De acordo com a classificação, os sensores infravermelhos podem ser divididos em sensores térmicos e sensores de fótons.

Sensor térmico

O detector térmico utiliza o elemento de detecção para absorver a radiação infravermelha para produzir um aumento de temperatura e, em seguida, acompanhado por alterações em certas propriedades físicas. Medir as mudanças nessas propriedades físicas pode medir a energia ou potência que ela absorve. O processo específico é o seguinte: O primeiro passo é absorver a radiação infravermelha pelo detector térmico para causar um aumento de temperatura; a segunda etapa é usar alguns efeitos de temperatura do detector térmico para converter o aumento de temperatura em uma mudança na eletricidade. Existem quatro tipos de alterações de propriedades físicas comumente usadas: tipo termistor, tipo termopar, tipo piroelétrico e tipo pneumático Gaolai.

# Tipo de termistor

Depois que o material sensível ao calor absorve a radiação infravermelha, a temperatura aumenta e o valor da resistência muda. A magnitude da mudança de resistência é proporcional à energia da radiação infravermelha absorvida. Os detectores infravermelhos feitos alterando a resistência após uma substância absorver a radiação infravermelha são chamados de termistores. Termistores são frequentemente usados ​​para medir a radiação térmica. Existem dois tipos de termistores: metálicos e semicondutores.

R(T)=AT−CeD/T

R(T): valor da resistência; T: temperatura; A, C, D: constantes que variam com o material.

O termistor de metal tem um coeficiente de resistência de temperatura positivo e seu valor absoluto é menor que o de um semicondutor. A relação entre resistência e temperatura é basicamente linear e possui forte resistência a altas temperaturas. É usado principalmente para medição de simulação de temperatura;

Termistores semicondutores são exatamente o oposto, usados ​​para detecção de radiação, como alarmes, sistemas de proteção contra incêndio e busca e rastreamento de radiadores térmicos.

# Tipo de termopar

O termopar, também chamado de termopar, é o primeiro dispositivo de detecção termoelétrica e seu princípio de funcionamento é o efeito piroelétrico. Uma junção composta por dois materiais condutores diferentes pode gerar força eletromotriz na junção. A extremidade do termopar que recebe radiação é chamada de extremidade quente e a outra extremidade é chamada de extremidade fria. O chamado efeito termoelétrico, ou seja, se esses dois materiais condutores diferentes forem conectados em um circuito, quando a temperatura nas duas juntas for diferente, será gerada corrente no circuito.

Para melhorar o coeficiente de absorção, uma folha de ouro negro é instalada na extremidade quente para formar o material do termopar, que pode ser metálico ou semicondutor. A estrutura pode ser uma entidade em forma de linha ou de tira, ou uma película fina feita por tecnologia de deposição a vácuo ou tecnologia de fotolitografia. Os termopares do tipo entidade são usados ​​​​principalmente para medição de temperatura, e os termopares do tipo filme fino (consistindo de muitos termopares em série) são usados ​​​​principalmente para medir a radiação.

A constante de tempo do detector infravermelho do tipo termopar é relativamente grande, portanto o tempo de resposta é relativamente longo e as características dinâmicas são relativamente pobres. A frequência da mudança de radiação no lado norte deve geralmente ser inferior a 10 Hz. Em aplicações práticas, vários termopares são frequentemente conectados em série para formar uma termopilha para detectar a intensidade da radiação infravermelha.

# Tipo piroelétrico

Os detectores infravermelhos piroelétricos são feitos de cristais piroelétricos ou “ferroelétricos” com polarização. O cristal piroelétrico é uma espécie de cristal piezoelétrico, que possui uma estrutura não centrossimétrica. No estado natural, os centros de carga positiva e negativa não coincidem em certas direções, e uma certa quantidade de cargas polarizadas é formada na superfície do cristal, o que é chamado de polarização espontânea. Quando a temperatura do cristal muda, pode fazer com que o centro das cargas positivas e negativas do cristal se desloque, de modo que a carga de polarização na superfície muda de acordo. Normalmente sua superfície captura cargas flutuantes na atmosfera e mantém um estado de equilíbrio elétrico. Quando a superfície do ferroelétrico está em equilíbrio elétrico, quando os raios infravermelhos são irradiados em sua superfície, a temperatura do ferroelétrico (folha) aumenta rapidamente, a intensidade da polarização cai rapidamente e a carga ligada diminui acentuadamente; enquanto a carga flutuante na superfície muda lentamente. Não há alteração no corpo ferroelétrico interno.

