Selon la classification, les capteurs infrarouges peuvent être divisés en capteurs thermiques et capteurs photoniques.

Capteur thermique

Le détecteur thermique utilise l'élément de détection pour absorber le rayonnement infrarouge afin de produire une élévation de température, puis accompagnée de modifications de certaines propriétés physiques.Mesurer les changements de ces propriétés physiques peut mesurer l'énergie ou la puissance qu'il absorbe.Le processus spécifique est le suivant : La première étape consiste à absorber le rayonnement infrarouge par le détecteur thermique pour provoquer une élévation de température ;la deuxième étape consiste à utiliser certains effets de température du détecteur thermique pour convertir l'augmentation de température en un changement d'électricité.Il existe quatre types de changements de propriétés physiques couramment utilisés : le type thermistance, le type thermocouple, le type pyroélectrique et le type pneumatique Gaolai.

# Type de thermistance

Une fois que le matériau thermosensible a absorbé le rayonnement infrarouge, la température augmente et la valeur de résistance change.L'amplitude du changement de résistance est proportionnelle à l'énergie de rayonnement infrarouge absorbée.Les détecteurs infrarouges fabriqués en modifiant la résistance après qu'une substance a absorbé le rayonnement infrarouge sont appelés thermistances.Les thermistances sont souvent utilisées pour mesurer le rayonnement thermique.Il existe deux types de thermistances : métal et semi-conducteur.

R(T)=AT−CeD/T

R(T) : valeur de résistance ;T : température ;A, C, D : constantes qui varient avec le matériau.

La thermistance métallique a un coefficient de température de résistance positif et sa valeur absolue est inférieure à celle d'un semi-conducteur.La relation entre la résistance et la température est fondamentalement linéaire et présente une forte résistance aux hautes températures.Il est principalement utilisé pour la mesure de simulation de température ;

Les thermistances à semi-conducteurs sont tout le contraire, utilisées pour la détection des rayonnements, telles que les alarmes, les systèmes de protection contre les incendies et la recherche et le suivi des radiateurs thermiques.

# Type de thermocouple

Le thermocouple, également appelé thermocouple, est le premier dispositif de détection thermoélectrique et son principe de fonctionnement est l'effet pyroélectrique.Une jonction composée de deux matériaux conducteurs différents peut générer une force électromotrice à la jonction.L'extrémité du thermocouple recevant le rayonnement est appelée extrémité chaude et l'autre extrémité est appelée extrémité froide.L'effet dit thermoélectrique, c'est-à-dire que si ces deux matériaux conducteurs différents sont connectés en boucle, lorsque la température aux deux joints est différente, un courant sera généré dans la boucle.

Afin d'améliorer le coefficient d'absorption, une feuille d'or noir est installée sur l'extrémité chaude pour former le matériau du thermocouple, qui peut être en métal ou en semi-conducteur.La structure peut être soit une ligne, soit une entité en forme de bande, soit un film mince réalisé par la technologie de dépôt sous vide ou la technologie de photolithographie.Les thermocouples de type entité sont principalement utilisés pour la mesure de la température, et les thermocouples de type couche mince (composés de nombreux thermocouples en série) sont principalement utilisés pour mesurer le rayonnement.

La constante de temps du détecteur infrarouge de type thermocouple est relativement grande, de sorte que le temps de réponse est relativement long et les caractéristiques dynamiques sont relativement médiocres.La fréquence du changement de rayonnement du côté nord devrait généralement être inférieure à 10 Hz.Dans les applications pratiques, plusieurs thermocouples sont souvent connectés en série pour former une thermopile pour détecter l'intensité du rayonnement infrarouge.

# Type pyroélectrique

Les détecteurs infrarouges pyroélectriques sont constitués de cristaux pyroélectriques ou "ferroélectriques" avec polarisation.Le cristal pyroélectrique est une sorte de cristal piézoélectrique, qui a une structure non centrosymétrique.À l'état naturel, les centres de charge positifs et négatifs ne coïncident pas dans certaines directions et une certaine quantité de charges polarisées se forme à la surface du cristal, appelée polarisation spontanée.Lorsque la température du cristal change, cela peut entraîner le déplacement du centre des charges positives et négatives du cristal, de sorte que la charge de polarisation à la surface change en conséquence.Habituellement, sa surface capte les charges flottantes dans l'atmosphère et maintient un état d'équilibre électrique.Lorsque la surface du ferroélectrique est en équilibre électrique, lorsque des rayons infrarouges sont irradiés sur sa surface, la température du ferroélectrique (feuille) augmente rapidement, l'intensité de polarisation chute rapidement et la charge liée diminue fortement;tandis que la charge flottante à la surface change lentement.Il n'y a pas de changement dans le corps ferroélectrique interne.

