Zgodnie z klasyfikacją czujniki podczerwieni można podzielić na czujniki termiczne i czujniki fotonowe.

Czujnik termiczny

Detektor termiczny wykorzystuje element detekcyjny do absorpcji promieniowania podczerwonego w celu wytworzenia wzrostu temperatury, któremu towarzyszą zmiany określonych właściwości fizycznych. Pomiar zmian tych właściwości fizycznych może zmierzyć energię lub moc, jaką pochłania. Specyficzny proces przebiega następująco: Pierwszym krokiem jest absorpcja promieniowania podczerwonego przez detektor termiczny, co powoduje wzrost temperatury; drugim krokiem jest wykorzystanie efektów temperaturowych detektora termicznego w celu przekształcenia wzrostu temperatury w zmianę energii elektrycznej. Istnieją cztery typy powszechnie stosowanych zmian właściwości fizycznych: typ termistora, typ termopary, typ piroelektryczny i typ pneumatyczny Gaolai.

# Typ termistora

Gdy materiał wrażliwy na ciepło pochłonie promieniowanie podczerwone, temperatura wzrasta i zmienia się wartość rezystancji. Wielkość zmiany rezystancji jest proporcjonalna do pochłoniętej energii promieniowania podczerwonego. Detektory podczerwieni powstające w wyniku zmiany rezystancji po pochłonięciu przez substancję promieniowania podczerwonego nazywane są termistorami. Termistory są często używane do pomiaru promieniowania cieplnego. Istnieją dwa rodzaje termistorów: metalowe i półprzewodnikowe.

R(T)=AT-CeD/T

R(T): wartość rezystancji; T: temperatura; A, C, D: stałe zmieniające się w zależności od materiału.

Termistor metalowy ma dodatni współczynnik temperaturowy rezystancji, a jego wartość bezwzględna jest mniejsza niż w przypadku półprzewodnika. Zależność między rezystancją a temperaturą jest zasadniczo liniowa i ma silną odporność na wysoką temperaturę. Stosowany jest głównie do pomiaru symulacji temperatury;

Termistory półprzewodnikowe są ich przeciwieństwem i służą do wykrywania promieniowania, takiego jak alarmy, systemy przeciwpożarowe oraz do wyszukiwania i śledzenia grzejników termicznych.

# Typ termopary

Termopara, zwana także termoparą, jest najwcześniejszym termoelektrycznym urządzeniem wykrywającym, a jej zasadą działania jest efekt piroelektryczny. Złącze składające się z dwóch różnych materiałów przewodzących może generować siłę elektromotoryczną na złączu. Koniec termopary odbierający promieniowanie nazywany jest gorącym końcem, a drugi koniec nazywany jest zimnym końcem. Tak zwany efekt termoelektryczny, to znaczy, że jeśli te dwa różne materiały przewodzące zostaną połączone w pętlę, gdy temperatura na obu złączach będzie różna, w pętli będzie generowany prąd.

Aby poprawić współczynnik absorpcji, na gorącym końcu instaluje się folię z czarnego złota, tworząc materiał termopary, który może być metalem lub półprzewodnikiem. Struktura może mieć postać linii lub paska, albo cienkiej folii wykonanej technologią osadzania próżniowego lub technologią fotolitografii. Termopary typu jednostki są najczęściej używane do pomiaru temperatury, a termopary cienkowarstwowe (składające się z wielu termopar połączonych szeregowo) są najczęściej używane do pomiaru promieniowania.

Stała czasowa detektora podczerwieni typu termopary jest stosunkowo duża, więc czas reakcji jest stosunkowo długi, a właściwości dynamiczne stosunkowo słabe. Częstotliwość zmiany promieniowania po stronie północnej powinna generalnie wynosić poniżej 10 Hz. W praktycznych zastosowaniach kilka termopar jest często połączonych szeregowo, tworząc stos termoelektryczny do wykrywania intensywności promieniowania podczerwonego.

# Typ piroelektryczny

Piroelektryczne detektory podczerwieni wykonane są z kryształów piroelektrycznych lub „ferroelektryków” z polaryzacją. Kryształ piroelektryczny jest rodzajem kryształu piezoelektrycznego, który ma strukturę niecentrosymetryczną. W stanie naturalnym centra ładunku dodatniego i ujemnego nie pokrywają się w określonych kierunkach, a na powierzchni kryształu powstaje pewna ilość ładunków spolaryzowanych, co nazywa się polaryzacją spontaniczną. Kiedy zmienia się temperatura kryształu, może to spowodować przesunięcie środka dodatnich i ujemnych ładunków kryształu, w związku z czym ładunek polaryzacyjny na powierzchni odpowiednio się zmienia. Zwykle jego powierzchnia wychwytuje ładunki unoszące się w atmosferze i utrzymuje stan równowagi elektrycznej. Kiedy powierzchnia ferroelektryka znajduje się w równowadze elektrycznej, gdy na jego powierzchnię napromieniane są promienie podczerwone, temperatura ferroelektryka (arkusza) gwałtownie wzrasta, intensywność polaryzacji szybko spada, a związany ładunek gwałtownie maleje; podczas gdy ładunek pływający na powierzchni zmienia się powoli. Nie ma zmian w wewnętrznym korpusie ferroelektrycznym.

