По классификации инфракрасные датчики можно разделить на тепловые датчики и фотонные датчики.

Термодатчик

Тепловой детектор использует элемент обнаружения для поглощения инфракрасного излучения, что приводит к повышению температуры, а затем сопровождается изменением определенных физических свойств.Измерение изменений этих физических свойств позволяет измерить энергию или мощность, которые оно поглощает.Конкретный процесс выглядит следующим образом: первый шаг заключается в поглощении инфракрасного излучения тепловым детектором, чтобы вызвать повышение температуры;второй шаг заключается в использовании некоторых температурных эффектов теплового детектора для преобразования повышения температуры в изменение электричества.Обычно используются четыре типа изменения физических свойств: термисторный тип, термопарный тип, пироэлектрический тип и пневматический тип Gaolai.

# Тип термистора

После того, как термочувствительный материал поглощает инфракрасное излучение, температура повышается, а значение сопротивления изменяется.Величина изменения сопротивления пропорциональна поглощенной энергии инфракрасного излучения.Инфракрасные детекторы, изготовленные путем изменения сопротивления после того, как вещество поглотило инфракрасное излучение, называются термисторами.Термисторы часто используются для измерения теплового излучения.Термисторы бывают двух типов: металлические и полупроводниковые.

R(T)=AT−CeD/T

R(T): значение сопротивления;Т: температура;A, C, D: константы, которые зависят от материала.

Металлический термистор имеет положительный температурный коэффициент сопротивления, и его абсолютное значение меньше, чем у полупроводника.Взаимосвязь между сопротивлением и температурой в основном линейная, и он обладает сильной устойчивостью к высоким температурам.Он в основном используется для измерения температуры;

Полупроводниковые термисторы, как раз наоборот, используются для обнаружения излучения, например, в системах сигнализации, системах противопожарной защиты, а также для поиска и отслеживания тепловых излучателей.

# Тип термопары

Термопара, также называемая термопарой, является самым ранним термоэлектрическим устройством обнаружения, и его принцип работы основан на пироэлектрическом эффекте.Соединение, состоящее из двух разных материалов проводника, может генерировать электродвижущую силу в соединении.Конец термопары, принимающий излучение, называется горячим концом, а другой конец называется холодным концом.Так называемый термоэлектрический эффект, то есть, если эти два разных проводящих материала соединить в петлю, когда температура в двух соединениях различна, в петле будет генерироваться ток.

Для улучшения коэффициента поглощения на горячий конец устанавливается черная золотая фольга, формирующая материал термопары, которая может быть металлической или полупроводниковой.Структура может быть либо линейной, либо полосообразной, либо тонкой пленкой, изготовленной с помощью технологии вакуумного напыления или фотолитографии.Термопары блочного типа в основном используются для измерения температуры, а термопары тонкопленочного типа (состоящие из множества последовательно соединенных термопар) в основном используются для измерения излучения.

Постоянная времени инфракрасного детектора термопарного типа относительно велика, поэтому время отклика относительно велико, а динамические характеристики относительно плохие.Частота изменения излучения на северной стороне обычно должна быть ниже 10 Гц.На практике несколько термопар часто соединяют последовательно, образуя термобатарею для определения интенсивности инфракрасного излучения.

# Пироэлектрический тип

Пироэлектрические инфракрасные детекторы изготавливаются из пироэлектрических кристаллов или «сегнетоэлектриков» с поляризацией.Пироэлектрический кристалл представляет собой разновидность пьезоэлектрического кристалла, который имеет нецентросимметричную структуру.В естественном состоянии центры положительного и отрицательного заряда не совпадают в определенных направлениях, и на поверхности кристалла образуется некоторое количество поляризованных зарядов, что называется спонтанной поляризацией.Когда температура кристалла изменяется, это может привести к смещению центра положительных и отрицательных зарядов кристалла, поэтому соответственно изменяется поляризационный заряд на поверхности.Обычно его поверхность улавливает плавающие в атмосфере заряды и поддерживает состояние электрического равновесия.Когда поверхность сегнетоэлектрика находится в электрическом равновесии, при облучении ее поверхности инфракрасными лучами температура сегнетоэлектрика (листа) быстро повышается, интенсивность поляризации быстро падает, связанный заряд резко уменьшается;в то время как плавающий заряд на поверхности изменяется медленно.Внутреннее сегнетоэлектрическое тело не изменяется.

