Secondo la classificazione, i sensori a infrarossi possono essere suddivisi in sensori termici e sensori di fotoni.

Sensore termico

Il rilevatore termico utilizza l'elemento di rilevamento per assorbire la radiazione infrarossa per produrre un aumento di temperatura, e quindi accompagnato da cambiamenti in determinate proprietà fisiche.Misurare i cambiamenti in queste proprietà fisiche può misurare l'energia o la potenza che assorbe.Il processo specifico è il seguente: il primo passo è assorbire la radiazione infrarossa dal rilevatore termico per provocare un aumento della temperatura;il secondo passo consiste nell'utilizzare alcuni effetti di temperatura del rilevatore termico per convertire l'aumento di temperatura in un cambiamento di elettricità.Esistono quattro tipi di modifiche delle proprietà fisiche comunemente utilizzate: tipo a termistore, tipo a termocoppia, tipo piroelettrico e tipo pneumatico Gaolai.

# Tipo di termistore

Dopo che il materiale sensibile al calore assorbe la radiazione infrarossa, la temperatura aumenta e il valore di resistenza cambia.L'entità della variazione di resistenza è proporzionale all'energia della radiazione infrarossa assorbita.I rivelatori a infrarossi realizzati modificando la resistenza dopo che una sostanza assorbe la radiazione infrarossa sono chiamati termistori.I termistori sono spesso usati per misurare la radiazione termica.Esistono due tipi di termistori: metallici e semiconduttori.

R(T)=AT−CeD/T

R(T): valore della resistenza;T: temperatura;A, C, D: costanti che variano con il materiale.

Il termistore metallico ha un coefficiente di resistenza alla temperatura positivo e il suo valore assoluto è inferiore a quello di un semiconduttore.La relazione tra resistenza e temperatura è sostanzialmente lineare e ha una forte resistenza alle alte temperature.Viene utilizzato principalmente per la misurazione della simulazione della temperatura;

I termistori a semiconduttore sono esattamente l'opposto, utilizzati per il rilevamento delle radiazioni, come allarmi, sistemi di protezione antincendio e ricerca e tracciamento dei radiatori termici.

# Tipo di termocoppia

La termocoppia, chiamata anche termocoppia, è il primo dispositivo di rilevamento termoelettrico e il suo principio di funzionamento è l'effetto piroelettrico.Una giunzione composta da due diversi materiali conduttori può generare forza elettromotrice alla giunzione.L'estremità della termocoppia che riceve la radiazione è chiamata estremità calda e l'altra estremità è chiamata estremità fredda.Il cosiddetto effetto termoelettrico, cioè, se questi due diversi materiali conduttori sono collegati in un anello, quando la temperatura alle due giunzioni è diversa, verrà generata corrente nell'anello.

Per migliorare il coefficiente di assorbimento, sull'estremità calda viene installata una lamina d'oro nero per formare il materiale della termocoppia, che può essere metallo o semiconduttore.La struttura può essere una linea o un'entità a forma di striscia, oppure un film sottile realizzato mediante tecnologia di deposizione sotto vuoto o tecnologia di fotolitografia.Le termocoppie di tipo entità sono utilizzate principalmente per la misurazione della temperatura e le termocoppie di tipo a film sottile (costituite da molte termocoppie in serie) sono utilizzate principalmente per misurare la radiazione.

La costante di tempo del rivelatore a infrarossi del tipo a termocoppia è relativamente grande, quindi il tempo di risposta è relativamente lungo e le caratteristiche dinamiche sono relativamente scarse.La frequenza del cambiamento di radiazione sul lato nord dovrebbe generalmente essere inferiore a 10 Hz.Nelle applicazioni pratiche, più termocoppie sono spesso collegate in serie per formare una termopila per rilevare l'intensità della radiazione infrarossa.

# Tipo piroelettrico

I rilevatori a infrarossi piroelettrici sono costituiti da cristalli piroelettrici o "ferroelettrici" con polarizzazione.Il cristallo piroelettrico è una specie di cristallo piezoelettrico, che ha una struttura non centrosimmetrica.Nello stato naturale, i centri di carica positivi e negativi non coincidono in determinate direzioni e sulla superficie del cristallo si forma una certa quantità di cariche polarizzate, che si chiama polarizzazione spontanea.Quando la temperatura del cristallo cambia, può causare lo spostamento del centro delle cariche positive e negative del cristallo, quindi la carica di polarizzazione sulla superficie cambia di conseguenza.Di solito la sua superficie cattura le cariche fluttuanti nell'atmosfera e mantiene uno stato di equilibrio elettrico.Quando la superficie del ferroelettrico è in equilibrio elettrico, quando i raggi infrarossi vengono irradiati sulla sua superficie, la temperatura del ferroelettrico (foglio) aumenta rapidamente, l'intensità della polarizzazione diminuisce rapidamente e la carica legata diminuisce bruscamente;mentre la carica galleggiante sulla superficie cambia lentamente.Non vi è alcun cambiamento nel corpo ferroelettrico interno.

