وفقًا للتصنيف ، يمكن تقسيم مستشعرات الأشعة تحت الحمراء إلى مستشعرات حرارية وأجهزة استشعار للفوتون.

استشعار حراري

يستخدم الكاشف الحراري عنصر الكشف لامتصاص الأشعة تحت الحمراء لإنتاج ارتفاع في درجة الحرارة ، ثم يصاحبها تغيرات في بعض الخصائص الفيزيائية.قياس التغيرات في هذه الخصائص الفيزيائية يمكن أن يقيس الطاقة أو الطاقة التي تمتصها.العملية المحددة هي كما يلي: الخطوة الأولى هي امتصاص الأشعة تحت الحمراء بواسطة الكاشف الحراري لإحداث ارتفاع في درجة الحرارة ؛الخطوة الثانية هي استخدام بعض تأثيرات درجة الحرارة للكاشف الحراري لتحويل ارتفاع درجة الحرارة إلى تغيير في الكهرباء.هناك أربعة أنواع من تغييرات الخصائص الفيزيائية شائعة الاستخدام: نوع الثرمستور ، ونوع المزدوج الحراري ، والنوع الكهروحراري ، والنوع الهوائي Gaolai.

# نوع الثرمستور

بعد أن تمتص المادة الحساسة للحرارة الأشعة تحت الحمراء ، ترتفع درجة الحرارة وتتغير قيمة المقاومة.يتناسب حجم تغير المقاومة مع طاقة الأشعة تحت الحمراء الممتصة.تسمى أجهزة الكشف بالأشعة تحت الحمراء التي يتم إجراؤها عن طريق تغيير المقاومة بعد أن تمتص المادة الأشعة تحت الحمراء بالثرمستورات.غالبًا ما تستخدم الثرمستورات لقياس الإشعاع الحراري.هناك نوعان من الثرمستورات: المعدن وأشباه الموصلات.

R (T) = AT − CeD / T.

R (T): قيمة المقاومة ؛T: درجة الحرارةأ ، ج ، د: ثوابت تختلف باختلاف المادة.

الثرمستور المعدني له معامل درجة حرارة موجب للمقاومة ، وقيمته المطلقة أصغر من قيمة أشباه الموصلات.العلاقة بين المقاومة ودرجة الحرارة هي في الأساس علاقة خطية ، ولها مقاومة قوية لدرجات الحرارة العالية.يستخدم في الغالب لقياس محاكاة درجة الحرارة ؛

الثرمستورات شبه الموصلة هي عكس ذلك تمامًا ، وتستخدم للكشف عن الإشعاع ، مثل الإنذارات وأنظمة الحماية من الحرائق والبحث والتتبع في المبرد الحراري.

# نوع الحرارية

تعتبر المزدوجة الحرارية ، التي تسمى أيضًا المزدوجة الحرارية ، أول جهاز كشف حراري كهربائي ، ومبدأ عملها هو التأثير الكهروحراري.يمكن أن يولد تقاطع مكون من مادتين موصلين مختلفين قوة دافعة كهربائية عند التقاطع.تسمى نهاية استقبال الإشعاع المزدوج الحراري بالطرف الساخن ، والطرف الآخر يسمى الطرف البارد.ما يسمى بالتأثير الكهروحراري ، أي إذا تم توصيل هاتين المادتين الموصلين المختلفين في حلقة ، عندما تختلف درجة الحرارة عند المفصلتين ، سيتم توليد التيار في الحلقة.

من أجل تحسين معامل الامتصاص ، يتم تثبيت رقائق الذهب الأسود على الطرف الساخن لتشكيل مادة المزدوجة الحرارية ، والتي يمكن أن تكون معدنية أو شبه موصلة.يمكن أن يكون الهيكل إما كيانًا على شكل خط أو شريط ، أو غشاء رقيق مصنوع بواسطة تقنية الترسيب الفراغي أو تقنية الطباعة الحجرية الضوئية.تُستخدم المزدوجات الحرارية من نوع الكيان في الغالب لقياس درجة الحرارة ، والمزدوجات الحرارية من نوع الأغشية الرقيقة (تتكون من العديد من المزدوجات الحرارية في سلسلة) تستخدم في الغالب لقياس الإشعاع.

