Thermographie – Wikipedia

Le Thermographie , aussi Thermographie , est une procédure d’imagerie pour afficher la température de surface des objets. L’intensité du rayonnement infrarouge, qui commence à partir d’un point, est interprétée comme une mesure de sa température.

Thermographie de construction: les zones de température accrue sur la paroi extérieure non isolée sont utilisées par la fausse couleur pourrir caractérisé.

Une caméra d’imagerie thermique convertit le rayonnement infrarouge invisible à l’œil humain en signaux électriques. À partir de cela, l’électronique d’évaluation crée une image en fausses couleurs, moins souvent une image en niveaux de gris.

Contrairement à la spectroscopie proche infrarouge, aucune source de lumière externe n’est requise pour la thermographie.

L’astronome et musicien Wilhelm Herschel a découvert le rayonnement thermique en 1800 en dirigeant la lumière du soleil à travers un prisme et en examinant la zone derrière l’extrémité rouge du spectre visible avec un thermomètre. La température a augmenté dans ce domaine et Herschel a conclu qu’une forme d’énergie invisible devait y être efficace. Son terme «rayonnement thermique» est toujours courant aujourd’hui et est devenu «infrarouge» environ 100 ans plus tard – dans la zone allemande de répartition, il y a également eu un certain temps » Ultrarot «Fondé – remplacé.

D’autres chercheurs ont d’abord douté sa découverte car on ne savait pas encore que la transparence de l’IR dépend fortement de la variété en verre du prisme. À la recherche d’un meilleur matériau, le physicien italien Macedonio Melloni a découvert en 1830 que les prismes du rayonnement IR du sel de roche cristallin s’amortissent à peine et que le rayonnement thermique peut être regroupé de lentilles de ce matériau. Melloni a pu augmenter de manière significative la précision de mesure un an plus tôt en remplaçant les thermomètres de mercure relativement inexacts par le thermosähl qu’il a inventé. Les deux lentilles en sel de roche et les arrangements de cubes thermiques – étaient les composants essentiels des premiers caméras thermiques.

La distribution de la température sur les surfaces (les “images de chaleur” si appelées) a été rendue visible en 1840 par Herschel par différents taux d’évaporation d’un film d’huile mince. Plus tard, la température a été déterminée par contact direct avec du papier thermo exprimé, qui tourne avec des surfaces chaudes suffisantes lorsqu’elle est touchée. Toutes ces méthodes ont perdu très important car elles ne fonctionnent que dans une plage de température étroitement limitée, ni ne montrent des changements temporels ni des différences à basse température et sont difficiles à utiliser dans les surfaces courbes. Par rapport à la technologie sans contact utilisée aujourd’hui, cependant, ils étaient considérablement moins chers.

Samuel Pierpont Langley a réalisé la percée dans le développement de la mesure de la température sans contact en 1880 avec l’invention du bolomètre. Les domaines d’application comprenaient le suivi des icebergs et des personnes cachées. Le développement ultérieur, en particulier dans le domaine de l’imagerie, était principalement en secret et les rapports de recherche n’ont été autorisés qu’après 1950 en raison des réglementations de confidentialité militaire. Depuis vers 1960, les appareils sont également disponibles à des fins non militaires.

La technologie de l’imagerie a maintenant changé fondamentalement à une utilisation générale. De nos jours, une caméra d’imagerie thermique convertit le rayonnement thermique invisible à l’œil humain (lumière infrarouge) d’un objet ou d’un corps, même à une plus grande distance à l’aide de capteurs spéciaux en signaux électriques, qui peuvent être facilement traités par des ordinateurs. Cela a considérablement élargi la plage de mesure de la température (plage dynamique), et de minuscules différences de température peuvent également être déterminées. De nos jours, la thermographie est généralement utilisée comme synonyme de thermographie infrarouge.

Distribution spectrale de l’intensité du rayonnement du corps noir. La température du soleil est orange, la température ambiante est marquée rouge.

