Luokituksen mukaan infrapuna-anturit voidaan jakaa lämpöantureiksi ja fotoniantureiksi.

Lämpöanturi

Lämpötunnistin käyttää tunnistuselementtiä infrapunasäteilyn absorboimiseen lämpötilan nousun aikaansaamiseksi, minkä jälkeen siihen liittyy muutoksia tietyissä fysikaalisissa ominaisuuksissa. Näiden fysikaalisten ominaisuuksien muutosten mittaaminen voi mitata sen absorboimaa energiaa tai tehoa. Erityinen prosessi on seuraava: Ensimmäinen vaihe on lämpöilmaisimen infrapunasäteilyn absorboiminen lämpötilan nousun aikaansaamiseksi; toinen vaihe on käyttää lämpöilmaisimen joitain lämpötilavaikutuksia lämpötilan nousun muuttamiseksi sähkön muutokseksi. Yleisesti käytettyjä fyysisten ominaisuuksien muutoksia on neljää tyyppiä: termistorityyppi, termoparityyppi, pyrosähköinen tyyppi ja Gaolai-pneumaattinen tyyppi.

# Termistorityyppi

Kun lämpöherkkä materiaali absorboi infrapunasäteilyä, lämpötila nousee ja vastusarvo muuttuu. Resistanssin muutoksen suuruus on verrannollinen absorboituneen infrapunasäteilyn energiaan. Infrapunailmaisimia, jotka on valmistettu muuttamalla vastusta sen jälkeen, kun aine absorboi infrapunasäteilyä, kutsutaan termistoreiksi. Termistoreja käytetään usein lämpösäteilyn mittaamiseen. Termistoreja on kahta tyyppiä: metalli ja puolijohde.

R(T) = AT-CeD/T

R(T): vastusarvo; T: lämpötila; A, C, D: vakiot, jotka vaihtelevat materiaalin mukaan.

Metallitermistorilla on positiivinen lämpötilavastuskerroin, ja sen itseisarvo on pienempi kuin puolijohteen. Resistanssin ja lämpötilan välinen suhde on periaatteessa lineaarinen, ja sillä on vahva korkean lämpötilan kestävyys. Sitä käytetään enimmäkseen lämpötilan simulointimittauksiin;

Puolijohdetermistorit ovat juuri päinvastoin, niitä käytetään säteilyn havaitsemiseen, kuten hälytyksiin, palosuojajärjestelmiin ja lämpöpatterin etsimiseen ja seurantaan.

# Termoparityyppi

Termopari, jota kutsutaan myös termopariksi, on varhaisin lämpösähköinen ilmaisinlaite, ja sen toimintaperiaate on pyrosähköinen vaikutus. Kahdesta eri johdinmateriaalista koostuva liitos voi muodostaa sähkömotorisen voiman risteyksessä. Säteilyä vastaanottavan lämpöparin päätä kutsutaan kuumaksi pääksi ja toista päätä kutsutaan kylmäksi pääksi. Ns. termosähköinen efekti eli jos nämä kaksi erilaista johdinmateriaalia kytketään silmukaksi, kun lämpötila molemmissa liitoksissa on erilainen, silmukkaan syntyy virtaa.

Absorptiokertoimen parantamiseksi kuumaan päähän asennetaan mustakultakalvo, joka muodostaa termoparin materiaalin, joka voi olla metallia tai puolijohdetta. Rakenne voi olla joko viivan tai nauhan muotoinen kokonaisuus tai ohutkalvo, joka on valmistettu tyhjiöpinnoitustekniikalla tai fotolitografiatekniikalla. Entiteettityyppisiä termopareja käytetään enimmäkseen lämpötilan mittaamiseen ja ohutkalvotyyppisiä termopareja (jotka koostuvat useista sarjassa olevista termopareista) käytetään useimmiten säteilyn mittaamiseen.

Termoparityyppisen infrapunailmaisimen aikavakio on suhteellisen suuri, joten vasteaika on suhteellisen pitkä ja dynaamiset ominaisuudet suhteellisen huonot. Säteilymuutoksen taajuuden pohjoispuolella tulisi yleensä olla alle 10 HZ. Käytännön sovelluksissa useita termopareja kytketään usein sarjaan lämpöpaaluksi infrapunasäteilyn intensiteetin havaitsemiseksi.

# Pyrosähköinen tyyppi

Pyrosähköiset infrapunailmaisimet on valmistettu pyrosähköisistä kiteistä tai ”ferrosähköisistä materiaaleista”, joissa on polarisaatio. Pyrosähköinen kide on eräänlainen pietsosähköinen kide, jolla on ei-sentrosymmetrinen rakenne. Luonnollisessa tilassa positiiviset ja negatiiviset varauskeskukset eivät kohtaa tietyissä suunnissa, ja kiteen pintaan muodostuu tietty määrä polarisoituneita varauksia, jota kutsutaan spontaaniksi polarisaatioksi. Kun kiteen lämpötila muuttuu, se voi aiheuttaa kiteen positiivisten ja negatiivisten varausten keskipisteen siirtymisen, jolloin pinnan polarisaatiovaraus muuttuu vastaavasti. Yleensä sen pinta vangitsee kelluvia varauksia ilmakehässä ja ylläpitää sähköistä tasapainotilaa. Kun ferrosähköisen pinta on sähköisessä tasapainossa, kun sen pinnalle säteilytetään infrapunasäteitä, ferrosähköisen (levyn) lämpötila nousee nopeasti, polarisaation intensiteetti laskee nopeasti ja sidottu varaus pienenee jyrkästi; kun taas kelluva varaus pinnalla muuttuu hitaasti. Sisäisessä ferrosähköisessä rungossa ei ole muutosta.