ثابت الوقت لكاشف الأشعة تحت الحمراء من نوع المزدوج الحراري كبير نسبيًا ، وبالتالي فإن وقت الاستجابة طويل نسبيًا ، والخصائص الديناميكية ضعيفة نسبيًا.يجب أن يكون تردد تغير الإشعاع على الجانب الشمالي أقل من 10 هرتز.في التطبيقات العملية ، غالبًا ما يتم توصيل العديد من المزدوجات الحرارية في سلسلة لتشكيل ملف حراري للكشف عن شدة الأشعة تحت الحمراء.

# نوع كهربي حراري

أجهزة الكشف عن الأشعة تحت الحمراء الكهروحرارية مصنوعة من البلورات الكهروحرارية أو "الفيروكهربائية" مع الاستقطاب.البلورة الكهروحرارية هي نوع من البلورات الكهروإجهادية ، والتي لها هيكل غير متماثل.في الحالة الطبيعية ، لا تتطابق مراكز الشحنة الموجبة والسالبة في اتجاهات معينة ، وتتشكل كمية معينة من الشحنات المستقطبة على سطح البلورة ، وهو ما يسمى الاستقطاب التلقائي.عندما تتغير درجة حرارة البلورة ، يمكن أن يتسبب ذلك في تحول مركز الشحنات الموجبة والسالبة للبلورة ، وبالتالي تتغير شحنة الاستقطاب على السطح وفقًا لذلك.عادةً ما يلتقط سطحه الشحنات العائمة في الغلاف الجوي ويحافظ على حالة التوازن الكهربائي.عندما يكون سطح الحديد الكهربائي في حالة توازن كهربائي ، عندما يتم تشعيع الأشعة تحت الحمراء على سطحه ، ترتفع درجة حرارة (الصفيحة) الحديدية بسرعة ، وتنخفض شدة الاستقطاب بسرعة ، وتنخفض الشحنة المقيدة بشكل حاد ؛بينما الشحنة العائمة على السطح تتغير ببطء.لا يوجد تغيير في الجسم الكهروديدي الداخلي.

في وقت قصير جدًا من التغيير في شدة الاستقطاب الناجم عن تغير درجة الحرارة إلى حالة التوازن الكهربائي على السطح مرة أخرى ، تظهر الشحنات العائمة الزائدة على سطح الحديد الكهروضوئي ، وهو ما يعادل إطلاق جزء من الشحنة.هذه الظاهرة تسمى التأثير الكهروحراري.نظرًا لأن الشحنة المجانية تستغرق وقتًا طويلاً لتحييد الشحنة المقيدة على السطح ، فإنها تستغرق أكثر من بضع ثوانٍ ، ووقت استرخاء الاستقطاب التلقائي للبلورة قصير جدًا ، حوالي 10-12 ثانية ، لذلك يمكن أن تستجيب البلورات الكهروحرارية للتغيرات السريعة في درجات الحرارة.

# نوع Gaolai هوائي

عندما يمتص الغاز الأشعة تحت الحمراء بشرط الحفاظ على حجم معين ، تزداد درجة الحرارة ويزداد الضغط.يتناسب حجم زيادة الضغط مع طاقة الأشعة تحت الحمراء الممتصة ، لذلك يمكن قياس طاقة الأشعة تحت الحمراء الممتصة.تسمى كاشفات الأشعة تحت الحمراء المصنوعة وفقًا للمبادئ المذكورة أعلاه كاشفات الغاز ، وأنبوب Gao Lai هو كاشف غاز نموذجي.

