Rapport Camera Infrarouge , la thermographie

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    08-Aug-2015

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Pourquoi ne pas utiliser une camra thermique pour le diagnotique medicale en medecine generalehttp://ebooks.forumed.orgCamera thermographique infrarouge dans les applications mdicales. De part ses caractristiques indolores, non invasive et sans radiation, l'imageur thermique est utilise pour visualiser les anomalies invisibles l'oeil nu. C'est un outil de diagnostic prcis pour une multitude d'interventions cliniques et exprimentales. Il peut dtecter une varit de maladies comme le SRAS, grippe aviaire, cancer du sein, problmes dorsaux, rnaux et bien d'autres.Chez les animaux, il permet la dtection des inflammations, blessures musculaires et nerveuses Ces anomalies sont impossibles ou trs difficiles dtecter avec rayon X, scanner ou la tomodensitomtrie (IRM). Elles sont facilement dtectables par un dispositif d'imagerie thermique.Actuellement, la nouvelle technologie infrarouge est utilise pour dtecter la chaleur et l'inflammation. Les imageurs thermiques sont d'excellents outils pour dtecter les impotences svres ou les blessures des tissus mous.La temprature corporelle est un paramtre trs utile pour diagnostiquer les maladies. L' imageur infrarouge est utilis pour tudier les gradients de temprature dans les parties touches par des troubles vasculaires. La partie touche a une anomalie au niveau de la circulation sanguine.Les rsultats de l'imagerie thermique sont identiques aux rsultats cliniques. Certaines zones sur les membres affects affichent un gradient de temprature plus lev, probablement d l'inflammation ou changement dans la circulation sanguine. En gnral, la variation de temprature dans les zones affectes est d'environ 0,7 1 C au-dessus de la normale.Les rsultats suggrent que la technique d'imagerie thermique est une technique efficace pour la dtection de petites variations de temprature dans le corps humain en raison de troubles vasculaires.http://www.guideinfrared.fr

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Image reprsentant la matrise du procd de trempe

Les Camras InfrarougesProjet BibliographiqueLe but des camras infrarouge est d'valuer la temprature d'un corps par la mesure de son rayonnement dans une bande spectrale de l'ordre de 2 15 mm. Stphane DELECROIX & Mahmoud SKIFATI Licence PRO Vision Industrielle

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Table des matires1. 2. Introduction ................................................................................................................................... 4 Le domaine infrarouge et son systme de mesure..................................................................... 5 2.1 La Cible. ................................................................................................................................... 5 Le Spectre lectromagntique. ....................................................................................... 5 Le Corps Noir. .................................................................................................................. 6

2.1.1 2.1.2 2.2 2.3 2.4 2.5 3.

Le facteur dmission ou EMISSIVITE .................................................................................... 7 Lenvironnement. .................................................................................................................... 7 Dtecteurs. .............................................................................................................................. 8 Affichage et interface. ............................................................................................................. 8

Les Camras Thermiques. ............................................................................................................ 9 3.1 3.2 3.3 3.4 Notion de systme balayage spatial. .................................................................................... 9 Notion de systme plan focal. .............................................................................................. 9 Principes : .............................................................................................................................. 10 Fonctionnement .................................................................................................................... 10

4. 5.

Comparaison des cameras .......................................................................................................... 11 Types dapplications des cameras thermiques dans les diffrents secteurs. ......................... 13 5.1 Gnralits. ........................................................................................................................... 13 Contribution de la thermographie. ............................................................................... 13 Besoins, critres techniques dapplication et caractristiques de systmes. ............... 13

5.1.1 5.1.2 5.2 5.3

Typologie des applications et utilisations. ............................................................................ 14 Type dApplications. .............................................................................................................. 15 Thermique. .................................................................................................................... 15 Matriaux et mcanique du solide................................................................................ 15 Electrotechnique et lectronique. ................................................................................. 15 Industrie automobile et des transports......................................................................... 16 Mtallurgie, traitements thermiques, soudage. ........................................................... 16 Industrie du verre. ......................................................................................................... 17 lectromnager et industries agroalimentaires ............................................................ 17 Papier, textile et plastique............................................................................................. 18 Mdical et pharmaceutique .......................................................................................... 18 Maintenance et prvention........................................................................................... 18 Maintenance lectrique ................................................................................................ 19 Maintenance mcanique. .............................................................................................. 19 Ptrochimie. .................................................................................................................. 19S. Delecroix & M. Skifati

5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5 5.3.6 5.3.7 5.3.8 5.3.9 5.3.10 5.3.11 5.3.12 5.3.13

