Thermographie infrarouge et imagerie thermique
La mesure de la température de surface en enregistrant les paramètres du rayonnement thermique émis par celle-ci à l'aide de dispositifs électro-optiques est appelée thermographie infrarouge. Comme vous pouvez le deviner, dans ce cas, la chaleur est transférée de la surface examinée - à l'appareil de mesure, sous la forme ondes électromagnétiques infrarouges.
Les dispositifs électro-optiques modernes pour la thermographie infrarouge peuvent mesurer le flux de rayonnement infrarouge et, sur la base des données obtenues, calculer la température de la surface avec laquelle l'équipement de mesure interagit.
Bien sûr, une personne est capable de détecter le rayonnement infrarouge et peut même ressentir des changements de température à quelques centièmes de degré près avec des terminaisons nerveuses à la surface de la peau. Cependant, avec une sensibilité aussi élevée, le corps humain n'est pas adapté pour détecter des températures relativement élevées au toucher sans nuire à la santé. Au mieux, cela est lourd de brûlures.
Et même si la sensibilité de l'homme à la température s'avère être aussi élevée que celle des animaux capables de détecter des proies par la chaleur dans l'obscurité totale, encore tôt ou tard il aura besoin d'un instrument plus sensible qui puisse fonctionner dans une plage de température plus large que la physiologie naturelle permet...
Après tout, un tel outil a été développé. Au début, il s'agissait d'appareils mécaniques, puis d'appareils électroniques hypersensibles. Aujourd'hui, ces dispositifs semblent être les attributs habituels lorsqu'un contrôle thermique doit être effectué pour résoudre l'un des innombrables problèmes techniques.
Le mot même « infrarouge », ou en abrégé « IR », désigne la position des ondes de chaleur « derrière le rouge », selon leur localisation dans l'échelle du spectre le plus large du rayonnement électromagnétique. Quant au mot "thermographie", il comprend "thermo" - température et "graphique" - image - image de température.
Les origines de la thermographie infrarouge
La base de cette ligne de recherche a été posée par l'astronome allemand William Herschel, qui a mené des recherches sur les spectres de la lumière du soleil en 1800. En transmettant la lumière du soleil à travers un prisme, Herschel a placé un thermomètre à mercure sensible dans des zones de différentes couleurs sur lesquelles la lumière du soleil tombait. sur le prisme, était divisé.
Au cours de l'expérience, lorsque le thermomètre a été déplacé au-delà de la ligne rouge, il a constaté qu'il y avait aussi un rayonnement invisible, mais ayant un effet de chauffage notable.
Le rayonnement observé par Herschel dans son expérience se situait dans cette région du spectre électromagnétique qui n'était pas perçue par la vision humaine comme une couleur.C'était la région du "rayonnement thermique invisible", bien qu'elle soit définitivement dans le spectre des ondes électromagnétiques, mais en dessous du rouge visible.
Plus tard, le physicien allemand Thomas Seebeck découvrira la thermoélectricité, et en 1829 le physicien italien Nobili créera une thermopile basée sur les premiers thermocouples connus, dont le principe serait basé sur le fait que lorsque la température change entre deux métaux différents, le correspondant une différence de potentiel se produit aux extrémités du circuit composé de ces...
Meloni va bientôt inventer le soi-disant Une thermopile (issue de thermopiles installées en série), et en y focalisant d'une certaine manière des ondes infrarouges, pourra détecter une source de chaleur à une distance de 9 mètres.
Thermopile - connexion en série de thermoéléments pour obtenir une plus grande puissance électrique ou capacité de refroidissement (lorsqu'ils fonctionnent en mode thermoélectrique ou refroidissement, respectivement).
Samuel Langley en 1880 découvrit une vache en chaleur à une distance de 300 mètres. Cela se fera à l'aide d'un balomètre, qui mesure la variation de résistance électrique qui est inextricablement liée à une variation de température.
Le successeur de son père, John Herschel, utilise en 1840 un évaporographe, avec lequel il obtient la première image infrarouge en lumière réfléchie grâce au mécanisme d'évaporation à différentes vitesses du film d'huile le plus fin.
Aujourd'hui, des dispositifs spéciaux sont utilisés pour l'acquisition à distance d'images thermiques - des imageurs thermiques, qui permettent d'obtenir des informations sur le rayonnement infrarouge sans contact avec l'équipement étudié et une visualisation immédiate. Les premiers imageurs thermiques étaient basés sur des capteurs infrarouges photorésistifs.
En 1918, American Keys menait des expériences avec des photorésistances, où il recevait des signaux en raison de leur interaction directe avec les photons. Ainsi, un détecteur sensible de rayonnement thermique a été créé, fonctionnant sur le principe de la photoconductivité.
