با توجه به طبقه بندی، سنسورهای مادون قرمز را می توان به حسگرهای حرارتی و حسگرهای فوتون تقسیم کرد.

سنسور حرارتی

آشکارساز حرارتی از عنصر تشخیص برای جذب تشعشعات مادون قرمز برای ایجاد افزایش دما استفاده می کند و سپس با تغییراتی در خواص فیزیکی خاصی همراه است. اندازه گیری تغییرات در این ویژگی های فیزیکی می تواند انرژی یا توان جذب شده را اندازه گیری کند. فرآیند خاص به شرح زیر است: اولین مرحله جذب تشعشعات مادون قرمز توسط آشکارساز حرارتی برای ایجاد افزایش دما است. مرحله دوم استفاده از برخی اثرات دمایی آشکارساز حرارتی برای تبدیل افزایش دما به تغییر الکتریسیته است. چهار نوع تغییر ویژگی فیزیکی معمولا مورد استفاده قرار می گیرد: نوع ترمیستور، نوع ترموکوپل، نوع پیرو الکتریک و نوع پنوماتیک Gaolai.

# نوع ترمیستور

پس از اینکه ماده حساس به گرما تابش مادون قرمز را جذب کرد، دما افزایش می یابد و مقدار مقاومت تغییر می کند. مقدار تغییر مقاومت متناسب با انرژی تابش فروسرخ جذب شده است. آشکارسازهای مادون قرمز که با تغییر مقاومت پس از جذب اشعه مادون قرمز توسط ماده ساخته می شوند، ترمیستور نامیده می شوند. ترمیستورها اغلب برای اندازه گیری تابش حرارتی استفاده می شوند. دو نوع ترمیستور وجود دارد: فلزی و نیمه هادی.

R(T)=AT-CeD/T

R(T): مقدار مقاومت؛ T: دما؛ A، C، D: ثابت هایی که با مواد متفاوت هستند.

ترمیستور فلزی دارای ضریب مقاومت دمایی مثبت است و قدر مطلق آن کوچکتر از یک نیمه هادی است. رابطه بین مقاومت و دما اساساً خطی است و مقاومت بالایی در برابر دمای بالا دارد. بیشتر برای اندازه گیری شبیه سازی دما استفاده می شود.

ترمیستورهای نیمه هادی درست برعکس هستند که برای تشخیص تشعشع مانند هشدارها، سیستم های حفاظت در برابر آتش و جستجو و ردیابی رادیاتور حرارتی استفاده می شوند.

# نوع ترموکوپل

ترموکوپل که ترموکوپل نیز نامیده می شود، اولین دستگاه تشخیص ترموالکتریک است و اصل کار آن اثر پیروالکتریک است. یک اتصال متشکل از دو ماده رسانای مختلف می تواند نیروی حرکتی الکتریکی در محل اتصال ایجاد کند. انتهای تابش دریافت کننده ترموکوپل انتهای گرم و انتهای دیگر آن انتهای سرد نامیده می شود. به اصطلاح اثر ترموالکتریک، یعنی اگر این دو ماده رسانای مختلف به یک حلقه متصل شوند، وقتی دمای دو اتصال متفاوت است، جریان در حلقه ایجاد می‌شود.

به منظور بهبود ضریب جذب، ورق طلای سیاه روی انتهای داغ نصب می شود تا مواد ترموکوپل را تشکیل دهد که می تواند فلزی یا نیمه هادی باشد. این ساختار می تواند یک خط یا یک موجودیت نواری یا یک لایه نازک ساخته شده توسط فناوری رسوب در خلاء یا فناوری فوتولیتوگرافی باشد. ترموکوپل های نوع Entity بیشتر برای اندازه گیری دما و ترموکوپل های نوع لایه نازک (متشکل از تعداد زیادی ترموکوپل سری) بیشتر برای اندازه گیری تابش استفاده می شوند.

ثابت زمانی آشکارساز مادون قرمز نوع ترموکوپل نسبتاً بزرگ است، بنابراین زمان پاسخ نسبتا طولانی است و ویژگی های دینامیکی نسبتا ضعیف است. فرکانس تغییر تشعشع در سمت شمالی معمولاً باید کمتر از 10 هرتز باشد. در کاربردهای عملی، چندین ترموکوپل اغلب به صورت سری به هم متصل می شوند تا یک ترموپیل برای تشخیص شدت تابش مادون قرمز تشکیل دهند.

# نوع پیروالکتریک

آشکارسازهای پیرو الکتریک مادون قرمز از کریستال های پیرو الکتریک یا "فروالکتریک" با قطبش ساخته شده اند. کریستال پیروالکتریک نوعی کریستال پیزوالکتریک است که ساختاری غیرمتقارن دارد. در حالت طبیعی، مراکز بار مثبت و منفی در جهات خاصی بر هم منطبق نیستند و مقدار مشخصی بار پلاریزه روی سطح کریستال تشکیل می شود که به آن پلاریزاسیون خود به خودی می گویند. هنگامی که دمای کریستال تغییر می‌کند، می‌تواند باعث جابه‌جایی مرکز بارهای مثبت و منفی کریستال شود، بنابراین بار پلاریزاسیون روی سطح بر این اساس تغییر می‌کند. معمولاً سطح آن بارهای شناور در جو را جذب می کند و حالت تعادل الکتریکی را حفظ می کند. هنگامی که سطح فروالکتریک در تعادل الکتریکی است، هنگامی که پرتوهای مادون قرمز بر روی سطح آن تابش می شود، دمای فروالکتریک (ورق) به سرعت افزایش می یابد، شدت قطبش به سرعت کاهش می یابد و بار محدود به شدت کاهش می یابد. در حالی که بار شناور روی سطح به آرامی تغییر می کند. هیچ تغییری در بدنه فروالکتریک داخلی وجود ندارد.

