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

Wärmesensor

Der Wärmedetektor nutzt das Detektionselement, um Infrarotstrahlung zu absorbieren, um einen Temperaturanstieg zu erzeugen, der dann mit Änderungen bestimmter physikalischer Eigenschaften einhergeht. Durch die Messung der Änderungen dieser physikalischen Eigenschaften kann die absorbierte Energie oder Leistung gemessen werden. Der spezifische Prozess ist wie folgt: Der erste Schritt besteht darin, Infrarotstrahlung durch den Wärmedetektor zu absorbieren, um einen Temperaturanstieg zu verursachen; Der zweite Schritt besteht darin, einige Temperatureffekte des Wärmedetektors zu nutzen, um den Temperaturanstieg in eine Stromänderung umzuwandeln. Es gibt vier Arten von physikalischen Eigenschaftsänderungen, die üblicherweise verwendet werden: Thermistortyp, Thermoelementtyp, pyroelektrischer Typ und Gaolai-Pneumatiktyp.

# Thermistortyp

Nachdem das wärmeempfindliche Material Infrarotstrahlung absorbiert, steigt die Temperatur und der Widerstandswert ändert sich. Die Größe der Widerstandsänderung ist proportional zur absorbierten Infrarotstrahlungsenergie. Infrarotdetektoren, die durch Änderung des Widerstands hergestellt werden, nachdem eine Substanz Infrarotstrahlung absorbiert, werden Thermistoren genannt. Thermistoren werden häufig zur Messung der Wärmestrahlung verwendet. Es gibt zwei Arten von Thermistoren: Metall- und Halbleiter-Thermistoren.

R(T)=AT−CeD/T

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

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

Halbleiter-Thermistoren sind genau das Gegenteil und werden zur Strahlungsdetektion verwendet, beispielsweise für Alarme, Brandschutzsysteme und die Suche und Verfolgung thermischer Strahler.

# Thermoelementtyp

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

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

Die Zeitkonstante des Infrarotdetektors vom Thermoelementtyp ist relativ groß, daher ist die Reaktionszeit relativ lang und die dynamischen Eigenschaften sind relativ schlecht. Die Frequenz der Strahlungsänderung auf der Nordseite sollte grundsätzlich unter 10 Hz liegen. In praktischen Anwendungen werden häufig 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 aufweist. Im natürlichen Zustand fallen die positiven und negativen Ladungszentren in bestimmten Richtungen nicht zusammen und es bildet sich eine bestimmte Menge polarisierter Ladungen auf der Kristalloberfläche, die 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 gestrahlt werden, steigt die Temperatur des Ferroelektrikums (Folie) schnell an, die Polarisationsintensität sinkt schnell und die gebundene Ladung nimmt stark ab; während sich die schwebende Ladung auf 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 treten überschüssige schwebende Ladungen auf der Oberfläche des Ferroelektrikums auf, was einer Freisetzung eines Teils der Ladung gleichkommt. 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 Ein pyroelektrischer Kristall kann auf schnelle Temperaturänderungen reagieren.

# Gaolai pneumatischer Typ

Wenn das Gas unter der Bedingung, dass es ein bestimmtes Volumen beibehält, Infrarotstrahlung absorbiert, steigt die Temperatur und der Druck. Die Größe des Druckanstiegs ist proportional zur absorbierten Infrarotstrahlungsleistung, sodass die absorbierte Infrarotstrahlungsleistung gemessen werden kann. Infrarotdetektoren, die nach den oben genannten Prinzipien hergestellt werden, werden Gasdetektoren genannt, und die Gao Lai-Röhre ist ein typischer Gasdetektor.

Photonensensor

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

Entsprechend dem Funktionsprinzip des Photonendetektors kann er allgemein in einen externen Fotodetektor und einen internen Fotodetektor unterteilt werden. Interne Fotodetektoren werden in fotoleitende Detektoren, fotovoltaische Detektoren und fotomagnetoelektrische 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 und gehört zum externen photoelektrischen Effekt. Zu diesem Typ von Photonendetektoren gehören Fotoröhren und Photomultiplierröhren. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist schnell und gleichzeitig weist das Photomultiplier-Röhrenprodukt eine sehr hohe Verstärkung auf, die für Einzelphotonenmessungen verwendet werden kann, aber der Wellenlängenbereich ist relativ schmal und die längste beträgt nur 1700 nm.

# Photoleitender 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 Photoleitfähigkeitseffekt genannt. Infrarotdetektoren, die durch den photoleitenden Effekt von Halbleitern hergestellt werden, werden photoleitende Detektoren genannt. Derzeit ist es der am weitesten verbreitete Typ von Photonendetektoren.

# Photovoltaik-Detektor (PU-Gerät)

Wenn Infrarotstrahlung auf den PN-Übergang bestimmter Halbleitermaterialstrukturen gestrahlt wird, bewegen sich unter der Wirkung des elektrischen Feldes im PN-Übergang die freien Elektronen im P-Bereich in den N-Bereich und die Löcher im N-Bereich in den P-Bereich. Wenn der PN-Übergang offen ist, wird an beiden Enden des PN-Übergangs ein zusätzliches elektrisches Potenzial erzeugt, das als photoelektromotorische Kraft bezeichnet wird. Detektoren, die den photoelektromotorischen Krafteffekt nutzen, werden Photovoltaikdetektoren oder Sperrschicht-Infrarotdetektoren genannt.

# Optischer magnetoelektrischer Detektor

Ein Magnetfeld wird seitlich an die Probe angelegt. Wenn die Halbleiteroberfläche Photonen absorbiert, diffundieren die erzeugten Elektronen und Löcher in den Körper. Während des Diffusionsprozesses werden die Elektronen und Löcher aufgrund der Wirkung des lateralen Magnetfelds zu beiden Enden der Probe verschoben. Zwischen beiden Enden besteht ein Potenzialunterschied. Dieses Phänomen wird als optomagnetoelektrischer Effekt bezeichnet. Detektoren mit photomagnetoelektrischem Effekt werden photomagnetoelektrische Detektoren (auch PEM-Geräte genannt) genannt.