La thermographie IR dans le monde moderne
Pendant les années de guerre, les imageurs thermiques volumineux servaient principalement à des fins militaires, de sorte que le développement de la technologie d'imagerie thermique s'est accéléré après 1940. Les Allemands ont découvert qu'en refroidissant le récepteur de la photorésistance, vous pouvez améliorer ses caractéristiques.
Après les années 1960, les premiers imageurs thermiques portables sont apparus, à l'aide desquels ils effectuent des diagnostics de bâtiments. C'étaient des outils fiables mais avec des images de mauvaise qualité. Dans les années 1980, l'imagerie thermique a commencé à être introduite non seulement dans l'industrie, mais aussi en médecine. Les caméras thermiques ont été calibrées pour donner une image radiométrique - les températures de tous les points de l'image.
Les premières caméras thermiques refroidies au gaz affichaient l'image sur un écran CRT noir et blanc avec un tube à rayons cathodiques. Même alors, il était possible d'enregistrer à partir de l'écran sur une bande magnétique ou du papier photo. Les modèles moins chers de caméras thermiques sont basés sur des tubes vidicon, ne nécessitent pas de refroidissement et sont plus compacts, bien que l'imagerie thermique ne soit pas radiométrique.
Dans les années 1990, des récepteurs infrarouges matriciels sont devenus disponibles pour un usage civil, y compris des réseaux de récepteurs infrarouges rectangulaires (pixels sensibles) installés dans le plan focal de l'objectif de l'appareil. Il s'agissait d'une amélioration significative par rapport aux premiers récepteurs IR à balayage.
La qualité des images thermiques s'est améliorée et la résolution spatiale a augmenté. Les imageurs thermiques matriciels modernes moyens ont des récepteurs avec une résolution allant jusqu'à 640 * 480 - 307 200 récepteurs micro-IR. Les appareils professionnels peuvent avoir une résolution plus élevée - plus de 1000 * 1000.
La technologie de matrice IR a évolué dans les années 2000. Les imageurs thermiques sont apparus avec une plage de fonctionnement à grande longueur d'onde - captant des longueurs d'onde de 8 à 15 microns et des longueurs d'onde moyennes - conçues pour des longueurs d'onde de 2,5 à 6 microns. Les meilleurs modèles d'imageurs thermiques sont entièrement radiométriques, ont une fonction de superposition d'image et une sensibilité de 0,05 degré ou moins. Au cours des 10 dernières années, leur prix a diminué de plus de 10 fois et la qualité s'est améliorée. Tous les modèles modernes peuvent interagir avec un ordinateur, analyser les données elles-mêmes et présenter des rapports pratiques dans n'importe quel format approprié.
Isolants thermiques
L'isolateur thermique comprend plusieurs pièces standard : lentille, écran, récepteur infrarouge, électronique, commandes de mesure, dispositif de stockage. L'apparence des différentes pièces peut différer selon le modèle. La caméra thermique fonctionne comme suit. Le rayonnement infrarouge est focalisé par l'optique sur le récepteur.
Le récepteur génère un signal sous la forme d'une tension ou d'une résistance variable. Ce signal est transmis à l'électronique, qui forme une image — un thermogramme — sur l'écran.Différentes couleurs sur l'écran correspondent à différentes parties du spectre infrarouge (chaque teinte correspond à sa propre température), selon la nature de la répartition de la chaleur à la surface de l'objet examiné par la caméra thermique.
L'écran est généralement petit, a une luminosité et un contraste élevés, ce qui vous permet de voir le thermogramme dans différentes conditions d'éclairage. En plus de l'image, l'écran affiche généralement des informations supplémentaires : niveau de charge de la batterie, date et heure, température, échelle de couleurs.
Le récepteur IR est constitué d'un matériau semi-conducteur qui génère un signal électrique sous l'influence des rayons infrarouges qui tombent dessus. Le signal est traité par l'électronique qui forme une image sur l'écran.
Pour le contrôle, il existe des boutons qui vous permettent de modifier la plage de températures mesurées, d'ajuster la palette de couleurs, la réflectivité et l'émission de fond, ainsi que d'enregistrer des images et des rapports.
Les images numériques et les fichiers de rapport sont généralement enregistrés sur une carte mémoire. Certains imageurs thermiques ont pour fonction d'enregistrer la voix et même la vidéo dans le spectre visuel. Toutes les données numériques enregistrées lors de l'utilisation de la caméra thermique peuvent être visualisées sur un ordinateur et analysées à l'aide du logiciel fourni avec la caméra thermique.
Voir également:Mesure de température sans contact pendant le fonctionnement des équipements électriques