Possibilités
Types d'appareils nsx d'équation de principe de fonctionnement des imageurs thermiques. Utilisation appropriée d'une caméra thermique

Types d'appareils nsx d'équation de principe de fonctionnement des imageurs thermiques. Utilisation appropriée d'une caméra thermique

Aujourd'hui, tout le monde a probablement entendu parler d'un appareil tel qu'une caméra thermique. L'exception serait peut-être les jeunes enfants. Une autre chose est qu'il n'y a pas beaucoup de ceux qui ont vu cet appareil « en direct », et encore plus de ceux qui l'ont tenu entre leurs mains. Mais il y a aussi ceux qui ont non seulement conservé, mais ont créé leur propre version « maison » d'une caméra thermique. Cependant, quelle que soit la catégorie à laquelle vous appartenez, notre article vous intéressera dans tous les cas. Les non-initiés pourront comprendre le principe de fonctionnement d'une caméra thermique, et les expérimentés et les as pourront découvrir par eux-mêmes de nouvelles possibilités. Mais parlons de tout dans l'ordre.

La caméra thermique, étant un appareil permettant de mesurer les températures de surface à l'aide d'une méthode sans contact, peut grandement faciliter la vie des représentants de nombreuses professions. Initialement inventé à des fins militaires, ce dispositif plutôt complexe et coûteux est aujourd’hui utilisé avec succès dans la plupart des domaines de l’activité humaine. Par exemple, dans l'industrie - pour surveiller les changements thermiques au cours des processus technologiques ; en médecine - pour diagnostiquer les maladies; lors de la chasse aux oiseaux et aux animaux ; dans la construction - pour déterminer les zones de fuite de chaleur ou, à l'inverse, les endroits où poser les tuyaux. Et ce n’est pas un historique complet de cet appareil.

Types d'appareils

La caméra thermique est un appareil si populaire et multifonctionnel qu'elle propose deux options de conception technologique :

Stationnaire. Les appareils de cette catégorie sont destinés à être utilisés dans les entreprises industrielles pour surveiller les processus technologiques. Un système de refroidissement à l'azote est un appareil assez courant équipé d'une telle caméra thermique. Ses caractéristiques de température de fonctionnement sont très impressionnantes : de −40 à +2000 °C. Ces systèmes reposent généralement sur des dispositifs assemblés sur des matrices de photodétecteurs semi-conducteurs.

Portable (portable). Des développements innovants ont permis de s'éloigner de l'utilisation d'équipements de refroidissement encombrants pour passer à la production d'imageurs thermiques basés sur des microbolomètres en silicium non refroidis. De tels appareils présentent tous les avantages de leurs prédécesseurs, parmi lesquels, par exemple, un petit incrément de température lors de la mesure (0,1 °C). Il est également possible d'utiliser une caméra thermique de cette classe pour des travaux d'évaluation complexes qui nécessitent à la fois la facilité d'utilisation et la portabilité de l'appareil. De nombreuses caméras thermiques portables ont la possibilité de se connecter à un PC pour un traitement rapide de leurs données.

L'utilisation d'une caméra thermique dans une zone particulière laisse certaines empreintes sur les caractéristiques opérationnelles requises de cet appareil. Par conséquent, avant d’acheter cet appareil, vous devez évaluer les conditions dans lesquelles il sera utilisé. Les instructions vous y aideront. Une caméra thermique achetée sans une bonne connaissance du mode d'emploi peut ne pas répondre du tout à vos besoins. Par exemple, les caméras thermiques utilisées pour la chasse doivent avoir un corps en alliage léger résistant aux chocs avec un niveau de protection d'au moins IP54.

Il est souhaitable qu'il s'agisse d'une conception monobloc avec indication sur le viseur et l'écran LCD. Et la portée visible des caméras thermiques de chasse devrait atteindre 1 500 m, alors que dans le secteur de la construction, de telles exigences ne sont pas imposées aux caméras thermiques.

Principe de fonctionnement d'une caméra thermique

Le fonctionnement d'une caméra thermique repose sur la capacité de tout objet à générer un rayonnement thermique (rayonnement IR), dont l'intensité dépend directement de la température de l'objet. L'imageur thermique détecte les rayons infrarouges sur de longues distances et les convertit en une forme adaptée à la perception humaine. La différence de rayonnement thermique des différents objets permet de voir des reliefs dans l'obscurité, ainsi que des flux froids ou chauds. Dans ce cas, les zones de température la plus élevée sont indiquées en rouge et les zones de basse température sont indiquées en noir ou en bleu.

