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Les Caméras Infrarouges Projet Bibliographique Le but des caméras infrarouge es

Les Caméras Infrarouges Projet Bibliographique Le but des caméras infrarouge est d'évaluer la température d'un corps par la mesure de son rayonnement dans une bande spectrale de l'ordre de 2 à 15 mm. Stéphane DELECROIX & Mahmoud SKIFATI Licence PRO Vision Industrielle Image représentant la maîtrise du procédé de trempe - 2 - Projet Bibliographique – Caméras Infrarouges S. Delecroix & M. Skifati Table des matières 1. Introduction ................................................................................................................................... 4 2. Le domaine infrarouge et son système de mesure..................................................................... 5 2.1 La Cible. ................................................................................................................................... 5 2.1.1 Le Spectre électromagnétique. ....................................................................................... 5 2.1.2 Le Corps Noir. .................................................................................................................. 6 2.2 Le facteur d’émission ou EMISSIVITE ε. ................................................................................... 7 2.3 L’environnement. .................................................................................................................... 7 2.4 Détecteurs. .............................................................................................................................. 8 2.5 Affichage et interface. ............................................................................................................. 8 3. Les Caméras Thermiques. ............................................................................................................ 9 3.1 Notion de système à balayage spatial. .................................................................................... 9 3.2 Notion de système à plan focal. .............................................................................................. 9 3.3 Principes : .............................................................................................................................. 10 3.4 Fonctionnement .................................................................................................................... 10 4. Comparaison des cameras .......................................................................................................... 11 5. Types d’applications des cameras thermiques dans les différents secteurs. ......................... 13 5.1 Généralités. ........................................................................................................................... 13 5.1.1 Contribution de la thermographie. ............................................................................... 13 5.1.2 Besoins, critères techniques d’application et caractéristiques de systèmes. ............... 13 5.2 Typologie des applications et utilisations. ............................................................................ 14 5.3 Type d’Applications. .............................................................................................................. 15 5.3.1 Thermique. .................................................................................................................... 15 5.3.2 Matériaux et mécanique du solide. ............................................................................... 15 5.3.3 Electrotechnique et électronique. ................................................................................. 15 5.3.4 Industrie automobile et des transports......................................................................... 16 5.3.5 Métallurgie, traitements thermiques, soudage. ........................................................... 16 5.3.6 Industrie du verre. ......................................................................................................... 17 5.3.7 Électroménager et industries agroalimentaires ............................................................ 17 5.3.8 Papier, textile et plastique............................................................................................. 18 5.3.9 Médical et pharmaceutique .......................................................................................... 18 5.3.10 Maintenance et prévention ........................................................................................... 18 5.3.11 Maintenance électrique ................................................................................................ 19 5.3.12 Maintenance mécanique. .............................................................................................. 19 5.3.13 Pétrochimie. .................................................................................................................. 19 - 3 - Projet Bibliographique – Caméras Infrarouges S. Delecroix & M. Skifati 6. Les types de contrôles par camera thermiques ........................................................................ 20 6.1 Surveillance industrielle ........................................................................................................ 20 6.2 Contrôle de produits et contrôle de procédés ...................................................................... 20 6.3 Contrôle des procédés........................................................................................................... 20 6.4 Vérification de procédé ......................................................................................................... 20 7. Conclusion ................................................................................................................................... 22 Bibliographie ........................................................................................................................................ 