Source : Ulink Media
À l'ère post-épidémique, les capteurs infrarouges sont devenus indispensables au quotidien. Lors de nos déplacements, nous devons nous soumettre à des contrôles de température répétés avant d'atteindre notre destination. Un système de mesure de température utilisant de nombreux capteurs infrarouges joue un rôle crucial. Examinons maintenant plus en détail le fonctionnement d'un capteur infrarouge.
Introduction aux capteurs infrarouges
Tout objet dont la température est supérieure au zéro absolu (-273 °C) émet en permanence de l'énergie infrarouge dans son environnement. Un capteur infrarouge est capable de détecter cette énergie et de la convertir en courant électrique. Il se compose d'un système optique, d'un élément de détection et d'un circuit de conversion.
Les systèmes optiques se divisent en deux catégories selon leur structure : les systèmes à transmission et les systèmes à réflexion. Un système à transmission nécessite deux composants : un émetteur infrarouge et un récepteur infrarouge. Un système à réflexion, quant à lui, ne requiert qu’un seul capteur pour recueillir l’information souhaitée.
Selon leur principe de fonctionnement, les éléments de détection se divisent en éléments thermiques et photoélectriques. Les thermistances sont les plus répandues. Lorsqu'une thermistance est soumise à un rayonnement infrarouge, sa température augmente et sa résistance varie (l'amplitude de cette variation dépend du type de thermistance : à coefficient de température positif ou négatif). Cette variation est ensuite convertie en un signal électrique par un circuit de conversion. Les éléments de détection photoélectriques, couramment utilisés comme éléments photosensibles, sont généralement composés de sulfure de plomb, de séléniure de plomb, d'arséniure d'indium, d'arséniure d'antimoine, d'un alliage ternaire de tellurure de mercure-cadmium, ou encore de matériaux dopés au germanium ou au silicium.
Selon les différents circuits de traitement et de conversion du signal, les capteurs infrarouges se divisent en deux catégories : analogiques et numériques. Le circuit de traitement du signal d'un capteur infrarouge pyroélectrique analogique est un tube à effet de champ, tandis que celui d'un capteur infrarouge pyroélectrique numérique est une puce numérique.
De nombreuses fonctions des capteurs infrarouges sont réalisées grâce à différentes combinaisons de trois composants sensibles : le système optique, l’élément de détection et le circuit de conversion. Examinons d’autres domaines où les capteurs infrarouges ont joué un rôle déterminant.
Application du capteur infrarouge
1. Détection de gaz
Le principe optique infrarouge du capteur de gaz est basé sur les caractéristiques d'absorption sélective spectrale proche infrarouge de différentes molécules de gaz, utilisant la relation entre la concentration du gaz et la force d'absorption (loi de Beer-Lambert) pour identifier et déterminer la concentration du composant gazeux du dispositif de détection de gaz.
Des capteurs infrarouges permettent d'obtenir la carte d'analyse infrarouge illustrée ci-dessus. Les molécules composées d'atomes différents absorbent le rayonnement infrarouge sous l'effet d'une irradiation de même fréquence, ce qui entraîne des variations d'intensité de ce rayonnement. L'analyse des différents pics d'absorption permet de déterminer la nature des gaz présents dans le mélange.
La position d'un seul pic d'absorption infrarouge ne permet que de déterminer les groupes fonctionnels présents dans la molécule de gaz. Pour identifier précisément le type de gaz, il est nécessaire d'examiner la position de tous les pics d'absorption dans la région infrarouge moyen, c'est-à-dire la signature spectrale infrarouge du gaz. Grâce au spectre infrarouge, la composition de chaque gaz dans un mélange peut être analysée rapidement.