Vous devez comprendre la différence fondamentale entre des appareils tels qu'une caméra thermique et un appareil de vision nocturne. La différence réside dans leur capacité à voir dans le noir. Une caméra thermique transmet le propre rayonnement infrarouge des objets, tandis qu'un appareil de vision nocturne transmet le rayonnement-illumination réfléchi et amplifié d'autres objets. Autrement dit, il est possible d'exécuter les fonctions d'un appareil de vision nocturne avec une caméra thermique, mais la construction d'une carte thermique à l'aide d'un appareil de vision nocturne ne l'est pas.

L'algorithme de fonctionnement de la caméra thermique comprend trois étapes :

Fixation du rayonnement IR.
Le convertir en valeurs de température.
Formation d'un thermogramme - une image thermique d'un objet qui affiche la répartition de la température sur les surfaces des objets.

De plus, ces actions se produisent instantanément.

Malgré le principe de fonctionnement assez complexe d'une caméra thermique, la conception de l'appareil portable n'est pas trop encombrante.

Cependant, il convient de garder à l'esprit que pour une clarté suffisante de l'image sur l'écran, des optiques spéciales contenant un mélange de germanium sont nécessaires. C’est précisément ce qui explique le coût élevé des appareils professionnels. Leur coût s'élève à des milliers, voire des dizaines de milliers de dollars. D'accord, le montant n'est pas petit.

Les énormes capacités des caméras thermiques ont longtemps inspiré de nombreux jeunes à l'idée d'assembler cet appareil de leurs propres mains. Et heureusement, il existe des moyens de fabriquer une caméra thermique de vos propres mains et d'éviter des dépenses aussi importantes. Bien entendu, si l’appareil n’est pas destiné à être utilisé à des fins professionnelles.

Nous présentons ci-dessous trois options pour mettre en œuvre une caméra thermique à la maison - choisissez celle que vous préférez. Et les capteurs pour caméras thermiques et autres éléments de l'appareil peuvent être achetés prêts à l'emploi.

Option n°1. Imageur thermique à faire soi-même à partir d'une caméra

Cette méthode est basée sur le fait qu'au départ, les matrices de toutes les caméras capturent parfaitement le rayonnement infrarouge, qui est en fait nécessaire au fonctionnement d'une caméra thermique. Une autre chose est que les fabricants de matériel photographique s'assurent que les appareils voient la même chose que l'œil humain. Pour ce faire, un filtre spécial est placé devant la matrice, absorbant ou réfléchissant presque tout le rayonnement IR - un « miroir thermique » ou miroir chaud. Grâce à ce filtre, la courbe de sensibilité matricielle devient similaire à la courbe de sensibilité de l'œil humain. Par conséquent, il est facile de créer une caméra thermique de vos propres mains à partir d'une caméra ; il vous suffit d'effectuer deux étapes : retirez les filtres thermiques de la caméra et installez à la place un filtre à spectre visible. Cependant, comme le montre la pratique, cette dernière n'est pas toujours nécessaire.

Champ d'application d'une caméra thermique maison

Est-il possible d'utiliser une caméra thermique ainsi réalisée pour les besoins de la maison ? Assez. Une telle caméra thermique serait-elle adaptée à la construction ou, par exemple, à la chasse ? Très probablement. Dans tous les cas, les amateurs de loisirs en plein air apprécieront certainement cet appareil. Avec son aide, vous pouvez contrôler l'approche des animaux de votre camp la nuit, ainsi que rechercher les membres du groupe perdus dans le brouillard ou les nuages de poussière.

Si vous disposez d'un reflex numérique inutile, d'environ 40 $ pour un filtre IR, ainsi que du désir et de la possibilité de démonter l'appareil photo, alors cette option vaut certainement la peine d'être essayée.

Option n°2. Imageur thermique à faire soi-même à l'aide d'un thermomètre infrarouge et d'une carte Arduino

L'idée de cette méthode est très simple. Pour créer une caméra thermique de vos propres mains, vous aurez besoin d'un thermomètre infrarouge peu coûteux - il s'agit d'un appareil capable de mesurer la température d'un point spécifique de l'espace à une courte distance, et d'une carte Arduino, à travers laquelle nous le connecterons à les LED RVB de certaines lampes de poche.