Chaque corps avec une température au-dessus du point zéro absolu envoie un rayonnement thermique. Idéalement (diplôme d’émission

) correspond au spectre du rayonnement émis celui d’un projecteur noir, il s’écarte dans des surfaces réelles (voir l’émissicité). Avec des surfaces métalliques polies, diminue

Dans la zone IR pour les valeurs inférieures à 0,1. Avec des matériaux de construction habituels s’appliquent

.

Avec l’augmentation de la température, le spectre émis se déplace vers des longueurs d’onde plus courtes (loi de décalage viennois).

La thermographie est préférée dans la zone infrarouge, c’est-à-dire à des températures d’objet autour de 300 K, qui sont d’environ 20 ° C dans la zone des températures ambiantes ordinaires. Pour que les mesures ne soient falsifiées que légèrement par l’atmosphère se situant entre l’objet et la caméra, les caméras fonctionnent généralement en longueurs d’onde limitées dans lesquelles l’atmosphère n’émet guère (et absorbe). Une telle “fenêtre” est, par exemple, dans la plage d’environ 8 à 14 µm (voir le compteur atmosphérique -radiation / fenêtre atmosphérique).

Trois sorties de chaleur contribuent au résultat:

• La part principale P _Objet L’objet de mesure lui-même rayonne, dont la surface aurait le degré d’émission le plus élevé possible.
• Les objets des environs, mais aussi le soleil Rays Energy P _Environs off, la proportion
  ${displayStyle (1-varepsilon)}$

  Se propage sur l’objet de mesure et ajoute au résultat. Cet ajout inquiétant est particulièrement prononcé dans les surfaces en métal lisse.

• L’air entre les deux P _Air .

Les trois actions sont affaiblies lorsque l’air est passé, pour des distances autour de deux mètres, vous pouvez utiliser un degré de transaction de

calculer.

La totalité des performances reçues est calculée

${DisplayStyle p_ {text {total} = varepsilon tau p_ {text {object}} + (1-varepsilon) tau p_ {text {environnement}} + (1-tau) p_ text {air}}}$

Le rayonnement des cordes de la lumière du soleil et des radiateurs latéraux chauds sont les plus faciles à éviter avec une mesure minutieuse. Cependant, les performances de rayonnement de la masse d’air entre l’objet et le capteur sont problématiques si la distance augmente. C’est pourquoi les infrarotelesscopes liés à la Terre ne peuvent être utilisés que pour observer le soleil relativement proche. Les objets supprimés ne peuvent être reconnus que si l’épaisseur de la couche d’air (comme avec l’observatoire stratosphérique pour l’astronomie infrarouge) est considérablement réduite ou (comme avec l’explorateur d’enquête infrarouge à large champ et le télescope Waterpaum Spitzer) est complètement éteint.

Transparence dans la région MIR

Le film devient transparent dans le thermogramme, tandis que les lunettes ne sont pas transparentes. L’unité de l’échelle de température est tout en termes.

Les zones réelles émettent moins de rayonnement qu’un projecteur noir. Le rapport est appelé degré d’émission et se situe entre ε = 0… 1. Cette auto-radiation (émission) dépend de la température et est influencée par le matériau et la qualité de surface.
Le rayonnement réfléchi des environs vient également au rayonnement émis, mais une caméra IR ne peut pas reconnaître le ratio des parts, de sorte que tout rayonnement est émis pour la caméra. Pour les surfaces métalliques polies, l’émission dans de larges zones spectrales est particulièrement faible.
Par exemple, une plaque de fer de température uniforme de 30 ° C = 303 K, dont la surface montre des zones frappées par la sangle et polies, crée un “effet de clôture de latte” dans l’image thermique en raison des degrés d’émission très différents. De la loi Stefan-Boltzmann

${displayStyle p = varepsilon (t) cdot sigma cdot acdot t ^ {4}}$

suit la puissance émise par unité de zone

${DisplayStyle {frac {p_ {text}}}} {p_ {text {rouillé}}} = {frac {,} 05} {0 {,} 85} {,} 059}$

La caméra d’imagerie thermique évalue uniquement les services reçus des différentes zones, ce qui signifie qu’un rapport des températures absolues de

${DisplayStyle {frac {t_ {text {polonais}}} {t_ {text {rouillé}}} = {sqrt [{4}] {0 {,} 059}} = 0 {,} 49}$

calculé. Si la caméra d’imagerie thermique est affectée à la surface rouillée 303 K, c’est-à-dire environ 30 ° C, elle est affectée à la bande polie 149 K, ce qui correspond à -124 ° C. En fait, le rayonnement réfléchi montre une température significativement plus élevée.

