ICON Tecnologia Termográfica e Engenharia Consultiva Ltda A Qualidade em Termografia

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1 O que é um Bolômetro? Eng. Attílio Bruno Veratti Inspetor Termografista ITC Nível III Conheça os bolômetros e seus sucessores, os microbolômetros, os quais são a base dos sistemas infravermelhos hoje em uso. A denominação bolômetro cobre uma grande variedade de detetores do tipo térmico* destinados não só à medição de radiações eletromagnéticas, mas também de partículas subatômicas de alta energia. São especialmente eficazes para medições na faixa espectral entre 200 micrômetros e 1 milímetro de comprimento de onda. O termo bolômetro origina-se do grego bole: radiação e metro: medidor. Em princípio, um bolômetro consiste de um material que absorve a radiação em estudo, montado em conjunto com um dispositivo dissipador de calor (estabilizador térmico). No exemplo abaixo o material que absorve a radiação está montado sobre a superfície em forma de mesa e isolado termicamente do substrato, que está protegido da radiação. Exemplos de sensores do tipo bolômetro. À medida que o absorvedor tem sua temperatura alterada, em função da radiação absorvida, algum tipo de dispositivo mede a diferença entre essa temperatura e a do dissipador de calor. A massa do material absorvedor deve ser a menor possível para diminuir a inércia térmica do dispositivo. Os primeiros exemplares foram construídos por volta de 1878, pelo astrônomo norte-americano Samuel Langley. 1

2 Samuel Langley. Estes primeiros modelos eram constituídos de duas tiras de platina, sendo apenas uma delas exposta à radiação. Uma ponte de Wheatstone permitia medir a diferença entre a resistência elétrica da tira exposta à radiação (mais aquecida) e da tira protegida (mais fria). Esquema de uma ponte de Wheatstone, em um microbolômetro a radiação incidiria sobre a resistência R 2 Na década de 90 os avanços na fabricação de circuitos eletrônicos permitiram a miniaturização desses dispositivos e a produção dos microbolômetros especialmente destinados ao infravermelho de ondas médias e longas. Tais sensores permitiram uma grande evolução na tecnologia dos sistemas infravermelhos. Os modernos microbolômetros utilizam materiais absorventes como o óxido de vanádio (VOX) ou silício amorfo e podem operar em temperatura ambiente (o que é vantajoso para os sistemas de uso médico e industrial). No entanto, existem os modelos de alta sensibilidade, utilizados em aplicações especiais, os quais devem ser operados a temperaturas criogênicas. 2

3 Modelos esquemáticos de microbolômetros. Embora os tipos mais comuns operem à temperatura ambiente, a estabilidade térmica do conjunto e o controle preciso da temperatura dos elementos do microbolômetro são da máxima importância, uma vez que a alteração de 1 o C no objeto medido pode significar uma alteração de apenas 0,001 o C no elemento sensor. A miniaturização dos microbolômetros e a não necessidade de resfriamento, permitiu a montagem destes na forma dos arranjos ou matrizes de plano focal (Focal Plane Arrays), atualmente presentes na grande maioria dos sistemas infravermelhos em uso. Imagens de microscópio eletrônico mostrando conjuntos de microbolômetros. 3

4 Os FPA mais utilizados variam desde sensores (120x120) até sensores (640x480) para as aplicações industriais, mas existem modelos com mais de de sensores para aplicações especificas na pesquisa e na área militar. A informação gerada em cada sensor microbolômetro produz um ponto na imagem, chamado pixel (de Picture Element). Imagens produzidas por sistemas utilizando FPAs de sensores (abaixo à esquerda), sensores (abaixo à direita), sensores (acima à esquerda) e sensores (acima à direita) Imagem composta, simulando um FPA com sensores 4

5 Um parâmetro importante na classificação dos FPAs de microbolômetros é a sensibilidade térmica, isto é, a capacidade de medir pequenas diferenças de temperaturas, o qual é definido pelo NEDT (Noise Equivalent Temperature Difference). Os microbolômetros apresentam NEDTs variando entre 250 mk e 40 mk. Outro parâmetro importante na análise dos FPAs de microbolômetros é o Pitch, definido como a distância horizontal (medida em micrômetros), entre os centros de dois microbolômetros adjacentes. O valor de pitch dos melhores FPAs atuais é de 25 micrômetros. Valores de pitch mais reduzidos produzem imagens mais nítidas, embora haja uma limitação física, pois o sensor não pode ser menor que o comprimento de onda detectado (12 micrômetros no caso da onda longa). O Pitch corresponde à distância entre os centros de dois microbolômetros Ao final, com suas características físicas e de sensibilidade, os microbolômetros vão formar os FPAs, os quais, em conjunto com as lentes, irão definir importantes características dos sistemas infravermelhos, como: NEDT, campo de visão (FOV), campo de visão individual (IFOV) e campo de visão de medição (MFOV). * Detetores cuja operação se baseia na alteração de temperatura do elemento sensor O Autor Eng. Attílio Bruno Veratti abv@icontec.com.br - Engenheiro Metalurgista formado pela FEI em Especialista em sistemas termográficos com 29 anos de experiência e cursos na Inglaterra, Holanda, Estados Unidos e Suécia pela Agema Infrared Systems, Cincinnati Electronics, Raytek e FLIR Systems. - Implantou atividade de inspeções termográficas na empresa Optronics Sistemas Ópticos e Eletrônicos (representante AGEMA Infrared Systems), sendo posteriormente gerente de marketing da mesma. 5

6 - Autor do livro Termografia - Princípios e Aplicações (1984 e 1992). - Autor do CD "Termografia" primeiro trabalho multimídia no campo da Termografia (1997). - Autor da metodologia que deu origem às normas Petrobrás N-2475 e Eletronuclear PN- T12 para classificação de componentes elétricos aquecidos (reg. CONFEA /85). - Acumula mais de 2800 inspeções termográficas, incluindo os mais diversos campos de aplicação e desenvolvimento da Termografia. - Autor do livro Procedimentos de Segurança em Inspeções Termográficas de Sistemas Elétricos (2005). - Atualmente diretor da empresa ICON Tecnologia e consultor de diversas empresas na área de desenvolvimento de novas aplicações da Termografia. - Responsável pelo site de pesquisa e banco de informações - Termografista Nível II (2006) e Nível III (2007) pelo ITC Boston, USA (Norma ASNT SNT-TC-1). - Termografista Nível II (2008) pelo ITC - Estocolmo, Suécia (Norma ISO 18436) - Membro das Comissões de Certificação e Normalização da ABENDE. - Na área de cursos capacitou mais de 2000 profissionais no período 1980 a 2006, após essa data atua como membro da equipe de Instrutores Licenciados do ITC Infrared Training Center, Estocolmo. 6