La carte Arduino est un outil logiciel et matériel conçu pour les utilisateurs non professionnels pour construire des systèmes simples dans le domaine de l'automatisation et de la robotique.

Programmons le système pour que la lumière de la lampe prenne des couleurs différentes en fonction des lectures du thermomètre. Faisons-le traditionnellement pour que les températures élevées correspondent au rouge et les basses températures correspondent au bleu. Ainsi, en pointant une lampe de poche avec un thermomètre intégré vers n'importe quel objet, on éclaire automatiquement cet objet avec la couleur appropriée, en fonction de sa température. Si vous ajoutez une caméra à cet ensemble, vous pourrez non seulement voir en couleur la température des surfaces des objets autour de vous, mais vous obtiendrez également des images qui ne sont pas pires que celles que même les caméras thermiques les plus chères peuvent voir.

Où peut-on utiliser une telle caméra thermique ?

Bien entendu, ces appareils ne sont pas les mêmes que les caméras thermiques destinées à la chasse. Il est difficile de fabriquer un appareil puissant de vos propres mains. Mais l'option présentée pourrait bien être utile pour les besoins de la maison, d'autant plus que le coût de cette conception maison ne dépasse pas 50 $.

Option n ° 3. Imageur thermique maison amélioré pour la prise de vue d'objets statiques

Le développement doit sa naissance à deux étudiants allemands, Max Ritter et Mark Cole. Ces jeunes habitants de Mindelheim ont inventé un appareil assez simple à fabriquer et ont reçu un prix en 2010 lors d'un forum scientifique et technologique.

L'appareil se compose de deux servos (pour le mouvement horizontal et vertical), d'un contrôleur Arduino (responsable du traitement du signal et du transfert des données vers le PC), d'un module capteur de température sans contact (par exemple, MLX90614-BCI), d'un module laser ou pointeur laser (indiquera la zone de numérisation), boîtiers et webcams. Vous aurez également besoin de deux résistances de 4,7 kOhm et d'un trépied.

La caméra joue le rôle d'une sorte de viseur de la zone de numérisation, ainsi que de source de l'image originale : n'importe quelle webcam bon marché peut remplir ce rôle (plus elle est petite, mieux c'est).

Les données générées par le capteur peuvent être lues à l'aide des bus SMBus et PWM. Notre boîtier permet également l'utilisation d'un capteur avec indices BCI. Alimentation 3V. L'indice BCI désigne le type de facteur de forme avec une fixation qui offre un angle de vision étroit de 5°.

Assemblée

Nous plaçons la carte Arduino dans un boîtier avec un compartiment à piles.
Nous fixons le servomoteur à l'aide de superglue ou d'époxy dans l'espace vide avant de la planche.
Nous plaçons le deuxième servomoteur dans le dispositif rotatif et sécurisons l'ensemble de la structure.
Nous connectons le thermomètre infrarouge à l'Arduino en connectant Ground à GND, SDA à PIN4, VIN à 3,3V et SCL à PIN5. Nous installerons également une résistance de 4,7 kOhm, connectant SDA à 3,3 V et SCL à 3,3 V.
Nous connectons une Laser Card ou un pointeur laser. Il s'agit de garder une trace de l'emplacement à partir duquel l'analyse est actuellement effectuée.
Nous installons la webcam de manière à ce que sa direction corresponde exactement à la direction du capteur IR et du laser.

C'est tout. Vous avez fabriqué une caméra thermique de vos propres mains !

À quoi ça sert?

Le processus de numérisation d'un objet et d'émission d'une carte thermique prend environ une minute, car le capteur scanne la future image point par point. Ceci, bien sûr, est absolument inutile pour le processus de chasse. Cependant, cette caméra thermique faite maison sera un excellent assistant pour les travaux de construction et autres travaux de réparation. Par exemple, il peut être utilisé comme méthode pour tester la chaleur dans les connexions électriques ou les ensembles de puissance. L'appareil vous permet non seulement de voir une image thermique, mais également des valeurs quantitatives de température.

