Thermographie infrarouge

Transcription

1 Design I Thermographie infrarouge Automne

2 Avantages de la thermographie Avantages de la pyrométrie Infrarouge - Mesure sans contact - Mesure de cible en mouvement - Mesures risquées ou cibles inaccessibles - Mesure de hautes temperatures (supérieure à 1300 C) - Pas d interférence d énergie. Pas de perte de chaleur locale. - Temps de réponse faible Automne

3 Le Rayonnement Thermique Automne

4 Découverte du Rayonnement Infrarouge (1800) Expérience William Herschel Prisme utilisé par Herschel Automne

5 Spectre Electromagnétique Automne

6 Le corps noir Automne

7 Rayonnement du Corps Noir Loi de Planck M o (T, ) 2 C 1 5 C 2 exp T 1 M o (T, ) Loi de Wien max 2898 T m.k Loi de Stefan-Boltzmann M o (T ) T 4 Automne

8 Corps Noirs de Laboratoires Les cavités corps noirs Automne

9 Corps Noirs pour Calibration Modèle BB-4A Omega: 100 à 982 o C M330 Series by Mikron, up to 3000 C Automne

10 Corps noir vs. corps réels Automne

11 Émissivité e??? M (T, ) e M o (T, ) Objet Caméra IR e Réglage Émissivité Indicateur de Température Automne

12 Émissivité des corps réels Effet de la longueur d onde Emissivité M (T, ) e M o (T, ) e 1 Corps noir e e f ( ) cste Corps sélectif Corps gris Automne

13 Émissivité des corps réels Effet de la direction Émissivité totale directionnelle de quelques métaux Émissivité totale directionnelle de quelques non-conducteurs Automne 2008 GIF-23043, GIF

14 La mesure réelle Automne

15 Effets de l atmosphère et de l environnement Autres paramètres dont il faut tenir compte : Conditions de l atmosphère Distance à la cible Température ambiante Humidité relative Température d environnement radiatif Automne

16 Les fenêtres spectrales Transmission de l atmosphère (1 km) IR proche IR moyen IR lointain Automne

17 Bande spectrale : LWIR (8 12 m) Une majorité dans m FPA à microbolomètres non refroidis Automne

18 Insensibilité au soleil du LWIR (8 12 m) Tracking de frégates Tirée de G. Gaussorgues, Automne

19 Meilleure vision à travers la brume par l IR VIS IR Automne

20 Résolution spatiale... Nombre de détecteurs de la matrice Exemple : 320 x 240 (i.e. NdH = 320, NdV = 240) Automne

21 Résolution spatiale... Champs de vue HFOV et VFOV La scène thermique est vue sous deux angles HFOV et VFOV Lens Automne

22 Résolution spatiale... Champs de vue instantané IFOV Détecteur IFOV(mrad) = (HFOV( o ) * ) / (NdH * 180 o ) * 1000 IFOV(mrad) = (VFOV( o ) * ) / (NdV * 180 o ) * 1000 Le client exige une résolution spatiale sur la cible de 5 cm ou moins Automne

23 Résolution spatiale Les objectifs interchangeables Attention : l IFOV dépend de l objectif employé, si la caméra peut être équipée d objectifs interchangeables. Beaucoup de caméras de ce marché sont dotées d un seul objectif qu il faut choisir à l achat. Automne

24 Résolution temporelle Fréquence image Dans l industrie du bâtiment, une fréquence image de 5 fps est un minimum acceptable. Le client exige une capacité de prendre des vidéos à 10 fps. Automne

25 Courbe d étalonnage Courbe d étalonnage type Corps noirs à surfaces étendues Chaque configuration de la caméra donne lieu à une courbe d étalonnage. Pour le bâtiment, on utilise en général le premier calibre seulement, soit par exemple : de -20 o C à 100 o C. Automne

26 Résolution thermique... NETD : Noise Equivalent Temperature Difference T 2 V n V s T 1 NETD = T 2 - T 1 si V s = V n Automne

27 Résolution thermique... NETD : Noise Equivalent Temperature Difference Tirée de D. Pajani, Eyrolles Automne

28 Résolution thermique Exemples Caméra MWIR, Phoenix d Indigo: NETD = 20 mk à 30 o C Caméra LWIR, Oméga A10 d Indigo: NETD = 80 mk à 30 o C La valeur usuelle de 100 mk est le maximum acceptable pour le bâtiment. Automne

29 Exactitude et compensation de dérive Exemple L incertitude sur la température apparente affichée est de ± 2 o C pour une plage de température ambiante de -15 o C à + 50 o C. À l intérieur de cette plage, la dérive de la caméra est compensée. Automne

30 Non uniformité spatiale des FPA Causes possibles La non uniformité de réponse d un détecteur matriciel provient de la dispersion des propriétés individuelles de chaque pixel. Non uniformité des circuits de lecture : variations des capacités de stockage relatives à chaque élément. Automne

31 Non uniformité spatiale des FPA Non Uniformity Correction (NUC) Oméga A10, FLIR systems Microbolométrique, Non refroidie, Shutter NUC Automne

32 Non uniformité spatiale des FPA MIRICLE SHUTTERLESS, Thermoteknix Microbolométrique, Non refroidie, SB-NUC Automne 2008

33 Non uniformité spatiale des FPA Scene Based NUC: SB-NUC Automne 2008

34 Cadrage thermique Opération qui règle l échelle des températures entre le Min et le Max des températures affichées. Automne 2008

35 Enregistrement du fichier-image Fichiers thermographiques L enregistrement se fait normalement en écrivant l ensemble des niveaux numériques de l étendue du calibre dans un fichier structuré comprenant une zone d image et un entête où sont notées diverses informations ayant servi à la prise de vue (date, heure, étalonnage, cadrage thermique, calibre, palette de couleurs, etc.). Fichiers photographiques D autres caméras d entrée de gamme ne permettent de stocker qu une image définitive comportant des éléments qu il ne sera pas possible de modifier a posteriori: cadrage thermique, palette de cloueurs,..., logo fabricant sur les images! À éviter pour les prestations de service. Automne 2008

36 Interfaces USB 2.0, USB 3.0, 1394a, 1394b, CameraLink, GigaEthernet, IP, etc. Analog CameraLink Firewire (1394b) GigaEthernet Automne 2008

37 Interfaces Automne 2008

38 Caméras bi-spectrales Vis et IR Automne 2008

39 Caméras bi-spectrales Vis et IR Imagerie Visible et Infrarouge - Plus d information quand les 2 canaux sont utilisés - Differences importantes selon les conditions à l extérieur Rainy morning Hot hazy afternoon Windy sunny afternoon Evenning Automne 2008

40 Références La thermographie infrarouge, principes-technologies-applications, G. Gaussorgues, Lavoisier, La thermographie du bâtiment, Principes et applications, D. Pajani, Eyrolles, Common sense approach to thermal imaging, Gerald C. Holst, SPIE Press, Introduction to Infrared System Design, William L. Wolfe, SPIE Press, Automne 2008