In un tempo molto breve dalla variazione dell'intensità di polarizzazione causata dalla variazione di temperatura allo stato di equilibrio elettrico sulla superficie, sulla superficie del ferroelettrico compaiono cariche fluttuanti in eccesso, il che equivale a rilasciare una parte della carica.Questo fenomeno è chiamato effetto piroelettrico.Poiché la carica libera impiega molto tempo per neutralizzare la carica legata sulla superficie, ci vogliono più di pochi secondi e il tempo di rilassamento della polarizzazione spontanea del cristallo è molto breve, circa 10-12 secondi, quindi il il cristallo piroelettrico può rispondere a rapidi cambiamenti di temperatura.

# Tipo pneumatico Gaolai

Quando il gas assorbe la radiazione infrarossa a condizione di mantenere un certo volume, la temperatura aumenterà e la pressione aumenterà.L'entità dell'aumento della pressione è proporzionale alla potenza della radiazione infrarossa assorbita, quindi è possibile misurare la potenza della radiazione infrarossa assorbita.I rilevatori a infrarossi realizzati secondo i principi di cui sopra sono chiamati rilevatori di gas e il tubo Gao Lai è un tipico rilevatore di gas.

Sensore di fotoni

I rilevatori a infrarossi Photon utilizzano determinati materiali semiconduttori per produrre effetti fotoelettrici sotto l'irradiazione della radiazione infrarossa per modificare le proprietà elettriche dei materiali.Misurando i cambiamenti nelle proprietà elettriche, è possibile determinare l'intensità della radiazione infrarossa.I rilevatori a infrarossi prodotti dall'effetto fotoelettrico sono chiamati collettivamente rilevatori di fotoni.Le caratteristiche principali sono l'elevata sensibilità, la velocità di risposta rapida e l'elevata frequenza di risposta.Ma generalmente deve funzionare a basse temperature e la banda di rilevamento è relativamente stretta.

Secondo il principio di funzionamento del rilevatore di fotoni, può essere generalmente suddiviso in un fotorilevatore esterno e un fotorilevatore interno.I fotorivelatori interni si dividono in rivelatori fotoconduttivi, rivelatori fotovoltaici e rivelatori fotomagnetoelettrici.

# Fotorilevatore esterno (dispositivo PE)

Quando la luce incide sulla superficie di alcuni metalli, ossidi metallici o semiconduttori, se l'energia del fotone è sufficientemente grande, la superficie può emettere elettroni.Questo fenomeno è indicato collettivamente come emissione di fotoelettroni, che appartiene all'effetto fotoelettrico esterno.Fototubi e tubi fotomoltiplicatori appartengono a questo tipo di rilevatore di fotoni.La velocità di risposta è rapida e, allo stesso tempo, il prodotto del tubo fotomoltiplicatore ha un guadagno molto elevato, che può essere utilizzato per la misurazione di un singolo fotone, ma la gamma di lunghezze d'onda è relativamente stretta e la più lunga è di soli 1700 nm.

# Rivelatore fotoconduttivo

Quando un semiconduttore assorbe i fotoni incidenti, alcuni elettroni e lacune nel semiconduttore passano da uno stato non conduttivo a uno stato libero che può condurre elettricità, aumentando così la conducibilità del semiconduttore.Questo fenomeno è chiamato effetto di fotoconduttività.I rilevatori a infrarossi realizzati dall'effetto fotoconduttivo dei semiconduttori sono chiamati rilevatori fotoconduttivi.Attualmente è il tipo di rivelatore di fotoni più utilizzato.

# Rivelatore fotovoltaico (dispositivo PU)

Quando la radiazione infrarossa viene irradiata sulla giunzione PN di alcune strutture di materiale semiconduttore, sotto l'azione del campo elettrico nella giunzione PN, gli elettroni liberi nell'area P si spostano nell'area N e i fori nell'area N si spostano nell'area Zona P.Se la giunzione PN è aperta, viene generato un potenziale elettrico aggiuntivo ad entrambe le estremità della giunzione PN chiamato forza fotoelettromotrice.I rivelatori realizzati sfruttando l'effetto della forza fotoelettromotrice sono chiamati rivelatori fotovoltaici o rivelatori ad infrarossi a giunzione.

# Rivelatore ottico magnetoelettrico

Un campo magnetico viene applicato lateralmente al campione.Quando la superficie del semiconduttore assorbe i fotoni, gli elettroni e le lacune generati vengono diffusi nel corpo.Durante il processo di diffusione, gli elettroni e le lacune vengono spostati su entrambe le estremità del campione a causa dell'effetto del campo magnetico laterale.C'è una potenziale differenza tra le due estremità.Questo fenomeno è chiamato effetto opto-magnetoelettrico.I rilevatori realizzati con effetto foto-magnetoelettrico sono chiamati rilevatori foto-magneto-elettrici (indicati come dispositivi PEM).