Em muito pouco tempo, desde a mudança na intensidade de polarização causada pela mudança de temperatura até o estado de equilíbrio elétrico na superfície novamente, cargas flutuantes em excesso aparecem na superfície do ferroelétrico, o que equivale a liberar uma parte da carga. Este fenômeno é chamado de efeito piroelétrico. Como leva muito tempo para a carga livre neutralizar a carga ligada na superfície, leva mais do que alguns segundos, e o tempo de relaxamento da polarização espontânea do cristal é muito curto, cerca de 10-12 segundos, então o o cristal piroelétrico pode responder a rápidas mudanças de temperatura.

# Tipo pneumático Gaolai

Quando o gás absorve a radiação infravermelha sob a condição de manter um determinado volume, a temperatura aumentará e a pressão aumentará. A magnitude do aumento de pressão é proporcional à potência da radiação infravermelha absorvida, de modo que a potência da radiação infravermelha absorvida pode ser medida. Os detectores infravermelhos feitos de acordo com os princípios acima são chamados de detectores de gás, e o tubo Gao Lai é um detector de gás típico.

Sensor de fótons

Os detectores infravermelhos de fótons usam certos materiais semicondutores para produzir efeitos fotoelétricos sob a irradiação da radiação infravermelha para alterar as propriedades elétricas dos materiais. Medindo as mudanças nas propriedades elétricas, a intensidade da radiação infravermelha pode ser determinada. Os detectores infravermelhos produzidos pelo efeito fotoelétrico são chamados coletivamente de detectores de fótons. As principais características são alta sensibilidade, velocidade de resposta rápida e alta frequência de resposta. Mas geralmente precisa funcionar em baixas temperaturas e a banda de detecção é relativamente estreita.

De acordo com o princípio de funcionamento do detector de fótons, ele geralmente pode ser dividido em um fotodetector externo e um fotodetector interno. Os fotodetectores internos são divididos em detectores fotocondutores, detectores fotovoltaicos e detectores fotomagnetoelétricos.

# Fotodetector externo (dispositivo PE)

Quando a luz incide na superfície de certos metais, óxidos metálicos ou semicondutores, se a energia do fóton for grande o suficiente, a superfície pode emitir elétrons. Este fenômeno é denominado coletivamente como emissão de fotoelétrons, que pertence ao efeito fotoelétrico externo. Os fototubos e os tubos fotomultiplicadores pertencem a este tipo de detector de fótons. A velocidade de resposta é rápida e, ao mesmo tempo, o produto do tubo fotomultiplicador tem um ganho muito alto, que pode ser usado para medição de fóton único, mas a faixa de comprimento de onda é relativamente estreita e a mais longa é de apenas 1700 nm.

# Detector fotocondutor

Quando um semicondutor absorve fótons incidentes, alguns elétrons e lacunas no semicondutor mudam de um estado não condutor para um estado livre que pode conduzir eletricidade, aumentando assim a condutividade do semicondutor. Este fenômeno é chamado de efeito de fotocondutividade. Os detectores infravermelhos feitos pelo efeito fotocondutor de semicondutores são chamados de detectores fotocondutores. Atualmente, é o tipo de detector de fótons mais utilizado.

# Detector fotovoltaico (dispositivo PU)

Quando a radiação infravermelha é irradiada na junção PN de certas estruturas de materiais semicondutores, sob a ação do campo elétrico na junção PN, os elétrons livres na área P movem-se para a área N, e os buracos na área N movem-se para o Área P. Se a junção PN estiver aberta, um potencial elétrico adicional é gerado em ambas as extremidades da junção PN, denominado força fotoeletromotriz. Os detectores feitos usando o efeito da força fotoeletromotriz são chamados de detectores fotovoltaicos ou detectores infravermelhos de junção.

# Detector magnetoelétrico óptico

Um campo magnético é aplicado lateralmente à amostra. Quando a superfície do semicondutor absorve fótons, os elétrons e buracos gerados são difundidos no corpo. Durante o processo de difusão, os elétrons e buracos são deslocados para ambas as extremidades da amostra devido ao efeito do campo magnético lateral. Existe uma diferença de potencial entre as duas extremidades. Este fenômeno é chamado de efeito optomagnetoelétrico. Detectores feitos de efeito fotomagnetoelétrico são chamados detectores fotomagnetoelétricos (referidos como dispositivos PEM).