Theo phân loại, cảm biến hồng ngoại có thể được chia thành cảm biến nhiệt và cảm biến photon.

Cảm biến nhiệt

Máy dò nhiệt sử dụng phần tử phát hiện để hấp thụ bức xạ hồng ngoại để tạo ra sự gia tăng nhiệt độ, sau đó kèm theo những thay đổi về tính chất vật lý nhất định.Đo lường những thay đổi trong các tính chất vật lý này có thể đo lường năng lượng hoặc sức mạnh mà nó hấp thụ.Quy trình cụ thể như sau: Bước đầu tiên, đầu dò nhiệt hấp thụ bức xạ hồng ngoại để làm tăng nhiệt độ;bước thứ hai là sử dụng một số hiệu ứng nhiệt độ của máy dò nhiệt để chuyển đổi sự gia tăng nhiệt độ thành sự thay đổi điện năng.Có bốn loại thay đổi tính chất vật lý thường được sử dụng: loại nhiệt điện trở, loại cặp nhiệt điện, loại nhiệt điện và loại khí nén Gaolai.

# Loại nhiệt điện trở

Sau khi vật liệu nhạy nhiệt hấp thụ bức xạ hồng ngoại, nhiệt độ tăng lên và giá trị điện trở thay đổi.Độ lớn của sự thay đổi điện trở tỷ lệ thuận với năng lượng bức xạ hồng ngoại được hấp thụ.Máy dò hồng ngoại được chế tạo bằng cách thay đổi điện trở sau khi một chất hấp thụ bức xạ hồng ngoại được gọi là nhiệt điện trở.Nhiệt điện trở thường được dùng để đo bức xạ nhiệt.Có hai loại nhiệt điện trở: kim loại và bán dẫn.

R(T)=AT−CeD/T

R(T): giá trị điện trở;T: nhiệt độ;A, C, D: hằng số thay đổi theo vật liệu.

Nhiệt điện trở kim loại có hệ số điện trở nhiệt độ dương và giá trị tuyệt đối của nó nhỏ hơn giá trị tuyệt đối của chất bán dẫn.Mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ về cơ bản là tuyến tính và nó có khả năng chịu nhiệt độ cao mạnh mẽ.Nó chủ yếu được sử dụng để đo mô phỏng nhiệt độ;

Điện trở nhiệt bán dẫn thì ngược lại, được sử dụng để phát hiện bức xạ, chẳng hạn như báo động, hệ thống phòng cháy chữa cháy, tìm kiếm và theo dõi bộ tản nhiệt.

# Loại cặp nhiệt điện

Cặp nhiệt điện, còn được gọi là cặp nhiệt điện, là thiết bị phát hiện nhiệt điện sớm nhất và nguyên tắc hoạt động của nó là hiệu ứng hỏa điện.Một điểm nối bao gồm hai vật liệu dẫn điện khác nhau có thể tạo ra lực điện động tại điểm nối.Đầu của cặp nhiệt điện nhận bức xạ được gọi là đầu nóng và đầu còn lại được gọi là đầu lạnh.Cái gọi là hiệu ứng nhiệt điện, nghĩa là nếu hai vật liệu dẫn điện khác nhau này được nối thành một vòng, khi nhiệt độ ở hai khớp khác nhau, dòng điện sẽ được tạo ra trong vòng.

Để cải thiện hệ số hấp thụ, lá vàng đen được lắp vào đầu nóng để tạo thành vật liệu của cặp nhiệt điện, có thể là kim loại hoặc chất bán dẫn.Cấu trúc có thể là một thực thể dạng đường thẳng hoặc dạng dải, hoặc một màng mỏng được tạo ra bằng công nghệ lắng đọng chân không hoặc công nghệ quang khắc.Cặp nhiệt điện loại thực thể chủ yếu được sử dụng để đo nhiệt độ và cặp nhiệt điện loại màng mỏng (bao gồm nhiều cặp nhiệt điện nối tiếp) chủ yếu được sử dụng để đo bức xạ.

Hằng số thời gian của máy dò hồng ngoại loại cặp nhiệt điện tương đối lớn, do đó thời gian đáp ứng tương đối dài và các đặc tính động tương đối kém.Tần số của sự thay đổi bức xạ ở phía bắc thường phải dưới 10HZ.Trong các ứng dụng thực tế, một số cặp nhiệt điện thường được mắc nối tiếp để tạo thành một pin nhiệt điện nhằm phát hiện cường độ bức xạ hồng ngoại.

# Loại nhiệt điện

Máy dò hồng ngoại nhiệt điện được làm bằng tinh thể nhiệt điện hoặc “sắt điện” có phân cực.Tinh thể nhiệt điện là một loại tinh thể áp điện, có cấu trúc không đối xứng tâm.Ở trạng thái tự nhiên, các tâm điện tích dương và âm không trùng nhau theo một số hướng nhất định, trên bề mặt tinh thể hình thành một lượng điện tích phân cực nhất định, hiện tượng này gọi là hiện tượng phân cực tự phát.Khi nhiệt độ tinh thể thay đổi, nó có thể làm cho tâm của các điện tích dương và âm của tinh thể dịch chuyển, do đó điện tích phân cực trên bề mặt cũng thay đổi theo.Thông thường bề mặt của nó thu giữ các điện tích trôi nổi trong khí quyển và duy trì trạng thái cân bằng điện.Khi bề mặt của sắt điện ở trạng thái cân bằng điện, khi tia hồng ngoại chiếu lên bề mặt của nó, nhiệt độ của sắt điện (tấm) tăng nhanh, cường độ phân cực giảm nhanh và điện tích liên kết giảm mạnh;trong khi điện tích nổi trên bề mặt thay đổi chậm.Không có thay đổi trong cơ thể sắt điện bên trong.

