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 dans 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 la température en un changement d'électricité. Il existe quatre types de modifications de propriétés physiques couramment utilisées : le type à thermistance, le type à thermocouple, le type pyroélectrique et le type pneumatique Gaolai.

# Type de thermistance

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

R(T)=AT−CeD/T

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

La thermistance métallique a un coefficient de résistance à la température 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 températures élevées. 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 incendie ainsi que 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 au niveau de 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 dans une boucle, lorsque la température aux deux joints est différente, du 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 du métal ou un semi-conducteur. La structure peut être soit une ligne, soit une entité en forme de bande, soit un film mince réalisé par une technologie de dépôt sous vide ou une technologie de photolithographie. Les thermocouples de type entité sont principalement utilisés pour la mesure de la température, et les thermocouples de type couche mince (constitués 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, donc le temps de réponse est relativement long et les caractéristiques dynamiques sont relativement mauvaises. La fréquence du changement de rayonnement du côté nord doit généralement être inférieure à 10 Hz. Dans les applications pratiques, plusieurs thermocouples sont souvent connectés en série pour former une thermopile afin de détecter l'intensité du rayonnement infrarouge.

# Type pyroélectrique

Les détecteurs infrarouges pyroélectriques sont constitués de cristaux pyroélectriques ou « ferroélectriques » à polarisation. Le cristal pyroélectrique est une sorte de cristal piézoélectrique qui possède une structure non centrosymétrique. À l'état naturel, les centres de charge positive et négative ne coïncident pas dans certaines directions et une certaine quantité de charges polarisées se forment à la surface du cristal, appelée polarisation spontanée. Lorsque la température du cristal change, le centre des charges positives et négatives du cristal peut se déplacer, de sorte que la charge de polarisation sur la surface change en conséquence. Habituellement, sa surface capture 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 diminue rapidement et la charge liée diminue fortement ; tandis que la charge flottante à la surface change lentement. Il n'y a aucun changement dans le corps ferroélectrique interne.

Très peu de temps après le changement de l'intensité de polarisation provoqué par le changement de température jusqu'à 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 est appelé 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 à 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'ampleur de l'augmentation de pression est proportionnelle à la puissance du rayonnement infrarouge absorbé, de sorte que la puissance du rayonnement infrarouge absorbé 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 photoniques utilisent certains matériaux semi-conducteurs pour produire des effets photoélectriques sous l'irradiation du rayonnement infrarouge afin de modifier les propriétés électriques des matériaux. En mesurant les changements de 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 (appareil PE)

Lorsque la lumière arrive à 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 photoélectronique, 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 photon unique, mais la plage de longueurs d'onde est relativement étroite et la plus longue n'est que de 1 700 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 pouvant 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 de semi-conducteurs sont appelés détecteurs photoconducteurs. À l’heure actuelle, il s’agit du type de détecteur de photons le plus utilisé.

# Détecteur photovoltaïque (appareil PU)

Lorsque le 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 N. Zone P. Si la jonction PN est ouverte, un potentiel électrique supplémentaire est généré aux deux extrémités de la jonction PN appelé 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 du semi-conducteur absorbe des 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 existe une différence de potentiel entre les deux extrémités. Ce phénomène est appelé effet opto-magnétoélectrique. Les détecteurs à effet photomagnétoélectrique sont appelés détecteurs photomagnétoélectriques (appelés dispositifs PEM).