邦纳传感器——红外传感器的分类介绍

常见红外传感器可分为热传感器和光子传感器。

　　一、热传感器

　　热传感器是利用入射红外辐射引起传感器的温度变化，进而使有关物理参数发生相应的变化，通过测量有关物理参数的变化来确定红外传感器所吸收的红外辐射。

　　热探测器的主要优点是对应的波段宽，可以在室温下工作，使用方便。但是，热传感器响应时间长、灵敏度低，一般用于低频调制应用。

　　热传感器主要类型有：热敏传感器型，热电偶型，高莱气动型和热释放电型四种。

　　1、热敏电阻型传感器

　　热敏电阻型传感器由锰、镍和钴的氧化物混合然后烧制而成。热敏电阻一般做成薄片。当红外辐射照射在热敏电阻上时，其温度升高，电阻值降低。通过测量热敏电阻值的变化，可以知道入射红外辐射的强度，从而判断产生红外辐射的物体的温度。

　　2、热电偶型传感器

　　热电偶型传感器由热电功率差异很大的两种材料组成。当红外辐射到达两种金属材料形成的闭环的结点时，结点的温度升高。另一个没有被红外辐射照射的结处于较低温度，此时在闭环中会产生热电流。同时在回路中产生热电势，热电势的大小反映了红外辐射的接触吸收强度。用热电势制成的红外传感器称为热电偶红外传感器。由于其时间常数大、响应时间长、动态特性差，调制频率应限制在10HZ以下。

　　3、高莱气动型传感器

　　高莱气动型传感器利用气体吸收红外辐射的特性，温度升高，体积增大来反映红外辐射的强度。它有一个气室，通过一根小管连接到一个柔性片材上。片材背向管道的一侧是一面镜子。空气电池的正面附有吸收器模具，这是一种低热容量的薄膜。红外辐射通过窗口入射到吸收模上，吸收模将吸收的热能传递给气体，使气体温度和气压升高，从而使柔性镜移动。在腔室的另一侧，一束可见光通过光栅聚焦在柔性镜上，由柔性镜反射的光栅图像通过光栅投射到光电管上。当柔性镜因压力变化而移动时，栅像和栅光阑的相对位移会改变落在光电管上的光量，光电管的输出信号也会发生变化。这种变化反射了入射的红外光。辐射强度。该传感器具有灵敏度高、性能稳定的特点。但响应时间长，结构复杂，强度差，只适合在实验室使用。

　　4、热释电型传感器

　　热释电型传感器是一种具有极化现象的热晶体或“铁电体”。铁电体的极化（每单位面积的电荷）与温度有关。当红外辐射照射到极化铁电片表面时，使片材温度升高，极化强度降低，表面电荷减少，相当于释放了一部分电荷，所以称为热释电。传感器。如果负载电阻连接到铁电片上，负载电阻上就会产生电信号输出。输出信号的大小取决于板材温度变化的速度，从而反映入射红外辐射的强度。可以看出，热释电红外传感器的电压响应度与入射辐射的变化率成正比。当恒定的红外辐射照射在热释电传感器上时，传感器没有电信号输出。只有当铁电体的温度在变化的过程中，才有电信号输出。因此，必须对红外辐射进行调制（或斩光），使恒定的辐射变为交变辐射，不断使传感器的温度变化产生热释电并输出交变信号。

　　二、光子传感器

　　光子传感器利用某些半导体材料在入射光的照射下产生光子效应，从而改变材料的电学特性。通过测量电特性的变化，可以知道红外辐射的强度。利用光子效应制成的红外传感器。统称为光子传感器。光子传感器的主要特点是灵敏度高、响应速度快、响应频率高。但一般要在低温下工作，检测波段窄。

　　按照光子传感器的工作原理，一般可分为内光电和外光电传感器两种，后者又分为光电导传感器、光生伏特传感器和光磁电传感器等三种。

　　1、外光电传感器

　　当光照射在某些材料的表面时，如果入射光的光子能量足够大，材料的电子就可以从表面逸出。这种现象称为外部光电效应或光电子发射效应。光电二极管、光电倍增管等属于这类电子传感器。它的响应速度比较快，一般只有几纳秒。但电子的逃逸需要较大的光子能量，仅适合在近红外辐射或可见光范围内使用。

　　2、光电导传感器

　　当红外辐射照射到某些半导体材料表面时，半导体材料中的一些电子和空穴可以从原来的非导电束缚态转变为导电自由态，从而提高了半导体的导电性。这种现象称为光电导现象。用光电导现象制成的传感器称为光电导传感器，如硫化铅、硒化铅、锑化铟、碲化汞等材料均可制成光电导传感器。使用光电导传感器时，需要制冷和一定的偏置电压，否则会降低响应速度，噪声大，响应带窄，导致红外传感器损坏。

　　3、光生伏特传感器

　　当红外辐射照射在某些半导体材料的PN结上时，自由电子在结内电场的作用下向N区移动。如果 PN 结开路，则会在 PN 结上产生一个额外的电势，称为光生电势。电动势。利用这种效应制成的传感器或 PN 结传感器。常用材料有砷化铟、锑化铟、碲化汞、碲化铅锡等。

　　4、光磁电传感器

　　当红外辐射照射到某些半导体材料的表面时，半导体材料中的一些电子和空穴会向内部扩散。如果在扩散过程中受到强磁场的影响，电子和空穴就会向一个方向偏离，从而产生开路电压。这种现象称为光磁电效应。利用这种效应制成的红外传感器称为光电传感器。

　　光电传感器无需制冷，响应带宽可达7μM左右，时间常数小，响应速度快，无需偏置电压，内阻极低，噪声小，具有良好的稳定性和可靠性。但其灵敏度低，低噪声前置放大器制作难度大，影响使用。

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