Prema klasifikaciji, infracrveni senzori se mogu podijeliti na toplinske senzore i fotonske senzore.

Termalni senzor

Toplinski detektor koristi detekcijski element za apsorbiranje infracrvenog zračenja kako bi proizveo porast temperature, a zatim praćen promjenama određenih fizičkih svojstava. Mjerenje promjena u tim fizičkim svojstvima može mjeriti energiju ili snagu koju apsorbira. Specifični proces je sljedeći: Prvi korak je apsorbiranje infracrvenog zračenja pomoću toplinskog detektora kako bi se izazvalo povećanje temperature; drugi korak je korištenje nekih temperaturnih učinaka toplinskog detektora za pretvaranje porasta temperature u promjenu električne energije. Četiri su vrste promjena fizičkih svojstava koje se obično koriste: tip termistora, tip termopara, piroelektrični tip i Gaolai pneumatski tip.

# Vrsta termistora

Nakon što materijal osjetljiv na toplinu apsorbira infracrveno zračenje, temperatura raste i vrijednost otpora se mijenja. Veličina promjene otpora proporcionalna je apsorbiranoj energiji infracrvenog zračenja. Infracrveni detektori napravljeni promjenom otpora nakon što tvar apsorbira infracrveno zračenje nazivaju se termistori. Termistori se često koriste za mjerenje toplinskog zračenja. Postoje dvije vrste termistora: metalni i poluvodički.

R(T)=AT−CeD/T

R(T): vrijednost otpora; T: temperatura; A, C, D: konstante koje variraju ovisno o materijalu.

Metalni termistor ima pozitivan temperaturni koeficijent otpora, a njegova apsolutna vrijednost je manja od one poluvodiča. Odnos između otpora i temperature je u osnovi linearan i ima jaku otpornost na visoke temperature. Uglavnom se koristi za mjerenje simulacije temperature;

Poluvodički termistori su upravo suprotno, koriste se za otkrivanje zračenja, kao što su alarmi, protupožarni sustavi te traženje i praćenje toplinskih radijatora.

# Vrsta termopara

Termopar, također zvan termoelement, je najraniji termoelektrični uređaj za detekciju, a njegov princip rada je piroelektrični učinak. Spoj koji se sastoji od dva različita materijala vodiča može generirati elektromotornu silu na spoju. Kraj termopara koji prima zračenje naziva se vrući kraj, a drugi kraj naziva se hladni kraj. Takozvani termoelektrični učinak, to jest, ako su ova dva različita materijala vodiča spojena u petlju, kada je temperatura na dva spoja različita, struja će se generirati u petlji.

Kako bi se poboljšao koeficijent apsorpcije, na vrući kraj se ugrađuje folija od crnog zlata koja tvori materijal termoelementa, koji može biti metal ili poluvodič. Struktura može biti linija ili trakasta cjelina ili tanki film izrađen tehnologijom vakuumskog taloženja ili tehnologijom fotolitografije. Termoparovi entitetskog tipa uglavnom se koriste za mjerenje temperature, a termoparovi tipa tankog filma (koji se sastoje od mnogo termoparova u nizu) uglavnom se koriste za mjerenje zračenja.

Vremenska konstanta infracrvenog detektora tipa termopara je relativno velika, tako da je vrijeme odziva relativno dugo, a dinamičke karakteristike su relativno loše. Frekvencija promjene zračenja na sjevernoj strani općenito bi trebala biti ispod 10 HZ. U praktičnim primjenama, nekoliko termoparova često je spojeno u seriju kako bi formirali termoelektranu za detektiranje intenziteta infracrvenog zračenja.

# Piroelektrični tip

Piroelektrični infracrveni detektori izrađeni su od piroelektričnih kristala ili "feroelektrika" s polarizacijom. Piroelektrični kristal je vrsta piezoelektričnog kristala koji ima necentrosimetričnu strukturu. U prirodnom stanju središta pozitivnog i negativnog naboja ne podudaraju se u određenim smjerovima, te se na površini kristala stvara određena količina polariziranih naboja, što se naziva spontana polarizacija. Kada se temperatura kristala promijeni, to može uzrokovati pomicanje središta pozitivnog i negativnog naboja kristala, pa se polarizacijski naboj na površini mijenja u skladu s tim. Obično njegova površina hvata lebdeće naboje u atmosferi i održava stanje električne ravnoteže. Kada je površina feroelektrika u električnoj ravnoteži, kada se infracrvene zrake obasjavaju na njegovoj površini, temperatura feroelektrika (list) brzo raste, intenzitet polarizacije brzo opada, a vezani naboj naglo se smanjuje; dok se lebdeći naboj na površini sporo mijenja. U unutarnjem feroelektričnom tijelu nema promjena.