در مدت زمان بسیار کوتاهی از تغییر شدت قطبش ناشی از تغییر دما به حالت تعادل الکتریکی دوباره روی سطح، بارهای شناور اضافی روی سطح فروالکتریک ظاهر می شود که معادل آزاد شدن بخشی از بار است. این پدیده را اثر پیرالکتریک می نامند. از آنجایی که زمان زیادی طول می کشد تا شارژ آزاد بار محدود شده روی سطح را خنثی کند، بیش از چند ثانیه طول می کشد و زمان شل شدن قطبش خود به خودی کریستال بسیار کوتاه است، حدود 10-12 ثانیه، بنابراین کریستال پیروالکتریک می تواند به تغییرات سریع دما پاسخ دهد.

# نوع پنوماتیک Gaolai

هنگامی که گاز تحت شرایط حفظ حجم معین، تابش مادون قرمز را جذب می کند، دما افزایش می یابد و فشار افزایش می یابد. مقدار افزایش فشار متناسب با توان تابش مادون قرمز جذب شده است، بنابراین توان تابش مادون قرمز جذب شده را می توان اندازه گیری کرد. آشکارسازهای مادون قرمز ساخته شده بر اساس اصول فوق، آشکارسازهای گاز نامیده می شوند و لوله گائو لای یک آشکارساز گاز معمولی است.

حسگر فوتون

آشکارسازهای فروسرخ فوتون از مواد نیمه هادی خاصی برای ایجاد اثرات فوتوالکتریک تحت تابش تابش مادون قرمز استفاده می کنند تا خواص الکتریکی مواد را تغییر دهند. با اندازه گیری تغییرات خواص الکتریکی می توان شدت تابش مادون قرمز را تعیین کرد. آشکارسازهای مادون قرمز ساخته شده توسط اثر فوتوالکتریک در مجموع آشکارسازهای فوتون نامیده می شوند. ویژگی های اصلی حساسیت بالا، سرعت پاسخ سریع و فرکانس پاسخ بالا است. اما معمولاً باید در دماهای پایین کار کند و باند تشخیص نسبتاً باریک است.

با توجه به اصل کار آشکارساز فوتون، می توان آن را به طور کلی به یک آشکارساز نور خارجی و یک آشکارساز نور داخلی تقسیم کرد. آشکارسازهای نوری داخلی به آشکارسازهای رسانای نوری، آشکارسازهای فتوولتائیک و آشکارسازهای فوتومغناطیس الکتریک تقسیم می شوند.

# آشکارساز نوری خارجی (دستگاه PE)

هنگامی که نور بر روی سطح فلزات خاص، اکسیدهای فلزی یا نیمه هادی ها تابیده می شود، اگر انرژی فوتون به اندازه کافی بزرگ باشد، سطح می تواند الکترون ساطع کند. این پدیده در مجموع به عنوان انتشار فوتوالکترون شناخته می شود که به اثر فوتوالکتریک خارجی تعلق دارد. فتولوله ها و لامپ های فتومولتیپلایر متعلق به این نوع آشکارسازهای فوتون هستند. سرعت پاسخ سریع است، و در عین حال، محصول لوله فتومولتیپلایر دارای بهره بسیار بالایی است که می تواند برای اندازه گیری تک فوتون استفاده شود، اما محدوده طول موج نسبتا باریک است و طولانی ترین آن تنها 1700 نانومتر است.

# آشکارساز نور رسانا

هنگامی که یک نیمه هادی فوتون های فرودی را جذب می کند، برخی از الکترون ها و حفره های موجود در نیمه هادی از حالت غیر رسانا به حالت آزاد تبدیل می شوند که می تواند الکتریسیته را هدایت کند و در نتیجه رسانایی نیمه هادی افزایش می یابد. این پدیده اثر رسانایی نوری نامیده می شود. آشکارسازهای مادون قرمز ساخته شده توسط اثر رسانای نوری نیمه هادی ها، آشکارسازهای رسانای نوری نامیده می شوند. در حال حاضر پرکاربردترین نوع آشکارساز فوتون است.

# آشکارساز فتوولتائیک (دستگاه PU)

هنگامی که تابش مادون قرمز بر روی اتصال PN ساختارهای مواد نیمه هادی خاص تابش می شود، تحت تأثیر میدان الکتریکی در پیوند PN، الکترون های آزاد در ناحیه P به ناحیه N حرکت می کنند و حفره های ناحیه N به سمت ناحیه N حرکت می کنند. منطقه P. اگر اتصال PN باز باشد، یک پتانسیل الکتریکی اضافی در هر دو انتهای اتصال PN به نام نیروی الکتروموتور عکس تولید می شود. آشکارسازهایی که با استفاده از اثر نیروی الکتروموتور عکس ساخته می شوند، آشکارسازهای فتوولتائیک یا آشکارسازهای مادون قرمز پیوندی نامیده می شوند.

# آشکارساز مغناطیسی نوری

یک میدان مغناطیسی به صورت جانبی به نمونه اعمال می شود. هنگامی که سطح نیمه هادی فوتون ها را جذب می کند، الکترون ها و حفره های ایجاد شده در بدن پخش می شوند. در طی فرآیند انتشار، الکترون‌ها و حفره‌ها به دلیل تأثیر میدان مغناطیسی جانبی به هر دو انتهای نمونه منحرف می‌شوند. یک تفاوت پتانسیل بین هر دو طرف وجود دارد. این پدیده اثر نوری مغناطیسی الکتریکی نامیده می شود. آشکارسازهای ساخته شده از اثر فوتو مغناطیسی، آشکارسازهای فوتو مغناطیسی الکتریک نامیده می شوند.