Gemäß der Klassifizierung können Infrarotsensoren in thermische Sensoren und Photonensensoren unterteilt werden.

Wärmesensor

Der Wärmedetektor verwendet das Detektionselement, um Infrarotstrahlung zu absorbieren, um einen Temperaturanstieg zu erzeugen, der dann von Änderungen bestimmter physikalischer Eigenschaften begleitet wird.Die Messung der Änderungen dieser physikalischen Eigenschaften kann die absorbierte Energie oder Leistung messen.Der spezifische Prozess ist wie folgt: Der erste Schritt besteht darin, Infrarotstrahlung durch den Wärmedetektor zu absorbieren, um einen Temperaturanstieg zu bewirken;Der zweite Schritt besteht darin, einige Temperatureffekte des Wärmedetektors zu verwenden, um den Temperaturanstieg in eine Änderung der Elektrizität umzuwandeln.Es gibt vier Arten von Änderungen physikalischer Eigenschaften, die üblicherweise verwendet werden: Thermistortyp, Thermoelementtyp, pyroelektrischer Typ und pneumatischer Gaolai-Typ.

# Thermistortyp

Nachdem das wärmeempfindliche Material Infrarotstrahlung absorbiert hat, steigt die Temperatur und der Widerstandswert ändert sich.Die Größe der Widerstandsänderung ist proportional zur absorbierten Infrarotstrahlungsenergie.Infrarotdetektoren, die hergestellt werden, indem der Widerstand geändert wird, nachdem eine Substanz Infrarotstrahlung absorbiert hat, werden Thermistoren genannt.Thermistoren werden häufig verwendet, um Wärmestrahlung zu messen.Es gibt zwei Arten von Thermistoren: Metall und Halbleiter.

R(T)=AT−CeD/T

R(T): Widerstandswert;T: Temperatur;A, C, D: Konstanten, die mit dem Material variieren.

Der Metallthermistor hat einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstands und sein Absolutwert ist kleiner als der eines Halbleiters.Die Beziehung zwischen Widerstand und Temperatur ist grundsätzlich linear und weist eine starke Hochtemperaturbeständigkeit auf.Es wird hauptsächlich für Temperatursimulationsmessungen verwendet;

Halbleiterthermistoren sind genau das Gegenteil, sie werden für die Strahlungserkennung, wie Alarme, Brandschutzsysteme und die Suche und Verfolgung von thermischen Strahlern verwendet.

# Thermoelementtyp

Thermoelement, auch Thermoelement genannt, ist das früheste thermoelektrische Erkennungsgerät, und sein Arbeitsprinzip ist der pyroelektrische Effekt.Eine Verbindung, die aus zwei verschiedenen Leitermaterialien besteht, kann an der Verbindung eine elektromotorische Kraft erzeugen.Das Ende des Thermoelements, das die Strahlung empfängt, wird als heißes Ende bezeichnet, und das andere Ende wird als kaltes Ende bezeichnet.Der sogenannte thermoelektrische Effekt, dh wenn diese beiden unterschiedlichen Leitermaterialien zu einer Schleife verbunden werden, wird bei unterschiedlicher Temperatur an den beiden Verbindungsstellen Strom in der Schleife erzeugt.

Um den Absorptionskoeffizienten zu verbessern, wird am heißen Ende schwarze Goldfolie angebracht, um das Material des Thermoelements zu bilden, das Metall oder Halbleiter sein kann.Die Struktur kann entweder eine Linie oder ein streifenförmiges Gebilde oder ein dünner Film sein, der durch Vakuumabscheidungstechnologie oder Photolithographietechnologie hergestellt wird.Thermoelemente vom Einheitstyp werden hauptsächlich zur Temperaturmessung verwendet, und Thermoelemente vom Dünnfilmtyp (bestehend aus vielen Thermoelementen in Reihe) werden hauptsächlich zur Strahlungsmessung verwendet.

Die Zeitkonstante des Infrarotdetektors vom Thermoelementtyp ist relativ groß, so dass die Ansprechzeit relativ lang ist und die dynamischen Eigenschaften relativ schlecht sind.Die Frequenz der Strahlungsänderung auf der Nordseite sollte im Allgemeinen unter 10 Hz liegen.In der Praxis werden oft mehrere Thermoelemente zu einer Thermosäule in Reihe geschaltet, um die Intensität der Infrarotstrahlung zu erfassen.

# Pyroelektrischer Typ

Pyroelektrische Infrarotdetektoren bestehen aus pyroelektrischen Kristallen oder „Ferroelektrika“ mit Polarisation.Pyroelektrischer Kristall ist eine Art piezoelektrischer Kristall, der eine nicht-zentrosymmetrische Struktur hat.Im natürlichen Zustand fallen die positiven und negativen Ladungszentren in bestimmten Richtungen nicht zusammen, und auf der Kristalloberfläche wird eine bestimmte Menge polarisierter Ladungen gebildet, was als spontane Polarisation bezeichnet wird.Wenn sich die Kristalltemperatur ändert, kann dies dazu führen, dass sich das Zentrum der positiven und negativen Ladungen des Kristalls verschiebt, sodass sich die Polarisationsladung auf der Oberfläche entsprechend ändert.Normalerweise fängt seine Oberfläche schwebende Ladungen in der Atmosphäre ein und hält einen elektrischen Gleichgewichtszustand aufrecht.Wenn sich die Oberfläche des Ferroelektrikums im elektrischen Gleichgewicht befindet und Infrarotstrahlen auf seine Oberfläche eingestrahlt werden, steigt die Temperatur des Ferroelektrikums (Folie) schnell an, die Polarisationsintensität fällt schnell ab und die gebundene Ladung nimmt stark ab;während sich die schwimmende Ladung an der Oberfläche langsam ändert.Es gibt keine Veränderung im inneren ferroelektrischen Körper.

