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 tăng nhiệt độ, sau đó kèm theo những thay đổi trong một số tính chất vật lý nhất định. Đo lường những thay đổi trong các tính chất vật lý này có thể đo được năng lượng hoặc công suất mà nó hấp thụ. Quy trình cụ thể như sau: Bước đầu tiên là hấp thụ bức xạ hồng ngoại bằng đầu dò nhiệt để làm tăng nhiệt độ; Bước thứ hai là sử dụng một số hiệu ứng nhiệt độ của máy dò nhiệt để chuyển sự 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 sử dụng để đo bức xạ nhiệt. Có hai loại nhiệt điện trở: kim loại và chất bán dẫn.

R(T)=AT−CeD/T

R(T): giá trị điện trở; T: nhiệt độ; A, C, D: các 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. 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 cũng như tìm kiếm và theo dõi bộ tản nhiệt 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 lý hoạt động của nó là hiệu ứng nhiệt điện. Một điểm nối gồm hai vật liệu dẫn điện khác nhau có thể tạo ra suất điện động tại điểm nối. Đầu nhận bức xạ của cặp nhiệt điện được gọi là đầu nóng, đầu còn lại gọi là đầu lạnh. Cái gọi là hiệu ứng nhiệt điện, tức là nếu hai vật liệu dẫn điện khác nhau này được nối thành một vòng dây thì khi nhiệt độ ở hai khớp nối khác nhau sẽ sinh ra dòng điện trong vòng dây.

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 đường hoặc một thực thể 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 đặc tính động tương đối kém. Tần số 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 cặp 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 độ 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 và một lượng điện tích phân cực nhất định được hình thành trên bề mặt tinh thể, gọi là sự phân cực tự phát. Khi nhiệt độ tinh thể thay đổi, nó có thể làm cho tâm điện tích dương và âm của tinh thể dịch chuyển, do đó điện tích phân cực trên bề mặt cũng thay đổi tương ứng. 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 sắt điện ở trạng thái cân bằng điện, khi chiếu tia hồng ngoại 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 sự thay đổi trong cơ thể sắt điện bên trong.

Trong một thời gian rất ngắn kể từ khi thay đổi cường độ phân cực do thay đổi nhiệt độ đến trạng thái cân bằng điện trên bề mặt trở lại, 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 một thời gian dài để điện tích tự do trung hòa điện tích liên kết trên bề mặt nên phải mất hơn vài giây và thời gian hồi phục của sự phân cực tự phát của tinh thể là rất ngắn, khoảng 10-12 giây, do đó, tinh thể nhiệt điện có thể phản ứng với sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng.

# Loại khí nén Gaolai

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 nguyên lý trên gọi là máy dò khí, và ống Cao Lai là máy dò khí điển hình.

Cảm biến photon

Máy dò hồng ngoại photon sử dụng một số vật liệu bán dẫn nhất định để tạo ra hiệu ứng quang điện dưới sự chiếu xạ của bức xạ hồng ngoại nhằm thay đổi tính chất điện của vật liệu. Bằng cách đo sự thay đổi tính chất điện, cường độ 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 nhìn chung nó cần hoạt động ở nhiệt độ thấp và dải phát hiện tương đối hẹp.

Theo nguyên lý làm việc 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 máy dò quang dẫn, máy dò quang điện và máy dò quang điện.

# Bộ tách sóng quang ngoài (thiết bị PE)

Khi ánh sáng chiếu tới bề mặt của một số kim loại, oxit kim loại hoặc chất bán dẫn nhất định, nếu năng lượng photon đủ lớn thì bề mặt đó có thể phát ra các electron. Hiện tượng này được gọi chung là sự phát xạ quang điện tử, thuộc về hiệu ứng quang điện bên ngoài. 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 mức tăng rất cao, có thể dùng để đo photon đơn lẻ, nhưng phạm vi bước sóng tương đối hẹp và dài nhất chỉ là 1700nm.

# Máy dò quang dẫn

Khi chất bán dẫn hấp thụ các photon tới, một số electron và lỗ trống trong chất bán dẫn 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 gọi là hiệu ứng quang dẫn. Máy dò hồng ngoại được chế tạo bằng hiệu ứng quang dẫn của chất bán dẫn được gọi là máy dò quang dẫn. Hiện nay, nó là loại máy dò photon được sử dụng rộng rãi nhất.

# Máy dò quang điện (thiết bị PU)

Khi chiếu bức xạ hồng ngoại lên tiếp giáp PN của một cấu trúc vật liệu bán dẫn nào đó, dưới tác dụng của điện trường trong tiếp giáp PN, các electron tự do ở vùng P sẽ di chuyển về vùng N, còn các lỗ trống ở vùng N sẽ di chuyển về phía khu vực P. Nếu tiếp giáp PN mở, một điện thế bổ sung được tạo ra ở cả hai đầu của tiếp giáp PN gọi là quang điện. Các máy dò được chế tạo bằng cách sử dụng hiệu ứng lực điện động quang được gọi là máy dò quang điện hoặc máy dò hồng ngoại tiếp giáp.

# Máy dò quang điện từ

Một từ trường được tác dụng theo chiều ngang lên mẫu. Khi bề mặt bán dẫn hấp thụ 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 được dịch chuyển về hai đầu của mẫu do tác dụng của từ trường ngang. Có một sự khác biệt tiềm năng giữa cả hai đầu. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng quang điện từ. Máy dò tạo ra hiệu ứng quang điện từ được gọi là máy dò quang điện từ (gọi tắt là thiết bị PEM).