Pixeln
Ein aktueller Trend in der Entwicklung von Mikrobolometer-IR-Sensoren ist die Miniaturisierung. Dies führt zu einer höheren Auflösung und einer verbesserten Leistung. Fortschrittliche Mikrostrukturierungstechniken ermöglichen die Herstellung von immer kleineren Pixeln. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für Anwendungen in verschiedenen Bereichen. Die Entwicklung geht hin zu kleineren Pixeln.
Integration und Automatisierung
Die Integration von Mikrobolometer-IR-Sensoren in bestehende Systeme wird immer wichtiger. Dies ermöglicht die Automatisierung von Prozessen und die Verbesserung der Effizienz. Im Bereich Industrie 4.0 werden die Sensoren für die Überwachung von Produktionsanlagen und die Steuerung von Prozessen eingesetzt. Web-basierte Konfiguration und Konnektivität spielen dabei eine wichtige Rolle. Die IRSX Serie von Polytec bietet Stand-alone LWIR Thermografie Lösungen für die industrielle Integration.
Kosteneffizienz und breitere Verfügbarkeit
Durch den Patentablauf und die zunehmende Konkurrenz werden Mikrobolometer-IR-Sensoren immer kosteneffizienter und breiter verfügbar. Dies ermöglicht auch kleineren Unternehmen den Einsatz dieser Technologie. Die Anpassung an spezifische Kundenbedürfnisse wird immer wichtiger. Wir von Sentac bieten Ihnen maßgeschneiderte Lösungen, die auf Ihre individuellen Anforderungen zugeschnitten sind. Die thermischen Kameras von FLIR sind ein Beispiel für die breite Verfügbarkeit von Mikrobolometer-Technologie.
FLIR und Polytec: Führende Anbieter revolutionieren Thermografie mit Hochleistungs-Mikrobolometern
FLIR und ihre Hochleistungs-Mikrobolometer
NETD bis zu 20mK
FLIR ist ein führender Anbieter von Hochleistungs-Mikrobolometern. Die Kameras erreichen eine NETD von bis zu 20mK und unterstützen einen breiten Temperaturbereich (-60 °C bis +2,500 °C). Dies ermöglicht den Einsatz in anspruchsvollen Anwendungen. Die Hochleistungs-Mikrobolometer von FLIR setzen Maßstäbe in der Branche.
Polytec IRSX Serie
Die Polytec IRSX Serie bietet Stand-alone LWIR Thermografie Lösungen für die industrielle Integration. Die Kameras verfügen über einen IP67 Schutz und anwendungsspezifische Apps. Dies ermöglicht den Einsatz in rauen Umgebungen. Die IRSX Serie von Polytec ist speziell auf die Bedürfnisse der Industrie zugeschnitten.
Die Vorteile von Sentac im Überblick
Hier sind einige der wichtigsten Vorteile, die Sie bei Sentac erhalten:
Maßgeschneiderte Lösungen: Wir entwickeln Mikrobolometer-IR-Sensorlösungen, die exakt auf Ihre spezifischen Anforderungen zugeschnitten sind.
Umfassende Beratung: Wir unterstützen Sie von der ersten Idee bis zur erfolgreichen Implementierung.
Innovative Technologie: Wir setzen auf die neuesten Technologien und entwickeln kontinuierlich neue Lösungen.
Revolutionieren Sie Ihre Prozesse: Entdecken Sie die Vorteile von Mikrobolometer-IR-Sensoren!
Weitere nützliche Links
Das Fraunhofer IMS bietet detaillierte Informationen zu den Grundlagen ungekühlter IR-Imager und der Funktionsweise von Mikrobolometern.
Wikipedia erklärt die Technologie und den Aufbau von Mikrobolometern.
FLIR ist ein führender Anbieter von Hochleistungs-Mikrobolometern und setzt Maßstäbe in der Branche.
Die IRSX Serie von Polytec bietet Stand-alone LWIR Thermografie Lösungen für die industrielle Integration.
Das Fraunhofer IMS bietet Einblicke in das Design und die Zuverlässigkeit von Mikrobolometern auf Basis von amorphen Silizium Bolometern.
FAQ
Was sind Mikrobolometer-IR-Sensoren und wie funktionieren sie?
Mikrobolometer-IR-Sensoren sind thermische Sensoren, die Infrarotstrahlung detektieren und in ein elektrisches Signal umwandeln. Sie benötigen keine aufwendige Kühlung und basieren auf der thermischen Detektion von Infrarotstrahlung.
Welche Vorteile bieten Mikrobolometer-IR-Sensoren gegenüber anderen Temperaturmesstechnologien?
Mikrobolometer-IR-Sensoren ermöglichen eine berührungslose Temperaturmessung, was besonders in der industriellen Fertigung, im Gesundheitswesen und in der Umweltüberwachung von Vorteil ist. Sie liefern präzise Temperaturdaten ohne externe Lichtquelle.
In welchen Industrien werden Mikrobolometer-IR-Sensoren hauptsächlich eingesetzt?
Die Hauptanwendungsbereiche liegen in der industriellen Fertigung (Qualitätskontrolle, Prozessüberwachung), im Gesundheitswesen (non-invasive Patientenüberwachung) und in der Umweltüberwachung (Klimaforschung, Leckageortung).
Was bedeutet NETD und warum ist es ein wichtiger Parameter für Mikrobolometer-IR-Sensoren?
NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) gibt an, welche Temperaturdifferenz der Sensor noch auflösen kann. Niedrigere NETD-Werte bedeuten eine bessere Leistung, da der Sensor auch kleinste Temperaturunterschiede erkennen kann.
Welche Materialien werden typischerweise für die Herstellung von Mikrobolometern verwendet?
Die gängigsten Materialien sind amorphes Silizium (a-Si) und Vanadiumoxid (VOx). VOx zeichnet sich durch eine hohe thermische Empfindlichkeit aus, während a-Si Vorteile bei der CMOS-Integration, Stabilität und Reaktionszeit bietet.
Was ist der Pixel Pitch und wie beeinflusst er die Auflösung des Sensors?
Der Pixel Pitch ist der Abstand zwischen den einzelnen Pixeln. Ein kleinerer Pixel Pitch ermöglicht eine höhere Auflösung, stellt aber auch höhere Anforderungen an die Mikrostrukturierung.
Welche Rolle spielt die Non-Uniformity Correction (NUC) bei Mikrobolometer-IR-Sensoren?
Die Non-Uniformity Correction (NUC) gleicht die Pixel-zu-Pixel-Variationen in der Empfindlichkeit aus und sorgt für ein homogenes Bild. Ohne diese Korrektur wären die Bilder nicht zu gebrauchen.
Welche Zuverlässigkeitsprobleme können bei Mikrobolometer-IR-Sensoren auftreten?
Herausforderungen bestehen in der Package Hermetizität und der Bolometer Pixel Stabilität. Thermo-mechanischer Stress und Outgassing können zu Beschädigungen führen. Es ist wichtig, diese potenziellen Probleme zu berücksichtigen und geeignete Maßnahmen zur Qualitätssicherung zu ergreifen.