Les capteurs de gaz infrarouges sont largement utilisés dans les secteurs de la pétrochimie, de la métallurgie, des mines (notamment pour la surveillance des conditions de travail), de la détection de la pollution atmosphérique et des processus liés à la neutralisation du carbone, ainsi que dans l'agriculture et d'autres industries. Actuellement, les lasers infrarouges moyens sont onéreux. Je suis convaincu qu'à l'avenir, avec la généralisation de l'utilisation des capteurs infrarouges pour la détection des gaz, ces capteurs deviendront plus performants et plus abordables.
2. Mesure de distance infrarouge
Le capteur de télémétrie infrarouge est un type de dispositif de détection qui utilise l'infrarouge comme moyen de mesure. Il offre une large plage de mesure et un temps de réponse court, et est principalement utilisé dans les domaines scientifiques et technologiques modernes, de la défense nationale, ainsi que dans les secteurs industriel et agricole.
Le télémètre infrarouge est équipé de deux diodes émettrices et réceptrices de signaux infrarouges. Il émet un faisceau de lumière infrarouge qui, après réflexion sur l'objet, est capté par le capteur. Ce dernier traite l'image CCD en mesurant la différence de temps entre l'émission et la réception. La distance de l'objet est ensuite calculée. Ce télémètre peut être utilisé aussi bien sur des surfaces naturelles que sur des panneaux réfléchissants. Il offre une mesure de distance précise, une réponse en fréquence élevée et est adapté aux environnements industriels difficiles.
3. La transmission infrarouge
La transmission de données par capteurs infrarouges est également très répandue. Les télécommandes de télévision utilisent des signaux infrarouges pour contrôler le téléviseur à distance ; les téléphones portables peuvent transmettre des données par infrarouge. Ces applications existent depuis les débuts de la technologie infrarouge.
4. Image thermique infrarouge
La caméra thermique est un capteur passif capable de capter le rayonnement infrarouge émis par tout objet dont la température est supérieure au zéro absolu. Initialement conçue pour la surveillance militaire et la vision nocturne, sa popularité croissante a entraîné une baisse de prix et un élargissement considérable de son champ d'application. Les caméras thermiques sont utilisées dans les secteurs animalier, agricole, du bâtiment, de la détection de gaz, industriel et militaire, ainsi que pour la détection, le suivi et l'identification de personnes. Ces dernières années, l'imagerie thermique infrarouge s'est largement répandue dans les lieux publics pour mesurer rapidement la température des produits.
5. Induction infrarouge
L'interrupteur à induction infrarouge est un dispositif de commande automatique fonctionnant grâce à la technologie de l'induction infrarouge. Il assure sa fonction de commande automatique en détectant la chaleur infrarouge émise par l'environnement extérieur. Il permet d'allumer et d'éteindre rapidement des lampes, des portes automatiques, des alarmes antivol et d'autres équipements électriques.
Grâce à la lentille de Fresnel du capteur infrarouge, la lumière infrarouge diffusée par le corps humain est détectée par l'interrupteur, permettant ainsi diverses fonctions de contrôle automatique, comme l'allumage de la lumière. Ces dernières années, avec l'essor de la maison connectée, la détection infrarouge s'est également imposée dans les poubelles intelligentes, les toilettes connectées, les interrupteurs gestuels intelligents, les portes à induction et autres objets connectés. La détection infrarouge ne se limite pas à la détection de personnes ; elle est constamment perfectionnée pour offrir toujours plus de fonctionnalités.
Conclusion
Ces dernières années, l'Internet des objets a connu un développement rapide et offre de vastes perspectives de marché. Dans ce contexte, le marché des capteurs infrarouges a également enregistré une forte croissance. Par conséquent, le marché chinois des détecteurs infrarouges continue de croître. Selon les données disponibles, en 2019, ce marché représentait près de 400 millions de yuans et devrait atteindre près de 500 millions de yuans en 2020. Conjuguée à la demande croissante de mesures de température infrarouges dans le contexte des épidémies et de la détection des gaz pour la neutralisation du carbone, cette situation laisse présager une croissance considérable du marché des capteurs infrarouges.
Date de publication : 16 mai 2022