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-36. Les types de contrles par camera thermiques ........................................................................ 20 6.1 6.2 6.3 6.4 7. Surveillance industrielle ........................................................................................................ 20 Contrle de produits et contrle de procds ...................................................................... 20 Contrle des procds........................................................................................................... 20 Vrification de procd ......................................................................................................... 20

Conclusion ................................................................................................................................... 22

Bibliographie ........................................................................................................................................ 23

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1. IntroductionUne camra infrarouge (ou camra thermique) est une camra qui enregistre les diffrents rayonnements infrarouges (ondes de chaleurs) mis par le corps et qui varient en fonction de leurs temprature. Contrairement ce que lon pourrait croire, une camra infrarouge ne permet pas de voir derrire une paroi ou un obstacle. Elle reproduit tout simplement la temprature emmagasine par un corps, ou montre le flux thermique dune paroi en raison dun foyer se trouvant larrire. Cest un procd qui est de plus en plus utilis dans lindustrie car ces camras permettent deffectuer des contrles au niveau dune ligne de production et ceci sans aucun contact avec le produit contrl. Nous allons ainsi prsenter dans ce dossier ce quest vraiment une camra infrarouge. Nous verrons tous dabord ce quest linfrarouge et quel est son systme de mesure. Ensuite, nous traiterons des camras thermiques et de ses caractristiques. Enfin, nous verrons son application dans diffrents secteurs dactivits.

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2. Le domaine infrarouge et son systme de mesure.Le systme de mesure par infrarouge consiste ce que loptique de la camra focalise les radiations de lobjet mesurer vers le dtecteur. Ce dernier transforme alors linformation reue en un signal quil transmet vers laffichage. Ce principe peut tre synthtis par le schma suivant (figure 1) :

Figure 1 : systme de mesure par infrarouge. Nous allons ainsi dvelopper chaque partie de cette figure pour mieux comprendre le systme de mesure par infrarouge. 2.1 La Cible. 2.1.1 Le Spectre lectromagntique.

Tout corps ayant une temprature (T) suprieur au zro absolue (-273C ou 0K) met, selon sa temprature, une nergie infrarouge spcifique. Cette nergie est provoque par le mouvement mcanique au sein des molcules. Lintensit de ce mouvement dpend de la temprature du corps. Les mouvements des molcules tant synonyme de mouvement de charge, ils gnrent des radiations lectromagntiques. Ces radiations ont permis de mettre en place le spectre lectromagntique suivant :

Figure 2 : le spectre lectromagntique.

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-6Le domaine du visible stend des longueurs dondes allant de 0,4 0,8 m (micromtres). La bande infrarouge quand elle stend de 0,8 15 m. Cependant, la bande spectrale de linfrarouge est elle aussi divise en plusieurs parties. Ces sections de la bande infrarouge sont dfinies dans le schma ci-dessous :

Infrarouge proche

Infrarouge moyen

Infrarouge loign

Figure 3 : sections de la bande spectrale infrarouge. En thermographie infrarouge, on travaille gnralement dans une bande spectrale qui stend de 2 15 m, et plus particulirement dans les fentres 2-5 m et 7-15 m. 2.1.2 Le Corps Noir.

Le corps noir est le corps de rfrence dans la thorie du rayonnement infrarouge : celui-ci est capable dabsorber tout rayonnement incident quelque soit sa longueur donde et dmettre son tour des radiations toutes les longueurs dondes. Ce corps rfrentiel cde lenvironnement lnergie capte jusqu ltablissement dun quilibre thermodynamique. Trois lois dfinissent le rayonnement dun corps noir : o La loi de Planck : Max Planck a calcul les flux de puissances lectromagntiques mis par un corps noir. La relation utilise est la suivante : . . .. . .

. avec : o

/

: longueur donde ; : Flux de puissance mis par le corps noir la longueur donde ; : vitesse de la lumire = 3.1010 cm/s ; : constante de Planck = 6,6.10-34 Watt.s ; : constante de Boltzmann = 1,4.10-23 Watt.s/K ; : temprature absolue du corps en Kelvin. La loi de Wien : Cette loi exprime le fait que la couleur dun objet chauff une temprature leve varie du rouge au blanc. La relation utilise est la suivante :

avec : -

: longueur donde laquelle se produit lmission maximale ; : temprature absolue du corps en Kelvin.

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-7o La loi de Stefan-Boltzmann : Celle-ci dtermine le flux de puissance total mis par un corps noir. La relation utilise est la suivante : . avec : /

: constante de Stefan-Boltzmann = 5,7.10-12 (Watts/cm2/K4) ; : temprature absolue du corps en Kelvin. 2.2 Le facteur dmission ou EMISSIVITE .

