Según su clasificación, los sensores de infrarrojos se pueden dividir en sensores térmicos y sensores de fotones.

Sensor térmico

El detector térmico utiliza el elemento de detección para absorber la radiación infrarroja y producir un aumento de temperatura, que luego va acompañado de cambios en ciertas propiedades físicas. Medir los cambios en estas propiedades físicas puede medir la energía o potencia que absorbe. El proceso específico es el siguiente: el primer paso es absorber la radiación infrarroja mediante el detector térmico para provocar un aumento de temperatura; el segundo paso es utilizar algunos efectos de temperatura del detector térmico para convertir el aumento de temperatura en un cambio de electricidad. Hay cuatro tipos de cambios de propiedades físicas comúnmente utilizados: tipo termistor, tipo termopar, tipo piroeléctrico y tipo neumático Gaolai.

# Tipo de termistor

Después de que el material sensible al calor absorbe la radiación infrarroja, la temperatura aumenta y el valor de resistencia cambia. La magnitud del cambio de resistencia es proporcional a la energía de radiación infrarroja absorbida. Los detectores de infrarrojos que se fabrican cambiando la resistencia después de que una sustancia absorbe la radiación infrarroja se denominan termistores. Los termistores se utilizan a menudo para medir la radiación térmica. Hay dos tipos de termistores: metálicos y semiconductores.

R(T)=AT−CeD/T

R(T): valor de resistencia; T: temperatura; A, C, D: constantes que varían con el material.

El termistor metálico tiene un coeficiente de resistencia a la temperatura positivo y su valor absoluto es menor que el de un semiconductor. La relación entre resistencia y temperatura es básicamente lineal y tiene una fuerte resistencia a altas temperaturas. Se utiliza principalmente para mediciones de simulación de temperatura;

Los termistores semiconductores son todo lo contrario y se utilizan para la detección de radiación, como alarmas, sistemas de protección contra incendios y búsqueda y seguimiento de radiadores térmicos.

# Tipo de termopar

El termopar, también llamado termopar, es el primer dispositivo de detección termoeléctrica y su principio de funcionamiento es el efecto piroeléctrico. Una unión compuesta por dos materiales conductores diferentes puede generar fuerza electromotriz en la unión. El extremo del termopar que recibe radiación se llama extremo caliente y el otro extremo se llama extremo frío. El llamado efecto termoeléctrico, es decir, si estos dos materiales conductores diferentes se conectan en un bucle, cuando la temperatura en las dos uniones es diferente, se generará corriente en el bucle.

Para mejorar el coeficiente de absorción, se instala una lámina de oro negro en el extremo caliente para formar el material del termopar, que puede ser metal o semiconductor. La estructura puede ser una entidad en forma de línea o de tira, o una película delgada hecha mediante tecnología de deposición al vacío o tecnología de fotolitografía. Los termopares de tipo entidad se utilizan principalmente para medir la temperatura, y los termopares de película delgada (que constan de muchos termopares en serie) se utilizan principalmente para medir la radiación.

La constante de tiempo del detector de infrarrojos tipo termopar es relativamente grande, por lo que el tiempo de respuesta es relativamente largo y las características dinámicas son relativamente pobres. La frecuencia del cambio de radiación en el lado norte generalmente debe ser inferior a 10 HZ. En aplicaciones prácticas, a menudo se conectan varios termopares en serie para formar una termopila para detectar la intensidad de la radiación infrarroja.

# Tipo piroeléctrico

Los detectores de infrarrojos piroeléctricos están hechos de cristales piroeléctricos o “ferroeléctricos” con polarización. El cristal piroeléctrico es un tipo de cristal piezoeléctrico que tiene una estructura no centrosimétrica. En el estado natural, los centros de carga positiva y negativa no coinciden en determinadas direcciones y se forma una cierta cantidad de cargas polarizadas en la superficie del cristal, lo que se denomina polarización espontánea. Cuando la temperatura del cristal cambia, puede hacer que el centro de las cargas positivas y negativas del cristal se desplace, por lo que la carga de polarización en la superficie cambia en consecuencia. Por lo general, su superficie captura cargas flotantes en la atmósfera y mantiene un estado de equilibrio eléctrico. Cuando la superficie del ferroeléctrico está en equilibrio eléctrico, cuando se irradian rayos infrarrojos sobre su superficie, la temperatura del ferroeléctrico (lámina) aumenta rápidamente, la intensidad de polarización cae rápidamente y la carga unida disminuye drásticamente; mientras que la carga flotante en la superficie cambia lentamente. No hay ningún cambio en el cuerpo ferroeléctrico interno.