In sehr kurzer Zeit von der durch die Temperaturänderung verursachten Änderung der Polarisationsintensität bis zum erneuten Erreichen des elektrischen Gleichgewichtszustands an der Oberfläche erscheinen überschüssige Floating-Ladungen auf der Oberfläche des Ferroelektrikums, was gleichbedeutend mit der Freisetzung eines Teils der Ladung ist.Dieses Phänomen wird pyroelektrischer Effekt genannt.Da es lange dauert, bis die freie Ladung die gebundene Ladung auf der Oberfläche neutralisiert, dauert es mehr als ein paar Sekunden, und die Relaxationszeit der spontanen Polarisation des Kristalls ist sehr kurz, etwa 10–12 Sekunden Pyroelektrischer Kristall kann auf schnelle Temperaturänderungen reagieren.

# pneumatischer Gaolai-Typ

Wenn das Gas unter der Bedingung, ein bestimmtes Volumen beizubehalten, Infrarotstrahlung absorbiert, steigt die Temperatur und der Druck an.Die Größe des Druckanstiegs ist proportional zur absorbierten Infrarotstrahlungsleistung, sodass die absorbierte Infrarotstrahlungsleistung gemessen werden kann.Nach den obigen Prinzipien hergestellte Infrarotdetektoren werden als Gasdetektoren bezeichnet, und die Gao-Lai-Röhre ist ein typischer Gasdetektor.

Photonensensor

Photonen-Infrarotdetektoren verwenden bestimmte Halbleitermaterialien, um unter Einstrahlung von Infrarotstrahlung photoelektrische Effekte zu erzeugen, um die elektrischen Eigenschaften der Materialien zu verändern.Durch Messung der Änderungen der elektrischen Eigenschaften kann die Intensität der Infrarotstrahlung bestimmt werden.Die durch den photoelektrischen Effekt hergestellten Infrarotdetektoren werden zusammen als Photonendetektoren bezeichnet.Die Hauptmerkmale sind hohe Empfindlichkeit, schnelle Reaktionsgeschwindigkeit und hohe Reaktionsfrequenz.Aber es muss im Allgemeinen bei niedrigen Temperaturen funktionieren, und das Erkennungsband ist relativ schmal.

Entsprechend dem Arbeitsprinzip des Photonendetektors kann dieser allgemein in einen externen Photodetektor und einen internen Photodetektor unterteilt werden.Interne Photodetektoren werden in photoleitende Detektoren, photovoltaische Detektoren und photomagnetoelektrische Detektoren unterteilt.

# Externer Fotodetektor (PE-Gerät)

Wenn Licht auf die Oberfläche bestimmter Metalle, Metalloxide oder Halbleiter fällt und die Photonenenergie groß genug ist, kann die Oberfläche Elektronen emittieren.Dieses Phänomen wird zusammenfassend als Photoelektronenemission bezeichnet, die zum externen photoelektrischen Effekt gehört.Zu dieser Art von Photonendetektoren gehören Photoröhren und Photomultiplierröhren.Die Reaktionsgeschwindigkeit ist schnell, und gleichzeitig hat das Photomultiplier-Röhrenprodukt eine sehr hohe Verstärkung, die für Einzelphotonenmessungen verwendet werden kann, aber der Wellenlängenbereich ist relativ eng und der längste beträgt nur 1700 nm.

# Photoleitfähiger Detektor

Wenn ein Halbleiter einfallende Photonen absorbiert, wechseln einige Elektronen und Löcher im Halbleiter von einem nichtleitenden Zustand in einen freien Zustand, der Elektrizität leiten kann, wodurch die Leitfähigkeit des Halbleiters erhöht wird.Dieses Phänomen wird als Photoleitfähigkeitseffekt bezeichnet.Infrarotdetektoren, die durch den photoleitenden Effekt von Halbleitern hergestellt werden, werden als photoleitende Detektoren bezeichnet.Derzeit ist es der am weitesten verbreitete Typ von Photonendetektoren.

# Photovoltaik-Detektor (PU-Gerät)

Wenn Infrarotstrahlung auf den PN-Übergang bestimmter Halbleitermaterialstrukturen eingestrahlt wird, bewegen sich unter der Wirkung des elektrischen Felds im PN-Übergang die freien Elektronen im P-Bereich zum N-Bereich und die Löcher im N-Bereich bewegen sich zum P-Bereich.Wenn der PN-Übergang offen ist, wird an beiden Enden des PN-Übergangs ein zusätzliches elektrisches Potential erzeugt, das als photoelektromotorische Kraft bezeichnet wird.Detektoren, die unter Verwendung des photoelektromotorischen Krafteffekts hergestellt werden, werden photovoltaische Detektoren oder Verbindungsinfrarotdetektoren genannt.

# Optischer magnetoelektrischer Detektor

Ein Magnetfeld wird seitlich an die Probe angelegt.Wenn die Halbleiteroberfläche Photonen absorbiert, werden die erzeugten Elektronen und Löcher in den Körper diffundiert.Während des Diffusionsprozesses werden die Elektronen und Löcher aufgrund der Wirkung des seitlichen Magnetfelds zu beiden Enden der Probe verschoben.Zwischen beiden Enden besteht eine Potentialdifferenz.Dieses Phänomen wird opto-magnetoelektrischer Effekt genannt.Detektoren mit photomagnetoelektrischem Effekt werden als photomagnetoelektrische Detektoren (als PEM-Vorrichtungen bezeichnet) bezeichnet.