Lmissivit dun corps reprsente laptitude de ce corps mettre du rayonnement infrarouge. Cest le rapport entre le flux de puissance mis une longueur donde par un corps rel une temprature T et le flux de puissance qui serait mis la longueur donde par un corps noir port la temprature T. La relation mathmatique qui permet de calcul lmissivit est la suivante : avec : -

: Flux de puissance mis par un corps rel la longueur donde . : Flux de puissance mis par un corps noir la longueur donde .

Quelques exemples : - T est la temprature en C laquelle la mesure a t ralise. - dl est la bande spectrale en m. est lmissivit normale. Matriaux Peau Papier Eau Peinture mate Acier oxyd Acier poli Acier rouill T 30C 30C 30C 20 100C 100C 100C 20C dl 25 8 12 25 25 25 25 25

0,98 0,95 0,95 0,95 0,74 0,07 0,69

2.3 Lenvironnement. Le rglage dune camra infrarouge pour un certain domaine spectrale savre ncessaire en raison de la transmissivit spcifique du parcours effectu par les radiations, cest--dire de lenvironnement. Certains composants de latmosphre, comme la vapeur deau et le gaz carbonique, absorbent les radiations infrarouges une certaines longueurs dondes et provoque des pertes de transmission. De nos jours, les fabricants ont pratiquement tous quip leurs appareils de mesure par infrarouge de filtre de correction atmosphrique. Lusager ne doit donc plus craindre les ventuelles pertes de transmission.

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-8Il faut galement tenir compte des sources de rayonnements thermiques situs proximit de la cible, mais galement les poussires, les fumes et les particules en suspension qui peuvent encrasser loptique et ainsi fausser les mesures. Voici dans un tableau rcapitulatif les problmes lis lenvironnement et les solutions apportes ce problme. Perturbations Solutions Rayonnement environnant plus chaud que - Capteur de compensation ; lobjet - Surface mesurer lombre rayonnement. Poussires, Fumes, Particules dans - Collier de soufflage dair ; latmosphre - Pyromtre bi chromatique. Temprature ambiante leve - Montage isolement thermique ; - Refroidissement par air et/ou eau ; - Collier de soufflage dair ; - Bouclier thermique. 2.4 Dtecteurs. Le dtecteur est la pice matresse de tout thermomtre infrarouge. Il transforme lnergie infrarouge capte en signaux lectriques qui sont alors affichs en termes de temprature par une lectronique dinterprtation. Les techniques rcentes utilises par les processeurs ont augment la stabilit, la fiabilit, la rsolution et la vitesse de rponse des thermomtres infrarouges tout en baissant leurs cots. On connat deux principales catgories de dtecteurs par infrarouge : les dtecteurs quantiques et les dtecteurs thermiques. Les dtecteurs quantiques (photodiodes) entrent directement en interaction avec les photons capts crant ainsi des paires dlectrodes, puis un signal de courant lectrique. Les dtecteurs thermiques modifient leur temprature selon le rayonnement incident. La modification de la temprature gnre une tension similaire celle dun thermocouple. Lchauffement propre aux dtecteurs thermiques fait qu.ils sont beaucoup plus lents que les dtecteurs quantiques. La signification de lexpression beaucoup plus lents veut dire que les dtecteurs thermiques exigent un temps de rponse exprim en ms en comparaison aux ns ou aux s pour les dtecteurs quantiques. Les dtecteurs de quanta semploient essentiellement dans les systmes dimagerie et de scrutation en ligne. 2.5 Affichage et interface. Les interfaces disponibles et la nature de laffichage des valeurs mesures sont des lments importants pour lutilisateur. La combinaison daffichages et de panneaux de commande, disponible notamment sur les appareils portables peut tre considre comme une sortie primaire de lappareil de mesure. Les sorties analogiques ou numriques permettent dutiliser des affichages supplmentaires dans le poste de contrle ou doprer des rglages. Le raccordement direct dlectroniques dinterprtation, dimprimantes et dordinateurs est galement possible.

du

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3. Les Camras Thermiques.Latmosphre possde trois fentres de transmission dans linfrarouge, cest dans ces bandes de longueurs donde que sont optimiss les dtecteurs. Nous avons notre disposition des dispositifs plus ou moins complexes pour raliser des images dans les bandes infra rouge proche, moyen et lointain. Disons simplement que les premires camras utilisaient un seul dtecteur associ un dispositif de balayage miroirs deux axes (lignes et colonnes), puis des barrettes ont t produites (un seul axe de balayage suivant les lignes), et que nous disposons aujourdhui de camras utilisant des matrices de dtecteurs. Il faut ajouter ici que les dtecteurs peuvent t...

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