En plus de son fonctionnement lent, la caméra thermique présente un autre inconvénient : elle est étroitement connectée à un PC, ce qui la rend peu mobile. Mais dans certains cas, les capacités de l'appareil et son coût sont tout à fait justifiés - vous ne devrez pas payer plus de 200 USD pour tous les composants. e.

conclusions

Des options que nous avons décrites pour l'assemblage de caméras thermiques maison, deux conclusions s'imposent :

Il est tout à fait possible de fabriquer soi-même une caméra thermique.
Une caméra thermique faite maison a un champ d'application très restreint.

Par conséquent, si vous avez besoin d'une caméra thermique à des fins mondiales, vous devez reporter les expériences et dépenser de l'argent pour un équipement de haute qualité. À tous ceux qui aiment simplement concevoir et qui sont assez satisfaits des possibilités des produits faits maison, nous pouvons donner des conseils - collectionnez, expérimentez, et il se pourrait bien que vous puissiez surpasser les réalisations des options faites maison que nous avons décrites et créez des caméras thermiques beaucoup plus avancées pour chasser de vos propres mains. Allez-y!

Ceux qui ne sont pas particulièrement à l'aise avec un fer à souder et un tournevis, mais qui aiment vraiment passer du temps dans la nature, ainsi que ceux qui, à des fins professionnelles, peuvent avoir besoin de visualiser les propriétés de température d'objets dans la plage de 0 à 100 °C, il est conseillé de faire attention aux équipements semi-professionnels prêts à l'emploi. Par exemple, sur les smartphones équipés d'une caméra thermique Flir One.

Ces appareils peuvent bien servir les chasseurs et les voyageurs extrêmes, car ils sont pratiques, mobiles et capables de fonctionner à des températures de 0 à 45 °C et à une humidité atmosphérique élevée. Et en même temps, le coût d'un tel appareil n'est pas très différent du coût de toutes sortes de produits faits maison.

Les imageurs thermiques sont des appareils qui peuvent être utilisés pour surveiller la répartition de la température de la surface mesurée. Cette surface s'affiche sur l'écran de l'appareil sous la forme d'un champ de couleur. Sur ce champ, une certaine couleur correspond à une certaine température. L'écran affiche la plage de température apparente. La résolution standard des dernières caméras thermiques est de 0,1 degré.

Dans les appareils peu coûteux, les informations sont stockées dans la mémoire de l’appareil et, si nécessaire, lues via un ordinateur. Le plus souvent, ces appareils sont utilisés conjointement avec un ordinateur portable et un programme spécial qui reçoit les informations d'une caméra thermique.

Les imageurs thermiques sont apparus pour la première fois dans les années 30 du siècle dernier. Les systèmes d’imagerie thermique modernes n’ont commencé à se développer que dans les années 60. Les récepteurs de rayonnement thermique comportaient un élément. L'image dans les récepteurs a été réalisée à l'aide d'un déplacement ponctuel de l'optique. De tels appareils avaient de faibles performances et permettaient d'observer les changements de température à faible vitesse.

Avec le développement du progrès technologique, des cellules capables de stocker un signal lumineux sont apparues. Il est devenu possible de concevoir de nouvelles caméras thermiques basées sur des matrices de capteurs. A partir de ces matrices, les signaux vont vers le décodeur, puis vers le processeur principal de l'appareil pour traitement.

Dans un certain ordre, les signaux sont projetés sur une matrice avec une distribution de température avec différentes couleurs désignées. Ce principe a permis d'obtenir des appareils autonomes portables capables de traiter rapidement des données permettant de surveiller les changements de température en temps réel.

Un développement prometteur pour les nouvelles caméras thermiques est l’utilisation de bolomètres non refroidis. Ce principe repose sur une précision accrue dans le calcul de la variation de résistance des plaques minces sous l'influence du rayonnement thermique sur l'ensemble du spectre. Cette technologie est populaire dans de nombreux pays pour la production de nouvelles caméras thermiques, qui ont des exigences élevées en matière de sécurité et de mobilité. Dans notre pays, la production de caméras thermiques autonomes dotées de bolomètres non refroidis a débuté en 2007.

Caractéristiques de fonctionnement et de conception

Le rayonnement infrarouge est focalisé par le système optique d'une caméra thermique sur un récepteur, qui fournit un signal sous la forme d'un changement de résistance ou de tension.
L'électronique enregistre le signal reçu du système d'imagerie thermique. En conséquence, le signal est converti en un thermogramme électronique. Il est affiché sur l'écran.