Le facteur d’émission suspecté peut être sélectionné sur chaque caméra d’imagerie thermique. Si l’on devait être réglé de telle manière que la température des surfaces polies correspond à la réalité, ce dispositif de mesure enregistrerait beaucoup plus de performances de rayonnement des zones rouillées qu’il calculerait une température de 342 ° C = 615 K. Les mesures de température dues aux mesures de rayonnement doivent donc être prises en compte avec prudence, si possible et nécessaire, vous pouvez mesurer un point de référence sur des surfaces homogènes avec un thermomètre normal et donc calibrer la mesure du rayonnement. Si la température des surfaces en métal nu doit être déterminée, les fabricants de dispositifs de mesure recommandent de peindre une zone suffisamment grande ou de recouvrir de ruban adhésif.

L’influence de la température sur le degré d’émission peut être négligée dans la plupart des cas dans la plage de température de 0 ° C à 100 ° C.

De nombreux non-métaux ont un degré d’émission d’émission dans l’infrarouge moyen. Les exemples sont le verre, les tissus minéraux, les couleurs et les peintures de toutes les couleurs, les couches anodiques de toute couleur, des matériaux de plasting (sauf le polyéthylène; voir les images adjacentes), le bois et d’autres matériaux de construction, l’eau et la crème glacée. Cela rend la mesure de la température moins incorrecte.

La température des surfaces avec un faible degré d’émission, en revanche, telles que les métaux ou les substances transparentes infrarouges qui sont réfléchies, ne peuvent pas être déterminées de manière fiable avec la thermographie.

Thermographie passive [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Dans la thermographie passive, la distribution de température de la surface causée par l’environnement ou le processus est enregistrée. Ceci est utilisé, par exemple, dans la technologie de construction pour trouver des ponts thermiques ou sur des dispositifs techniques dans l’opération afin d’identifier les sources de chaleur et les défauts de perte. Une autre application est par exemple B. La surveillance du processus indirect pendant le moulage par injection en observant le drain de la chaleur entrée par la fonte sur le composant en uniforme et en utilisant des paramètres de processus. ^{[d’abord] [2]} En raison des différentes vitesses de refroidissement de la surface et des zones éloignées, il y a des flux de chaleur dans le composant. Les structures intérieures telles que les défauts non intentionnels peuvent agir comme une barrière thermique, de sorte que cela est exprimé par une distribution de température modifiée à la surface.

Thermographie aktive [ Modifier | Modifier le texte source ]]

La thermographie active est utilisée pour découvrir des structures cachées ou des erreurs structurelles, qui sont montrées par un flux de chaleur modifié localement en raison de la conductivité thermique différente. Pour ce faire, le composant à tester doit être stimulé thermiquement afin de créer un flux de chaleur dans l’objet (DIN 54190-1). Ce sera périodique Suggestion, par ex. B. dans la thermographie verrouillée, et unique Suggestion utilisée (thermographie impulsive).

Les inhomogénéités influencent l’écoulement de la chaleur à l’intérieur du composant (suggestion et caméra du même côté, donc disposition de réflexion appelée) ou à travers le composant (suggestion par derrière, c’est-à-dire de manière transmissive, par exemple applicable des deux côtés des murs, des boîtiers, des parties du corps) et conduisent donc à des différences de température locales à la surface.