En muy poco tiempo desde el cambio en la intensidad de polarización causado por el cambio de temperatura hasta el estado de equilibrio eléctrico en la superficie nuevamente, aparece un exceso de cargas flotantes en la superficie del ferroeléctrico, lo que equivale a liberar una parte de la carga. Este fenómeno se llama efecto piroeléctrico. Dado que la carga libre tarda mucho en neutralizar la carga unida en la superficie, se necesitan más de unos pocos segundos, y el tiempo de relajación de la polarización espontánea del cristal es muy corto, alrededor de 10 a 12 segundos, por lo que la El cristal piroeléctrico puede responder a cambios rápidos de temperatura.

# Gaolai tipo neumático

Cuando el gas absorbe radiación infrarroja bajo la condición de mantener un cierto volumen, la temperatura aumentará y la presión aumentará. La magnitud del aumento de presión es proporcional a la potencia de radiación infrarroja absorbida, por lo que se puede medir la potencia de radiación infrarroja absorbida. Los detectores de infrarrojos fabricados según los principios anteriores se denominan detectores de gas, y el tubo Gao Lai es un detector de gas típico.

sensor de fotones

Los detectores de fotones infrarrojos utilizan ciertos materiales semiconductores para producir efectos fotoeléctricos bajo la irradiación de radiación infrarroja para cambiar las propiedades eléctricas de los materiales. Midiendo los cambios en las propiedades eléctricas, se puede determinar la intensidad de la radiación infrarroja. Los detectores de infrarrojos creados por el efecto fotoeléctrico se denominan colectivamente detectores de fotones. Las características principales son alta sensibilidad, velocidad de respuesta rápida y alta frecuencia de respuesta. Pero generalmente necesita funcionar a bajas temperaturas y la banda de detección es relativamente estrecha.

Según el principio de funcionamiento del detector de fotones, generalmente se puede dividir en un fotodetector externo y un fotodetector interno. Los fotodetectores internos se dividen en detectores fotoconductores, detectores fotovoltaicos y detectores fotomagnetoeléctricos.

# Fotodetector externo (dispositivo PE)

Cuando la luz incide sobre la superficie de ciertos metales, óxidos metálicos o semiconductores, si la energía del fotón es lo suficientemente grande, la superficie puede emitir electrones. Este fenómeno se denomina colectivamente emisión de fotoelectrones y pertenece al efecto fotoeléctrico externo. A este tipo de detectores de fotones pertenecen los fototubos y los tubos fotomultiplicadores. La velocidad de respuesta es rápida y, al mismo tiempo, el producto del tubo fotomultiplicador tiene una ganancia muy alta, que se puede utilizar para la medición de un solo fotón, pero el rango de longitud de onda es relativamente estrecho y el más largo es de solo 1700 nm.

# Detector fotoconductor

Cuando un semiconductor absorbe fotones incidentes, algunos electrones y huecos en el semiconductor cambian de un estado no conductor a un estado libre que puede conducir electricidad, aumentando así la conductividad del semiconductor. Este fenómeno se llama efecto de fotoconductividad. Los detectores de infrarrojos fabricados por el efecto fotoconductor de semiconductores se denominan detectores fotoconductores. En la actualidad, es el tipo de detector de fotones más utilizado.

# Detector fotovoltaico (dispositivo PU)

Cuando se irradia radiación infrarroja en la unión PN de ciertas estructuras de materiales semiconductores, bajo la acción del campo eléctrico en la unión PN, los electrones libres en el área P se mueven al área N y los agujeros en el área N se mueven al Zona P. Si la unión PN está abierta, se genera un potencial eléctrico adicional en ambos extremos de la unión PN llamado fuerza fotoelectromotriz. Los detectores fabricados mediante el efecto de la fuerza fotoelectromotriz se denominan detectores fotovoltaicos o detectores de infrarrojos de unión.

# Detector magnetoeléctrico óptico

Se aplica un campo magnético lateralmente a la muestra. Cuando la superficie del semiconductor absorbe fotones, los electrones y los huecos generados se difunden por el cuerpo. Durante el proceso de difusión, los electrones y los huecos se desplazan hacia ambos extremos de la muestra debido al efecto del campo magnético lateral. Existe una diferencia de potencial entre ambos extremos. Este fenómeno se llama efecto optomagnetoeléctrico. Los detectores fabricados con efecto fotomagnetoeléctrico se denominan detectores fotomagnetoeléctricos (denominados dispositivos PEM).