Un thermogramme est une image d'un objet qui a été traitée par un système électronique pour l'afficher sur l'écran avec différentes nuances de couleurs correspondant à la répartition des rayons infrarouges sur la zone de l'objet. De ce fait, l'opérateur voit un thermogramme correspondant au rayonnement de chaleur provenant de l'objet étudié.

La sensibilité du détecteur au rayonnement thermique dépend de sa propre température et de la qualité du refroidissement. Le détecteur est donc placé dans un dispositif de refroidissement spécial. Le type de refroidissement le plus populaire est l’azote liquide. Cependant, cette méthode est peu pratique et plutôt primitive.

Un autre type de refroidissement de l'acier. Ce sont des semi-conducteurs qui peuvent fournir une différence de température lorsqu’un courant électrique les traverse et fonctionnent sur le principe d’une pompe à chaleur. La sensibilité du capteur de la caméra thermique est créée à l'aide de semi-conducteurs sensibles constitués de mercure-cadmium-tellure, d'antimonide d'indium et d'autres matériaux.

Pièces et éléments de l'imageur thermique

Le coût d'une caméra thermique est assez élevé. Ses principaux éléments sont la lentille et la matrice (récepteur de rayonnement), qui représentent 90 % du coût de l'ensemble de l'appareil. De telles matrices sont difficiles à fabriquer. La lentille ne peut pas être en verre, car le verre ne transmet pas les rayons infrarouges. Par conséquent, des matériaux rares et coûteux (germanium) sont utilisés pour les lentilles. La recherche d'autres matériaux peu coûteux est actuellement en cours.

Les autres composants de l'appareil sont :

1 - Bouchon d'objectif
2 - Affichage
3 - Contrôle
4 — Poignée avec sangle
5 - Imageur thermique
6 - Démarrer
7 — Objectif
8* — Système électronique
9* - Mémoire pour stocker les informations
10* - Logiciel

Lentilles

Une caméra thermique doit avoir au moins un objectif capable de focaliser le rayonnement des ondes infrarouges sur le récepteur de rayonnement. Le récepteur envoie alors un signal électrique et produit une image thermique (électronique) appelée thermogramme.

Le plus souvent, les lentilles sont en germanium. Pour optimiser la transmission lumineuse des verres, des revêtements antireflets en couches minces sont utilisés. Le kit de caméra thermique comprend généralement un étui pour stocker et transporter l'appareil et d'autres équipements supplémentaires pour utiliser l'appareil sur le terrain.

Affichages

Le diagramme de rayonnement thermique est affiché sur un écran à cristaux liquides (affichage). Il doit avoir une bonne luminosité et être de taille suffisante pour visualiser facilement l'image dans diverses conditions d'éclairage sur le terrain. Il y a généralement des informations complémentaires à l’écran. Cela comprend une échelle de couleurs de température, l'heure, la date, la charge de la batterie, la température de l'objet et d'autres informations utiles.

Circuit de traitement du signal et récepteur de rayonnement sont utilisés pour modifier l’émission de lumière infrarouge en informations utiles nécessaires. Le rayonnement thermique d'un objet est focalisé sur un récepteur spécial. Il est composé de semi-conducteurs. Le rayonnement thermique crée un signal électrique au niveau du récepteur. Ensuite, le signal entre dans un circuit électronique situé à l'intérieur de l'appareil ; une fois le signal traité par l'électronique, une image thermique apparaît sur l'écran.

Contrôles

À l'aide de ces éléments, divers ajustements sont apportés au système électronique pour optimiser l'image du rayonnement thermique sur l'écran. De tels ajustements électroniques peuvent modifier la gamme de couleurs et la fusion d'images, ainsi que l'espacement des niveaux thermiques. La température de fond réfléchie et l’émissivité sont également ajustées.

Magasin de données

Les données électroniques numériques, qui contiennent des images thermiques et des données auxiliaires, peuvent être stockées sur différents types de cartes mémoire électroniques ou de dispositifs de transfert et de stockage de données.