Hyvin lyhyessä ajassa lämpötilan muutoksen aiheuttamasta polarisaation intensiteetin muutoksesta pinnalla jälleen sähköiseen tasapainotilaan ilmaantuu ferrosähköisen pinnalle ylimääräisiä kelluvia varauksia, mikä vastaa osan varauksesta vapautumista. Tätä ilmiötä kutsutaan pyrosähköiseksi efektiksi. Koska vapaalla varauksella kestää kauan neutraloida pinnalla oleva sitoutunut varaus, se kestää yli muutaman sekunnin ja kiteen spontaanin polarisaation rentoutumisaika on hyvin lyhyt, noin 10-12 sekuntia, joten pyrosähköinen kide voi reagoida nopeisiin lämpötilan muutoksiin.

# Gaolai pneumaattinen tyyppi

Kun kaasu absorboi infrapunasäteilyä tietyn tilavuuden säilyessä, lämpötila nousee ja paine kasvaa. Paineen nousun suuruus on verrannollinen absorboituneeseen infrapunasäteilytehoon, joten absorboitunut infrapunasäteilyteho voidaan mitata. Yllä olevien periaatteiden mukaan valmistettuja infrapunailmaisimia kutsutaan kaasunilmaisimiksi, ja Gao Lai -putki on tyypillinen kaasuilmaisin.

Fotoni anturi

Fotoni-infrapunailmaisimet käyttävät tiettyjä puolijohdemateriaaleja tuottamaan valosähköisiä vaikutuksia infrapunasäteilyn säteilytyksen aikana materiaalien sähköisten ominaisuuksien muuttamiseksi. Sähköisten ominaisuuksien muutoksia mittaamalla voidaan määrittää infrapunasäteilyn intensiteetti. Valosähköisellä efektillä valmistettuja infrapunailmaisimia kutsutaan yhteisesti fotoniilmaisimiksi. Tärkeimmät ominaisuudet ovat korkea herkkyys, nopea vastenopeus ja korkea vastetaajuus. Mutta sen on yleensä toimittava matalissa lämpötiloissa, ja tunnistusalue on suhteellisen kapea.

Fotonitunnistimen toimintaperiaatteen mukaan se voidaan yleensä jakaa ulkoiseen valoilmaisimeen ja sisäiseen valoilmaisimeen. Sisäiset valoilmaisimet jaetaan valonjohtaviin ilmaisimiin, aurinkosähköilmaisimiin ja fotomagnetosähköisiin ilmaisimiin.

# Ulkoinen valoilmaisin (PE-laite)

Kun valo osuu tiettyjen metallien, metallioksidien tai puolijohteiden pintaan, jos fotonienergia on riittävän suuri, pinta voi lähettää elektroneja. Tätä ilmiötä kutsutaan yhteisesti fotoelektroniemissioksi, joka kuuluu ulkoiseen valosähköiseen ilmiöön. Valoputket ja valomonistinputket kuuluvat tämän tyyppisiin fotoniilmaisimiin. Vastenopeus on nopea, ja samalla valomonistinputkituotteella on erittäin korkea vahvistus, jota voidaan käyttää yksittäisen fotonin mittaukseen, mutta aallonpituusalue on suhteellisen kapea ja pisin vain 1700 nm.

# Valojohtava ilmaisin

Kun puolijohde absorboi tulevia fotoneja, jotkut puolijohteen elektronit ja reiät muuttuvat johtamattomasta tilasta vapaaseen tilaan, joka voi johtaa sähköä, mikä lisää puolijohteen johtavuutta. Tätä ilmiötä kutsutaan valonjohtavuusefektiksi. Puolijohteiden valonjohtavalla vaikutuksella valmistettuja infrapunailmaisimia kutsutaan valonjohtaviksi ilmaisimiksi. Tällä hetkellä se on yleisimmin käytetty fotonidetektorityyppi.

# Aurinkosähköilmaisin (PU-laite)

Kun infrapunasäteilyä säteilytetään tiettyjen puolijohdemateriaalirakenteiden PN-liitokselle, PN-liitoksessa olevan sähkökentän vaikutuksesta vapaat elektronit P-alueella siirtyvät N-alueelle ja N-alueen reiät siirtyvät P-alue. Jos PN-liitos on auki, PN-liitoksen molemmissa päissä syntyy sähköinen lisäpotentiaali, jota kutsutaan fotosähkömotoriseksi voimaksi. Valoelektromotorisen voiman vaikutuksen avulla valmistettuja ilmaisimia kutsutaan aurinkosähköilmaisiksiksi tai risteys-infrapunailmaisiksiksi.

# Optinen magnetosähköinen ilmaisin

Näytteeseen kohdistetaan sivusuunnassa magneettikenttä. Kun puolijohteen pinta absorboi fotoneja, syntyneet elektronit ja reiät leviävät kehoon. Diffuusioprosessin aikana elektronit ja reiät ovat siirtyneet näytteen molempiin päihin lateraalisen magneettikentän vaikutuksesta. Molempien päiden välillä on potentiaaliero. Tätä ilmiötä kutsutaan optomagnetoelektriseksi efektiksi. Valomagnetosähköisestä vaikutuksesta valmistettuja ilmaisimia kutsutaan fotomagnetosähköisiksi tunnistimiksi (kutsutaan PEM-laitteiksi).