مستشعر الفوتون

تستخدم كاشفات الأشعة تحت الحمراء للفوتون بعض المواد شبه الموصلة لإنتاج تأثيرات كهروضوئية تحت إشعاع الأشعة تحت الحمراء لتغيير الخصائص الكهربائية للمواد.من خلال قياس التغيرات في الخواص الكهربائية ، يمكن تحديد شدة الأشعة تحت الحمراء.تسمى كاشفات الأشعة تحت الحمراء الناتجة عن التأثير الكهروضوئي بشكل جماعي كاشفات الفوتون.السمات الرئيسية هي الحساسية العالية وسرعة الاستجابة السريعة وتردد الاستجابة العالي.ولكنه يحتاج عمومًا إلى العمل في درجات حرارة منخفضة ، ويكون نطاق الكشف ضيقًا نسبيًا.

وفقًا لمبدأ عمل كاشف الفوتون ، يمكن تقسيمه عمومًا إلى كاشف ضوئي خارجي وكاشف ضوئي داخلي.تنقسم أجهزة الكشف الضوئية الداخلية إلى أجهزة الكشف الضوئية ، وأجهزة الكشف الكهروضوئية ، وأجهزة الكشف الكهروضوئية المغناطيسية.

# جهاز كشف ضوئي خارجي (جهاز PE)

عندما يسقط الضوء على سطح بعض المعادن أو أكاسيد المعادن أو أشباه الموصلات ، إذا كانت طاقة الفوتون كبيرة بما يكفي ، يمكن للسطح أن يبعث إلكترونات.يشار إلى هذه الظاهرة بشكل جماعي باسم انبعاث الكهروضوئية ، والتي تنتمي إلى التأثير الكهروضوئي الخارجي.تنتمي الأنابيب الضوئية والأنابيب الضوئية إلى هذا النوع من كاشف الفوتون.سرعة الاستجابة سريعة ، وفي الوقت نفسه ، فإن منتج الأنبوب المضاعف الضوئي له مكاسب عالية جدًا ، والتي يمكن استخدامها لقياس الفوتون الفردي ، لكن نطاق الطول الموجي ضيق نسبيًا ، والأطول هو 1700 نانومتر فقط.

# كاشف ضوئي

عندما يمتص أحد أشباه الموصلات الفوتونات الساقطة ، تتغير بعض الإلكترونات والثقوب في أشباه الموصلات من حالة غير موصلة إلى حالة حرة يمكنها توصيل الكهرباء ، وبالتالي زيادة موصلية أشباه الموصلات.تسمى هذه الظاهرة تأثير الموصلية الضوئية.تسمى كاشفات الأشعة تحت الحمراء الناتجة عن التأثير الضوئي لأشباه الموصلات بأجهزة الكشف الضوئية.في الوقت الحاضر ، هو أكثر أنواع كاشفات الفوتونات استخدامًا.

# كاشف ضوئي (جهاز PU)

عندما يتم تشعيع الأشعة تحت الحمراء على تقاطع PN لبعض هياكل مواد أشباه الموصلات ، تحت تأثير المجال الكهربائي في تقاطع PN ، تتحرك الإلكترونات الحرة في منطقة P إلى منطقة N ، وتتحرك الثقوب الموجودة في منطقة N إلى المنطقة N منطقة ف.إذا كان تقاطع PN مفتوحًا ، يتم إنشاء جهد كهربائي إضافي عند طرفي تقاطع PN يسمى القوة الكهروضوئية للصور.الكاشفات المصنوعة باستخدام تأثير القوة الدافعة الكهربية الضوئية تسمى أجهزة الكشف الكهروضوئية أو كاشفات الأشعة تحت الحمراء.

# كاشف مغناطيسي بصري

يتم تطبيق مجال مغناطيسي بشكل جانبي على العينة.عندما يمتص سطح أشباه الموصلات الفوتونات ، تنتشر الإلكترونات والثقوب المتولدة في الجسم.أثناء عملية الانتشار ، يتم إزاحة الإلكترونات والثقوب إلى طرفي العينة بسبب تأثير المجال المغناطيسي الجانبي.هناك فرق محتمل بين كلا الطرفين.تسمى هذه الظاهرة بالتأثير البصري المغنطيسي الكهروضوئي.الكاشفات المصنوعة من التأثير الكهروضوئي المغناطيسي تسمى أجهزة الكشف الكهروضوئية المغناطيسية (يشار إليها باسم أجهزة PEM).