La suggestion thermique peut être effectuée comme suit: ^{[3] [4]}

• Visuellement à l’aide de lampes flash ou du rayonnement laser en absorbant le rayonnement à la surface.
• Dans le cas de la stimulation par ultrasons, l’échographie est couplée dans le composant, qui est de préférence modérée sur des défauts ou converti à des points de contact lâches par la friction en chaleur et conduit par conséquent à un réchauffement détectable local.
• Le réchauffement inductif est utilisé dans les métaux, de préférence pour les matériaux de fer. Le matériau composite en fibre de carbone peut également être stimulé de façon inductive. Ici z. B. les ruptures dans les fibres conductrices une génération de chaleur réduite.

L’expérience a montré que u. Dans le cas des plastiques, seuls les erreurs peuvent être reconnues dont la profondeur dans le composant correspond à leur expansion à la surface. ^[5]

Dans le cas de la thermographie verrouillée, la stimulation est intensément modulée et périodique. La thermographie de verrouillage est sélective en fréquence, c’est-à-dire Autrement dit, il ne traite que des changements de température dans la fréquence de stimulation spécifique. Contrairement à l’image d’amplitude, l’image de phase obtenue par une analyse de Fourier discrète basée sur des pixels montre les structures thermiques sous la surface, quelle que soit la qualité de l’éclairage et le degré d’émission. La profondeur de pénétration dépend principalement de la fréquence de modulation et de la conductivité de la température. Plus la fréquence d’excitation est faible, plus la profondeur de pénétration est élevée et plus le temps de mesure requis.

La thermographie active est particulièrement adaptée à l’examen sans contact des composants homogènes de grandes et minces géométries faciles. Dans le cas des plastiques, l’application est généralement limitée aux épaisseurs de paroi faibles dans la plage de millimètres. La thermographie peut représenter principalement des erreurs à trois dimensions proches de la surface, mais également des erreurs plates telles que les délaminations, un manque de connexion dans les coutures de soudage ou le manque de lieux de fibres. Même l’absence de Rovings individuels dans des composants composites en fibre tels que les feuilles de rotor d’éoliennes peut être enregistrée.

Avec thermographie active, z. B. Trouvez également des dommages causés par la peinture aux véhicules. ^[6]

Avantages et inconvénients [ Modifier | Modifier le texte source ]]

La charge thermique ainsi que les coûts et les dangers de la source d’excitation sont désavantageuses. Les sources lumineuses utilisées pour la suggestion optique sont potentiellement menaçantes. Les champs magnétiques dans la stimulation inductive sont parfois plus élevés que les valeurs limites de précaution. La résolution qui tombe rapidement avec la profondeur est un inconvénient par rapport à d’autres méthodes d’imagerie.

Les avantages du test de matériau utilisant une thermographie active résultent des applications spéciales. Contrairement au test des rayons x, il est possible de fonctionner sans rayonnement ionisant. Il existe des zones accessibles unilatéralement. Il peut z. B. a également vérifié de grandes zones en une étape au moyen d’une évaluation d’image.

Thermographie pour la détection des blessures sportives [ Modifier | Modifier le texte source ]]

La thermographie est également utilisée dans les sports depuis 2010. Tout d’abord, il y a eu une recherche de blessures / troubles chez les chevaux de course, que vous ne pouviez pas demander où ça fait mal. ^[7] En attendant, il est systématiquement utilisé chez les athlètes. ^{[8] [9]} Dans le football, il sert après l’entraînement et la compétition pour la détection précoce des ecchymoses et a fait ses preuves. Ici, des photos thermographiques des deux jambes sont prises. Les différences de température de plus de 0,4 degrés au même endroit sont assez frappantes et nécessitent donc un examen médical sportif. ^[dix] En attendant, on a également convenu à l’échelle internationale des normes uniformes de sport afin de créer les enregistrements thermographiques selon les mêmes principes et de pouvoir comparer.

Des caméras thermiques calibrées sont utilisées pour générer l’image dans l’infrarouge moyen.

Enregistrements thermographiques de musiciens avec une caméra d’imagerie thermique. Les zones chaudes montrent des zones musculaires particulièrement stressées, qui sont souvent submergées par des charges de santé accablantes.

