Design I Thermographie infrarouge Automne 2008 1
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 2008 2
Le Rayonnement Thermique Automne 2008 3
Découverte du Rayonnement Infrarouge (1800) Expérience William Herschel Prisme utilisé par Herschel Automne 2008 4
Spectre Electromagnétique Automne 2008 5
Le corps noir Automne 2008 6
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 2008 7
Corps Noirs de Laboratoires Les cavités corps noirs Automne 2008 8
Corps Noirs pour Calibration Modèle BB-4A Omega: 100 à 982 o C M330 Series by Mikron, up to 3000 C Automne 2008 9
Corps noir vs. corps réels Automne 2008 10
Émissivité e??? M (T, ) e M o (T, ) Objet Caméra IR e Réglage Émissivité Indicateur de Température Automne 2008 11
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 2008 12
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-67179 13
La mesure réelle Automne 2008 14
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 2008 15
Les fenêtres spectrales Transmission de l atmosphère (1 km) IR proche IR moyen IR lointain Automne 2008 16
Bande spectrale : LWIR (8 12 m) Une majorité dans 7.5 13 m FPA à microbolomètres non refroidis Automne 2008 17
Insensibilité au soleil du LWIR (8 12 m) Tracking de frégates Tirée de G. Gaussorgues, 1984. Automne 2008 18
Meilleure vision à travers la brume par l IR VIS IR Automne 2008 19
Résolution spatiale... Nombre de détecteurs de la matrice Exemple : 320 x 240 (i.e. NdH = 320, NdV = 240) Automne 2008 20
Résolution spatiale... Champs de vue HFOV et VFOV La scène thermique est vue sous deux angles HFOV et VFOV Lens Automne 2008 21
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 2008 22
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 2008 23
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 2008 24
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 2008 25
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 2008 26
Résolution thermique... NETD : Noise Equivalent Temperature Difference Tirée de D. Pajani, Eyrolles 2010. Automne 2008 27
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 2008 28
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 2008 29
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 2008 30
Non uniformité spatiale des FPA Non Uniformity Correction (NUC) Oméga A10, FLIR systems Microbolométrique, Non refroidie, Shutter NUC Automne 2008 31
Non uniformité spatiale des FPA MIRICLE SHUTTERLESS, Thermoteknix Microbolométrique, Non refroidie, SB-NUC Automne 2008
Non uniformité spatiale des FPA Scene Based NUC: SB-NUC Automne 2008
Cadrage thermique Opération qui règle l échelle des températures entre le Min et le Max des températures affichées. Automne 2008
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
Interfaces USB 2.0, USB 3.0, 1394a, 1394b, CameraLink, GigaEthernet, IP, etc. Analog CameraLink Firewire (1394b) GigaEthernet Automne 2008
Interfaces Automne 2008
Caméras bi-spectrales Vis et IR Automne 2008
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
Références La thermographie infrarouge, principes-technologies-applications, G. Gaussorgues, Lavoisier, 1984. La thermographie du bâtiment, Principes et applications, D. Pajani, Eyrolles, 2010. Common sense approach to thermal imaging, Gerald C. Holst, SPIE Press, 2000. Introduction to Infrared System Design, William L. Wolfe, SPIE Press, 1996. Automne 2008