Dans un très court laps de temps entre le changement d'intensité de polarisation provoqué par le changement de température et l'état d'équilibre électrique à la surface, des charges flottantes en excès apparaissent à la surface du ferroélectrique, ce qui équivaut à libérer une partie de la charge.Ce phénomène s'appelle l'effet pyroélectrique.Comme il faut beaucoup de temps à la charge libre pour neutraliser la charge liée à la surface, cela prend plus de quelques secondes, et le temps de relaxation de la polarisation spontanée du cristal est très court, environ 10-12 secondes, donc le le cristal pyroélectrique peut réagir aux changements rapides de température.

# Type pneumatique Gaolai

Lorsque le gaz absorbe le rayonnement infrarouge à condition de maintenir un certain volume, la température augmente et la pression augmente.L'amplitude de l'augmentation de pression est proportionnelle à la puissance de rayonnement infrarouge absorbée, de sorte que la puissance de rayonnement infrarouge absorbée peut être mesurée.Les détecteurs infrarouges fabriqués selon les principes ci-dessus sont appelés détecteurs de gaz, et le tube Gao Lai est un détecteur de gaz typique.

Capteur de photons

Les détecteurs infrarouges à photons utilisent certains matériaux semi-conducteurs pour produire des effets photoélectriques sous l'irradiation d'un rayonnement infrarouge afin de modifier les propriétés électriques des matériaux.En mesurant les changements dans les propriétés électriques, l'intensité du rayonnement infrarouge peut être déterminée.Les détecteurs infrarouges réalisés par effet photoélectrique sont collectivement appelés détecteurs de photons.Les principales caractéristiques sont une sensibilité élevée, une vitesse de réponse rapide et une fréquence de réponse élevée.Mais il doit généralement fonctionner à basse température, et la bande de détection est relativement étroite.

Selon le principe de fonctionnement du détecteur de photons, il peut être généralement divisé en un photodétecteur externe et un photodétecteur interne.Les photodétecteurs internes sont divisés en détecteurs photoconducteurs, détecteurs photovoltaïques et détecteurs photomagnétoélectriques.

# Photodétecteur externe (dispositif PE)

Lorsque la lumière tombe sur la surface de certains métaux, oxydes métalliques ou semi-conducteurs, si l'énergie des photons est suffisamment grande, la surface peut émettre des électrons.Ce phénomène est collectivement appelé émission de photoélectrons, qui appartient à l'effet photoélectrique externe.Les phototubes et les tubes photomultiplicateurs appartiennent à ce type de détecteur de photons.La vitesse de réponse est rapide et, en même temps, le produit du tube photomultiplicateur a un gain très élevé, qui peut être utilisé pour la mesure d'un seul photon, mais la plage de longueurs d'onde est relativement étroite et la plus longue n'est que de 1700 nm.

# Détecteur photoconducteur

Lorsqu'un semi-conducteur absorbe des photons incidents, certains électrons et trous du semi-conducteur passent d'un état non conducteur à un état libre qui peut conduire l'électricité, augmentant ainsi la conductivité du semi-conducteur.Ce phénomène est appelé effet de photoconductivité.Les détecteurs infrarouges fabriqués par l'effet photoconducteur des semi-conducteurs sont appelés détecteurs photoconducteurs.À l'heure actuelle, c'est le type de détecteur de photons le plus utilisé.

# Détecteur photovoltaïque (dispositif PU)

Lorsqu'un rayonnement infrarouge est irradié sur la jonction PN de certaines structures de matériaux semi-conducteurs, sous l'action du champ électrique dans la jonction PN, les électrons libres de la zone P se déplacent vers la zone N, et les trous de la zone N se déplacent vers la Zone P.Si la jonction PN est ouverte, un potentiel électrique supplémentaire est généré aux deux extrémités de la jonction PN appelée force photoélectromotrice.Les détecteurs fabriqués en utilisant l'effet de force photoélectromotrice sont appelés détecteurs photovoltaïques ou détecteurs infrarouges à jonction.

# Détecteur magnétoélectrique optique

Un champ magnétique est appliqué latéralement à l'échantillon.Lorsque la surface semi-conductrice absorbe les photons, les électrons et les trous générés sont diffusés dans le corps.Pendant le processus de diffusion, les électrons et les trous sont décalés aux deux extrémités de l'échantillon en raison de l'effet du champ magnétique latéral.Il y a une différence de potentiel entre les deux extrémités.Ce phénomène est appelé effet opto-magnétoélectrique.Les détecteurs à effet photo-magnétoélectrique sont appelés détecteurs photo-magnéto-électriques (appelés dispositifs PEM).