W bardzo krótkim czasie od zmiany natężenia polaryzacji spowodowanej zmianą temperatury do stanu równowagi elektrycznej na powierzchni ponownie, na powierzchni ferroelektryka pojawia się nadmiar ładunków pływających, co jest równoznaczne z uwolnieniem części ładunku. Zjawisko to nazywane jest efektem piroelektrycznym. Ponieważ zobojętnienie ładunku związanego na powierzchni przez swobodny ładunek zajmuje dużo czasu, zajmuje to więcej niż kilka sekund, a czas relaksacji spontanicznej polaryzacji kryształu jest bardzo krótki, około 10-12 sekund, więc kryształ piroelektryczny może reagować na szybkie zmiany temperatury.

# Typ pneumatyczny Gaolai

Gdy gaz zaabsorbuje promieniowanie podczerwone pod warunkiem utrzymania określonej objętości, temperatura wzrośnie, a ciśnienie wzrośnie. Wielkość wzrostu ciśnienia jest proporcjonalna do mocy pochłoniętego promieniowania podczerwonego, dzięki czemu można zmierzyć moc pochłoniętego promieniowania podczerwonego. Detektory podczerwieni wykonane według powyższych zasad nazywane są detektorami gazu, a lampa Gao Lai jest typowym detektorem gazu.

Czujnik fotonowy

Fotonowe detektory podczerwieni wykorzystują określone materiały półprzewodnikowe do wytwarzania efektów fotoelektrycznych pod wpływem promieniowania podczerwonego w celu zmiany właściwości elektrycznych materiałów. Mierząc zmiany właściwości elektrycznych, można określić intensywność promieniowania podczerwonego. Detektory podczerwieni powstające w wyniku efektu fotoelektrycznego nazywane są wspólnie detektorami fotonów. Główne cechy to wysoka czułość, duża szybkość reakcji i wysoka częstotliwość reakcji. Ale generalnie musi działać w niskich temperaturach, a pasmo detekcji jest stosunkowo wąskie.

Zgodnie z zasadą działania detektora fotonowego można go ogólnie podzielić na fotodetektor zewnętrzny i fotodetektor wewnętrzny. Fotodetektory wewnętrzne dzielą się na detektory fotoprzewodzące, detektory fotowoltaiczne i detektory fotomagnetoelektryczne.

# Zewnętrzny fotodetektor (urządzenie PE)

Kiedy światło pada na powierzchnię niektórych metali, tlenków metali lub półprzewodników, jeśli energia fotonów jest wystarczająco duża, powierzchnia może emitować elektrony. Zjawisko to zbiorczo określa się mianem emisji fotoelektronów i należy do zewnętrznego efektu fotoelektrycznego. Do tego typu detektorów fotonów zaliczają się fototuby i fotopowielacze. Szybkość reakcji jest szybka, a jednocześnie produkt z lampą fotopowielacza ma bardzo duże wzmocnienie, które można wykorzystać do pomiaru pojedynczych fotonów, ale zakres długości fal jest stosunkowo wąski, a najdłuższy to tylko 1700 nm.

# Detektor fotoprzewodzący

Kiedy półprzewodnik pochłania padające fotony, niektóre elektrony i dziury w półprzewodniku zmieniają się ze stanu nieprzewodzącego w stan wolny, który może przewodzić prąd, zwiększając w ten sposób przewodność półprzewodnika. Zjawisko to nazywane jest efektem fotoprzewodnictwa. Detektory podczerwieni powstałe w wyniku efektu fotoprzewodzącego półprzewodników nazywane są detektorami fotoprzewodzącymi. Obecnie jest to najpopularniejszy typ detektora fotonów.

# Detektor fotowoltaiczny (urządzenie PU)

Kiedy promieniowanie podczerwone zostanie napromieniowane na złącze PN niektórych struktur materiału półprzewodnikowego, pod wpływem pola elektrycznego w złączu PN, wolne elektrony z obszaru P przemieszczają się do obszaru N, a dziury w obszarze N do Obszar P. Jeśli złącze PN jest otwarte, na obu końcach złącza PN generowany jest dodatkowy potencjał elektryczny zwany siłą fotoelektromotoryczną. Detektory wykorzystujące efekt siły fotoelektromotorycznej nazywane są detektorami fotowoltaicznymi lub złączowymi detektorami podczerwieni.

# Optyczny detektor magnetoelektryczny

Do próbki przykładane jest pole magnetyczne. Kiedy powierzchnia półprzewodnika pochłania fotony, powstałe elektrony i dziury są dyfundowane do ciała. Podczas procesu dyfuzji elektrony i dziury są przesunięte na oba końce próbki pod wpływem bocznego pola magnetycznego. Istnieje różnica potencjałów pomiędzy obydwoma końcami. Zjawisko to nazywane jest efektem optomagnetoelektrycznym. Detektory wykorzystujące efekt fotomagnetoelektryczny nazywane są detektorami fotomagnetoelektrycznymi (określane jako urządzenia PEM).