La plupart des systèmes d'imagerie thermique infrarouge sont capables de stocker des données textuelles et vocales, ainsi qu'un instantané de l'image, obtenu à l'aide d'une caméra interne intégrée fonctionnant dans le spectre visible humain.

Création de rapports et logiciels

Le logiciel utilisé avec de nombreux systèmes d'imagerie thermique modernes est convivial et fonctionnel pour l'opérateur. Les images thermiques numériques et visibles sont copiées sur un ordinateur ou un ordinateur portable. Là, ces informations peuvent être analysées à l’aide de différentes palettes de couleurs et d’autres ajustements des données radiométriques peuvent être effectués.

Il est également possible d'utiliser les options d'analyse intégrées. Les images traitées peuvent être incluses dans des exemples de rapports ou imprimées sur une imprimante. Les images peuvent également être envoyées au client via Internet ou enregistrées électroniquement sur un ordinateur.

Classification

Les imageurs thermiques sont divisés en plusieurs types en fonction de diverses caractéristiques.

Observationnel convertir les rayons infrarouges en lumière visible à l'œil selon une échelle de couleurs spéciale.

Mesure Les imageurs thermiques sont capables de déterminer la température de l'objet examiné en attribuant la valeur du signal de pixel numérique à une certaine température correspondante. Le résultat est une image de la distribution de température.

Stationnaire Les imageurs thermiques sont utilisés dans les entreprises industrielles où le respect des processus technologiques est surveillé dans la plage de -40 +2000 degrés. De tels appareils sont équipés d'un refroidissement à l'azote pour créer des conditions normales de fonctionnement de l'équipement de réception. Ces systèmes sont constitués d'imageurs thermiques de 3ème génération réalisés sur des matrices de photodétecteurs semi-conducteurs.

Portable Les dispositifs d'imagerie thermique sont développés sur la base de microbolomètres en silicium non refroidis. En conséquence, il est devenu possible d’abandonner l’utilisation d’équipements de refroidissement encombrants et coûteux. De tels appareils présentent tous les avantages des modèles fixes. De plus, ils peuvent être utilisés dans des endroits difficiles d’accès. De nombreuses caméras thermiques portables peuvent être connectées à un ordinateur pour traiter les informations.

Les appareils de vision nocturne sont souvent confondus avec les caméras thermiques. Il existe cependant une grande différence entre eux. Le dispositif de vision nocturne peut fonctionner dans des conditions de faible luminosité car il amplifie la lumière. Souvent, la lumière qui pénètre dans la lentille aveugle une personne. La caméra thermique ne nécessite pas de lumière, puisque son principe de fonctionnement est basé sur les rayons infrarouges thermiques.

Champ d'application des caméras thermiques

Les caméras thermiques sont utilisées dans divers domaines de notre vie. Par exemple, ces appareils sont utilisés dans la sécurité des installations et dans le renseignement militaire. La nuit, grâce à cet appareil, une personne peut être vue dans l'obscurité totale à une distance allant jusqu'à 300 mètres, et des équipements militaires peuvent être vus jusqu'à 3 km.

Il existe actuellement des caméras vidéo à micro-ondes avec sortie d'image vers un ordinateur. La sensibilité d'une telle caméra est de plusieurs centièmes de degré. Ainsi, si vous saisissez la poignée de porte la nuit, l’empreinte thermique sera alors visible pendant environ 30 minutes.

Les imageurs thermiques sont très prometteurs pour identifier les défauts dans diverses installations. Cela se produit lorsque la température d'un certain endroit d'un mécanisme ou d'un appareil augmente ou diminue. Parfois, certains défauts ne peuvent être détectés que par une caméra thermique. Sur les structures porteuses lourdes (ponts), lors du vieillissement par fatigue du métal et des déformations qui en résultent, plus de chaleur est générée à certains endroits qu'elle ne devrait l'être. Il est donc possible de diagnostiquer les défauts sans démonter l’objet.

En conséquence, on peut dire que les caméras thermiques sont utilisées comme contrôleur opérationnel de la sécurité des installations.

Les imageurs thermiques sont largement utilisés en médecine pour diagnostiquer la pathologie de diverses maladies. Chez un patient en bonne santé, la température corporelle est répartie symétriquement à partir de la ligne médiane de tout le corps. Si cette symétrie est rompue, il s'agit alors d'un critère de diagnostic de maladies avec une caméra thermique.