Sur la base du chauffage (blanc-jaune-jaune) reconnaissable, la jonction chaude et les extrémités du câble sur un tireur, généralement en raison d’une résistance accrue de transition sur la connexion

En principe, une caméra d’imagerie thermique est structurée comme une caméra électronique normale pour la lumière visible, mais les capteurs diffèrent dans la structure et la fonctionnalité en fonction de la longueur d’onde à détecter. Il n’est pas possible d’enregistrer des rayonnements aussi longs avec des films conventionnels.

Une lentille projette une image à un capteur d’image électronique. Les caméras pour la longueur d’onde varient de 8 à 14 µm utilisent des lentilles en germanium ou séléniure de zinc à un cristalline unique. Le chlorure de sodium EIN-Crystallin serait également approprié, mais est sensible à l’humidité.

Les vapeur photo faibles sont souvent utilisés comme capteurs d’images électroniques, mais les réseaux de microbolomètres, les vedettes thermopiles ou les capteurs pyroélectriques ne doivent pas nécessairement être refroidis.

Les détecteurs de fonctionnement photo électronique sont souvent refroidis à des températures d’environ 77 K (azote liquide) afin que les capteurs puissent fonctionner comme récepteur photo. La sensibilité thermique (résolution de température) du système de thermographie peut être considérablement augmentée par rapport aux systèmes non non. Les capteurs infrarouges inattendus sont également souvent thermo-électriquement thermostés afin de réduire la dérive du signal des éléments receveurs. Ces dispositifs sont nettement plus petits et moins chers que les systèmes profondément réfrigérés. Cependant, ils offrent un résultat relativement pire.

La cellule de détection d’un réseau de microbolomètres se compose d’une tranche d’absorption, qui n’est que quelques micromètres, qui est maintenue par deux contacts incurvés (microbridges ainsi appelés). Les tranches sont faites d’un matériau avec une résistance dépendante de la température (par exemple, l’oxyde de vanadium). Le rayonnement infrarouge absorbé entraîne une augmentation de la température de la tranche, ce qui change à son tour. La chute de tension mesurée est sortie en tant que signal de mesure.

Les capteurs pyroélectriques, en revanche, ne livrent qu’à température le changement Une tension avec une importance très élevée.

Les capteurs pyrométriques ont besoin d’un hélicoptère mécanique, des réseaux de microbolomètres au moins un ombrage périodique du capteur d’image. La raison des capteurs pyrométriques est qu’ils ne peuvent réagir qu’aux changements de température. L’hélico ou obturateur De plus, gagner une image sombre qui est déduite du pixel d’image enregistré pour les pixels en tant que référence spécifique au capteur (chaque pixel a une résistance individuellement différente).

Institut allemand de normalisation (DIN)

• Sur 54162, Examen non destructif – Qualification et certification du personnel pour l’examen thermographique – fondations générales et spéciales pour les niveaux 1, 2 et 3
• De 54190-1, Libéré de destruction – test thermographique – Partie 1: Fondations générales
• De 54190-2, Test destructeur – Test thermographique – Partie 2: Dispositifs
• De 54190-3, Libéré de destruction – Test thermographique – Partie 3: Termes
• À partir de 54191, Examen non destructif – Test thermographique des systèmes électriques
• E de 54192, Examen non destructif – Thermographie active
• Votre en 13187, Méthodes infrarouges
• Votre EN ISO 9712, Personnel de l’examen non destructif selon DIN EN ISO 9712: 2012 – Procédure de thermographie (TT) (TT)

Organisation internationale pour la normalisation (ISO)

• ISO 6781, Isolation thermique – détection qualitative des irrégularités thermiques dans les enveloppes de construction – méthode infrarouge
• ISO 18434-1, Surveillance des conditions et diagnostics des machines – Thermographie – Partie 1: Procédures générales
• ISO 18436-7, Surveillance des conditions et diagnostics des machines – Exigences pour la qualification et l’évaluation du personnel – Partie 7: Thermographie

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• Norbert Schuster, G. Valentin Kolobrov: Infrarothermographie. Wiley-VCH, Weinheim 2004.
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