Trong một thời gian rất ngắn từ sự thay đổi cường độ phân cực do thay đổi nhiệt độ sang trạng thái cân bằng điện trên bề mặt một lần nữa, các điện tích nổi dư thừa xuất hiện trên bề mặt của chất sắt điện, tương đương với việc giải phóng một phần điện tích.Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng nhiệt điện.Vì phải mất nhiều thời gian để điện tích tự do trung hòa điện tích liên kết trên bề mặt, phải mất hơn vài giây và thời gian thư giãn của sự phân cực tự phát của tinh thể rất ngắn, khoảng 10-12 giây, do đó tinh thể nhiệt điện có thể đáp ứng với sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng.

# Gaolai loại khí nén

Khi khí hấp thụ bức xạ hồng ngoại trong điều kiện duy trì một thể tích nhất định, nhiệt độ sẽ tăng và áp suất sẽ tăng.Độ lớn của sự gia tăng áp suất tỷ lệ thuận với công suất bức xạ hồng ngoại được hấp thụ, do đó có thể đo được công suất bức xạ hồng ngoại được hấp thụ.Máy dò hồng ngoại được chế tạo theo các nguyên tắc trên được gọi là máy dò khí và ống Gao Lai là máy dò khí điển hình.

cảm biến photon

Máy dò hồng ngoại photon sử dụng một số vật liệu bán dẫn để tạo ra hiệu ứng quang điện dưới sự chiếu xạ của bức xạ hồng ngoại để thay đổi tính chất điện của vật liệu.Bằng cách đo những thay đổi về tính chất điện, cường độ của bức xạ hồng ngoại có thể được xác định.Các máy dò hồng ngoại được tạo ra bởi hiệu ứng quang điện được gọi chung là máy dò photon.Các tính năng chính là độ nhạy cao, tốc độ phản hồi nhanh và tần số phản hồi cao.Nhưng nó thường cần hoạt động ở nhiệt độ thấp và dải phát hiện tương đối hẹp.

Theo nguyên lý hoạt động của máy dò photon, nó thường có thể được chia thành bộ tách sóng quang bên ngoài và bộ tách sóng quang bên trong.Bộ tách sóng quang bên trong được chia thành bộ dò quang dẫn, bộ dò quang điện và bộ dò quang điện.

# Bộ tách sóng quang bên ngoài (thiết bị PE)

Khi ánh sáng chiếu tới bề mặt của một số kim loại, oxit kim loại hoặc chất bán dẫn, nếu năng lượng phôtôn đủ lớn thì bề mặt đó có thể phát ra êlectron.Hiện tượng này được gọi chung là phát xạ quang điện tử, thuộc về hiệu ứng quang điện bên ngoài.Các ống quang và ống nhân quang thuộc loại máy dò photon này.Tốc độ phản hồi nhanh, đồng thời sản phẩm ống nhân quang có hệ số khuếch đại rất cao, có thể dùng để đo photon đơn lẻ nhưng dải bước sóng tương đối hẹp, dài nhất chỉ 1700nm.

# máy dò quang dẫn

Khi một chất bán dẫn hấp thụ các photon tới, một số electron và lỗ trống trong chất bán dẫn sẽ chuyển từ trạng thái không dẫn điện sang trạng thái tự do có thể dẫn điện, do đó làm tăng độ dẫn điện của chất bán dẫn.Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng quang dẫn.Máy dò hồng ngoại được thực hiện bởi hiệu ứng quang dẫn của chất bán dẫn được gọi là máy dò quang dẫn.Hiện tại, nó là loại máy dò photon được sử dụng rộng rãi nhất.

# Máy dò quang điện (thiết bị PU)

Khi bức xạ hồng ngoại chiếu vào tiếp giáp PN của một số cấu trúc vật liệu bán dẫn, dưới tác dụng của điện trường trong tiếp giáp PN, các electron tự do trong khu vực P di chuyển đến khu vực N và các lỗ trống trong khu vực N di chuyển đến khu vực N. khu vực P.Nếu mối nối PN mở, một điện thế bổ sung được tạo ra ở cả hai đầu của mối nối PN được gọi là suất điện động quang.Máy dò được chế tạo bằng cách sử dụng hiệu ứng lực điện động ảnh được gọi là máy dò quang điện hoặc máy dò hồng ngoại tiếp giáp.

# Máy dò điện từ quang

Một từ trường được áp dụng theo chiều ngang cho mẫu.Khi bề mặt chất bán dẫn hấp thụ các photon, các electron và lỗ trống được tạo ra sẽ khuếch tán vào cơ thể.Trong quá trình khuếch tán, các electron và lỗ trống lệch về hai đầu của mẫu do tác dụng của từ trường bên.Có một sự khác biệt tiềm năng giữa cả hai đầu.Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng quang điện từ.Các máy dò tạo ra hiệu ứng quang điện từ được gọi là máy dò quang điện từ (gọi tắt là thiết bị PEM).