Через очень короткое время от изменения интенсивности поляризации, вызванного изменением температуры, до состояния электрического равновесия на поверхности снова появляются избыточные плавающие заряды на поверхности сегнетоэлектрика, что эквивалентно высвобождению части заряда.Это явление называется пироэлектрическим эффектом.Так как свободный заряд долго нейтрализует связанный заряд на поверхности, на это требуется больше нескольких секунд, а время релаксации спонтанной поляризации кристалла очень короткое, около 10-12 секунд, поэтому пироэлектрический кристалл может реагировать на быстрые изменения температуры.

# Gaolai пневматического типа

Когда газ поглощает инфракрасное излучение при условии поддержания определенного объема, температура будет повышаться, а давление увеличиваться.Величина увеличения давления пропорциональна мощности поглощенного инфракрасного излучения, поэтому можно измерить мощность поглощенного инфракрасного излучения.Инфракрасные детекторы, изготовленные по вышеуказанным принципам, называются детекторами газа, а трубка Гао Лай является типичным детектором газа.

Фотонный датчик

Фотонные инфракрасные детекторы используют определенные полупроводниковые материалы для создания фотоэлектрических эффектов под воздействием инфракрасного излучения для изменения электрических свойств материалов.Измеряя изменения электрических свойств, можно определить интенсивность инфракрасного излучения.Инфракрасные детекторы, созданные с помощью фотоэлектрического эффекта, в совокупности называются фотонными детекторами.Основными особенностями являются высокая чувствительность, быстрая скорость отклика и высокая частота отклика.Но обычно он должен работать при низких температурах, а полоса обнаружения относительно узкая.

По принципу работы фотонный детектор можно разделить на внешний фотодетектор и внутренний фотодетектор.Внутренние фотодетекторы делятся на фотопроводящие детекторы, фотоэлектрические детекторы и фотомагнитоэлектрические детекторы.

# Внешний фотоприемник (устройство PE)

Когда свет падает на поверхность некоторых металлов, оксидов металлов или полупроводников, если энергия фотона достаточно велика, поверхность может испускать электроны.Это явление в совокупности называется фотоэлектронной эмиссией, которая относится к внешнему фотоэлектрическому эффекту.К этому типу детекторов фотонов относятся фототрубки и фотоумножители.Скорость отклика высокая, и в то же время продукт фотоумножителя имеет очень высокий коэффициент усиления, который можно использовать для измерения одиночных фотонов, но диапазон длин волн относительно узок, а самая длинная длина составляет всего 1700 нм.

# Фотопроводящий детектор

Когда полупроводник поглощает падающие фотоны, некоторые электроны и дырки в полупроводнике переходят из непроводящего состояния в свободное состояние, которое может проводить электричество, тем самым увеличивая проводимость полупроводника.Это явление называется эффектом фотопроводимости.Инфракрасные детекторы, созданные за счет фотопроводящего эффекта полупроводников, называются фотопроводящими детекторами.В настоящее время это наиболее широко используемый тип детектора фотонов.

# Фотоэлектрический детектор (устройство ПУ)

При облучении инфракрасным излучением PN-перехода некоторых структур из полупроводникового материала под действием электрического поля в PN-переходе свободные электроны в области P перемещаются в область N, а дырки в области N перемещаются в область N. площадь П.Если PN-переход открыт, на обоих концах PN-перехода генерируется дополнительный электрический потенциал, называемый фотоэлектродвижущей силой.Детекторы, изготовленные с использованием эффекта фотоэлектродвижущей силы, называются фотоэлектрическими детекторами или стыковыми инфракрасными детекторами.

# Оптический магнитоэлектрический детектор

Магнитное поле прикладывается сбоку к образцу.Когда поверхность полупроводника поглощает фотоны, генерируемые электроны и дырки диффундируют в тело.В процессе диффузии электроны и дырки смещаются к обоим концам образца из-за влияния бокового магнитного поля.Между обоими концами имеется разность потенциалов.Это явление называется оптомагнитоэлектрическим эффектом.Детекторы на фотомагнитоэлектрическом эффекте называются фотомагнитоэлектрическими детекторами (именуемые ФЭМ-устройствами).