U vrlo kratkom vremenu od promjene intenziteta polarizacije uzrokovane promjenom temperature do ponovnog stanja električne ravnoteže na površini, na površini feroelektrika pojavljuju se višak plutajućih naboja, što je ekvivalentno oslobađanju dijela naboja. Taj se fenomen naziva piroelektrični efekt. Budući da je potrebno dosta vremena da slobodni naboj neutralizira vezani naboj na površini, potrebno je više od nekoliko sekundi, a vrijeme relaksacije spontane polarizacije kristala je vrlo kratko, oko 10-12 sekundi, pa je piroelektrični kristal može reagirati na brze promjene temperature.

# Gaolai pneumatski tip

Kada plin apsorbira infracrveno zračenje uz uvjet održavanja određenog volumena, temperatura će se povećati i tlak će porasti. Veličina povećanja tlaka proporcionalna je apsorbiranoj snazi ​​infracrvenog zračenja, tako da se apsorbirana snaga infracrvenog zračenja može mjeriti. Infracrveni detektori izrađeni po gore navedenim principima nazivaju se detektori plina, a Gao Lai cijev tipičan je detektor plina.

Fotonski senzor

Fotonski infracrveni detektori koriste određene poluvodičke materijale za stvaranje fotoelektričnih učinaka pod zračenjem infracrvenog zračenja kako bi se promijenila električna svojstva materijala. Mjerenjem promjena električnih svojstava može se odrediti intenzitet infracrvenog zračenja. Infracrveni detektori napravljeni fotoelektričnim efektom zajednički se nazivaju fotonski detektori. Glavne značajke su visoka osjetljivost, brz odziv i visoka frekvencija odgovora. Ali općenito treba raditi na niskim temperaturama, a opseg detekcije je relativno uzak.

Prema principu rada fotonski detektor može se općenito podijeliti na vanjski fotodetektor i unutarnji fotodetektor. Unutarnji fotodetektori se dijele na fotovodljive detektore, fotonaponske detektore i fotomagnetoelektrične detektore.

# Vanjski fotodetektor (PE uređaj)

Kada svjetlost upadne na površinu određenih metala, metalnih oksida ili poluvodiča, ako je energija fotona dovoljno velika, površina može emitirati elektrone. Ova pojava se zajednički naziva fotoelektronska emisija, koja pripada vanjskom fotoelektričnom učinku. Ovoj vrsti fotonskih detektora pripadaju fotocijevi i fotomultiplikatorske cijevi. Brzina odziva je velika, au isto vrijeme proizvod fotomultiplikatorske cijevi ima vrlo visok dobitak, koji se može koristiti za mjerenje jednog fotona, ali je raspon valnih duljina relativno uzak, a najduži je samo 1700 nm.

# Fotokonduktivni detektor

Kada poluvodič apsorbira upadne fotone, neki elektroni i rupe u poluvodiču prelaze iz nevodljivog stanja u slobodno stanje koje može provoditi elektricitet, čime se povećava vodljivost poluvodiča. Taj se fenomen naziva efektom fotokonduktivnosti. Infracrveni detektori napravljeni fotokonduktivnim efektom poluvodiča nazivaju se fotokonduktivni detektori. Trenutno je to najrašireniji tip detektora fotona.

# Fotonaponski detektor (PU uređaj)

Kada se infracrveno zračenje ozrači na PN spoju određenih struktura poluvodičkog materijala, pod djelovanjem električnog polja u PN spoju, slobodni elektroni u P području prelaze u N područje, a šupljine u N području prelaze u N područje. P područje. Ako je PN spoj otvoren, na oba kraja PN spoja stvara se dodatni električni potencijal koji se naziva fotoelektromotorna sila. Detektori izrađeni pomoću efekta fotoelektromotorne sile nazivaju se fotonaponski detektori ili spojni infracrveni detektori.

# Optički magnetoelektrični detektor

Na uzorak se bočno primjenjuje magnetsko polje. Kada površina poluvodiča apsorbira fotone, generirani elektroni i rupe difundiraju u tijelo. Tijekom procesa difuzije, elektroni i šupljine su pomaknuti na oba kraja uzorka zbog učinka bočnog magnetskog polja. Između oba kraja postoji potencijalna razlika. Taj se fenomen naziva opto-magnetoelektrični efekt. Detektori napravljeni od foto-magnetoelektričnog efekta nazivaju se foto-magneto-električni detektori (nazivaju se PEM uređaji).