23 - 4 - Projet Bibliographique – Caméras Infrarouges S. Delecroix & M. Skifati 1. Introduction Une caméra infrarouge (ou caméra thermique) est une caméra qui enregistre les différents rayonnements infrarouges (ondes de chaleurs) émis par le corps et qui varient en fonction de leurs température. Contrairement à ce que l’on pourrait croire, une caméra infrarouge ne permet pas de voir derrière une paroi ou un obstacle. Elle reproduit tout simplement la température emmagasinée par un corps, ou montre le flux thermique d’une paroi en raison d’un foyer se trouvant à l’arrière. C’est un procédé qui est de plus en plus utilisé dans l’industrie car ces caméras permettent d’effectuer des contrôles au niveau d’une ligne de production et ceci sans aucun contact avec le produit contrôlé. Nous allons ainsi présenter dans ce dossier ce qu’est vraiment une caméra infrarouge. Nous verrons tous d’abord ce qu’est l’infrarouge et quel est son système de mesure. Ensuite, nous traiterons des caméras thermiques et de ses caractéristiques. Enfin, nous verrons son application dans différents secteurs d’activités. - 5 - Projet Bibliographique – Caméras Infrarouges S. Delecroix & M. Skifati 2. Le domaine infrarouge et son système de mesure. Le système de mesure par infrarouge consiste à ce que l’optique de la caméra focalise les radiations de l’objet à mesurer vers le détecteur. Ce dernier transforme alors l’information reçue en un signal qu’il transmet vers l’affichage. Ce principe peut être synthétisé par le schéma suivant (figure 1) : Figure 1 : système de mesure par infrarouge. Nous allons ainsi développer chaque partie de cette figure pour mieux comprendre le système de mesure par infrarouge. 2.1 La Cible. 2.1.1 Le Spectre électromagnétique. Tout corps ayant une température (T) supérieur au zéro absolue (-273°C ou 0°K) émet, selon sa température, une énergie infrarouge spécifique. Cette énergie est provoquée par le mouvement mécanique au sein des molécules. L’intensité de ce mouvement dépend de la température du corps. Les mouvements des molécules étant synonyme de mouvement de charge, ils génèrent des radiations électromagnétiques. Ces radiations ont permis de mettre en place le spectre électromagnétique suivant : Figure 2 : le spectre électromagnétique. - 6 - Projet Bibliographique – Caméras Infrarouges S. Delecroix & M. Skifati Le domaine du visible s’étend des longueurs d’ondes allant de 0,4 à 0,8 µm (micromètres). La bande infrarouge quand à elle s’étend de 0,8 à 15 µm. Cependant, la bande spectrale de l’infrarouge est elle aussi divisée en plusieurs parties. Ces sections de la bande infrarouge sont définies dans le schéma ci-dessous : Figure 3 : sections de la bande spectrale infrarouge. En thermographie infrarouge, on travaille généralement dans une bande spectrale qui s’étend de 2 à 15 µm, et plus particulièrement dans les fenêtres 2-5 µm et 7-15 µm. 2.1.2 Le Corps Noir. Le corps noir est le corps de référence dans la théorie du rayonnement infrarouge : celui-ci est capable d’absorber tout rayonnement incident quelque soit sa longueur d’onde et d’émettre à son tour des radiations à toutes les longueurs d’ondes. Ce corps référentiel cède à l’environnement l’énergie captée jusqu’à l’établissement d’un équilibre thermodynamique. Trois lois définissent le rayonnement d’un corps noir : o La loi de Planck : Max Planck a calculé les flux de puissances électromagnétiques émis par un corps noir. La relation utilisée est la suivante : . . . . . .. / ² avec : - : longueur d’onde ; - : Flux de puissance émis par le corps noir à la longueur d’onde ; - : vitesse de la lumière = 3.1010 cm/s ; - : constante de Planck = 6,6.10-34 Watt.s² ; - : constante de Boltzmann = 1,4.10-23 Watt.s²/°K ; - : température absolue du corps en Kelvin. o La loi de Wien : Cette loi exprime le fait que la couleur d’un objet chauffé à une température élevée varie du rouge au blanc. La relation utilisée est la suivante : avec : - : longueur d’onde à laquelle se produit l’émission maximale ; - : température absolue du corps en Kelvin. Infrarouge proche Infrarouge moyen Infrarouge éloigné - 7 - Projet Bibliographique – Caméras Infrarouges S. Delecroix & M. Skifati o La loi de Stefan-Boltzmann : Celle-ci détermine le flux de puissance total émis par un corps noir. La relation utilisée est la suivante : !. " / ² avec : - ! : constante de Stefan-Boltzmann = 5,7.10-12 (Watts/cm2/°K4) ; - : température absolue du corps en Kelvin. 2.2 Le facteur d’émission ou EMISSIVITE #. L’émissivité d’un corps représente l’aptitude de ce corps à émettre du rayonnement infrarouge. C’est le rapport entre le flux de puissance émis à une longueur d’onde par un corps réel à une température T et le flux de puissance qui serait émis à la longueur d’onde par un corps noir porté à la température T. La relation mathématique qui permet de calculé l’émissivité est la suivante : # $ % &%'é avec : - : Flux de puissance émis par un corps réel à la longueur d’onde ). - $ : Flux de puissance émis par un corps noir à la longueur d’onde ). Quelques exemples : - T est la température en °C à laquelle la mesure a été réalisée. - ‘dl’ est la bande spectrale en µm. - * est l’émissivité normale. Matériaux T ‘dl’ # Peau 30°C 2 à 5 0,98 Papier 30°C 8 à 12 0,95 Eau 30°C 2 à 5 0,95 Peinture mate 20 à 100°C 2 à 5 0,95 Acier oxydé 100°C 2 à 5 0,74 Acier poli 100°C 2 à 5 0,07 Acier rouillé 20°C 2 à 5 0,69 2.3 L’environnement. Le réglage d’une caméra infrarouge pour un certain domaine spectrale s’avère nécessaire en raison de la transmissivité spécifique du parcours effectué par les radiations, c’est-à-dire de l’environnement. Certains composants de l’atmosphère, comme la vapeur d’eau et le gaz carbonique, absorbent les radiations infrarouges à une certaines longueurs d’ondes et provoque des pertes de transmission. De nos jours, les fabricants ont pratiquement tous équipé leurs appareils de mesure par infrarouge de filtre de correction atmosphérique. L’usager ne doit donc plus craindre les éventuelles pertes de transmission. - 8 - Projet Bibliographique – Caméras Infrarouges S. Delecroix & M. Skifati Il faut également tenir compte des sources de rayonnements thermiques situés à proximité de la cible, mais également les poussières, les fumées et les particules en suspension qui peuvent encrasser l’optique et ainsi fausser les mesures. Voici dans un tableau récapitulatif les problèmes liés à l’environnement et les solutions apportées à ce problème. Perturbations Solutions Rayonnement environnant plus chaud que l’objet - Capteur de compensation ; - Surface à mesurer à l’ombre du rayonnement. Poussières, Fumées, Particules dans l’atmosphère - Collier de soufflage d’air ; - Pyromètre bi chromatique. Température ambiante élevée - Montage à isolement thermique ; - Refroidissement par air et/ou eau ; - uploads/Industriel/ rapport-camera-infrarouge-la-thermographie.pdf