La thermographie est une méthode de diagnostic moderne en médecine. Cette méthode est basée sur la détection du rayonnement infrarouge du corps humain en fonction de sa température. L'intensité et la répartition du rayonnement thermique sont normalement déterminées par les processus physiologiques particuliers qui se produisent dans les organes profonds et superficiels du corps.

Diverses conditions pathologiques sont caractérisées par une asymétrie dans la répartition de la température corporelle. Cela se reflète dans l'image thermographique. Ce fait a une signification pronostique et diagnostique importante. Ceci est démontré par de nombreuses études cliniques.

Il existe deux principaux types de thermographie :

Téléthermographie.
Contacter la thermographie cholestérique.

La téléthermographie fonctionne en modifiant les rayons infrarouges du corps humain en un signal de courant électrique, qui est affiché sur l'écran d'une caméra thermique.

La thermographie cholestérique de contact fonctionne sur le principe des propriétés optiques des cristaux liquides, qui se manifestent par un changement de couleur en couleurs arc-en-ciel lorsqu'ils sont appliqués sur des surfaces émettrices. Les endroits les plus froids sont en bleu et les endroits les plus chauds sont en rouge.

Applications industrielles

Surveillance des processus d'échange thermique dans les systèmes d'échappement, les moteurs et les radiateurs des véhicules.
Vérification et conception du système de freinage de la voiture.
Contrôle du soudage par ultrasons.
Développement d'un système de climatisation automobile.
Contrôle qualité des circuits imprimés en électronique.
Contrôle du mode de soudage.
Détection du désalignement des arbres, roulements, engrenages.
Analyse des contraintes métalliques.
Contrôle de l'isolation et de l'étanchéité des conteneurs pour liquides.
Détermination des propriétés d'isolation thermique.
Détection des déperditions de chaleur dans les locaux.
Diagnostic des structures de clôtures.
Prévention d'incendies.
Détection des fuites de gaz d'un gazoduc.
Contrôle des processus technologiques.
Vérification des équipements électriques.
Vérification de la performance des routes thermiques.
Identifier les endroits où l'air froid s'échappe.
Contrôle de l'isolation thermique des canalisations.
Vérification de l'équipement rempli d'huile.
Vérification du stator du générateur.
Contrôle du gaz et des cheminées.

Tout objet émet des ondes électromagnétiques dans une très large gamme de fréquences, y compris des ondes du spectre infrarouge, appelées « rayonnement thermique ». Dans ce cas, l'intensité du rayonnement thermique dépend directement de la température de l'objet et ne dépend que dans une très faible mesure des conditions d'éclairage dans le domaine visible. Ainsi, à l'aide d'un appareil d'imagerie thermique, des informations supplémentaires inaccessibles à l'œil humain et aux instruments peuvent être collectées et visualisées sur tout objet observé. Une imageur thermique est un appareil qui vous permet de visualiser le modèle de rayonnement thermique de l'objet observé. objet observé. Cela ouvre un certain nombre d'opportunités uniques pour différents domaines d'activité : mesures précises, contrôle des processus technologiques et, bien sûr, garantie de la sécurité.

Le principe de fonctionnement des caméras thermiques modernes repose sur la capacité de certains matériaux à détecter le rayonnement dans la gamme infrarouge. Grâce à un dispositif optique comprenant des lentilles fabriquées à partir de matériaux rares et transparents au rayonnement infrarouge (comme le germanium), le rayonnement thermique des objets est projeté sur un réseau de capteurs sensibles au rayonnement infrarouge. Ensuite, des microcircuits complexes lisent les informations de ces capteurs et génèrent un signal vidéo, où différentes couleurs de l'image correspondent à différentes températures de l'objet observé. Une échelle de correspondance entre la couleur d'un point de l'image et la température absolue de l'objet observé peut être affichée en haut du cadre. Il est également possible d'indiquer les températures des points les plus chauds et les plus froids de l'image. Selon le modèle, les caméras thermiques diffèrent par la taille du pas de la température mesurée. Les technologies modernes permettent de distinguer la température des objets avec une précision de 0,05 à 0,1 K.

De nombreux appareils d'imagerie thermique sont également équipés de dispositifs de mémoire pour enregistrer l'image vidéo résultante du diagramme de rayonnement thermique et de microprocesseurs hautes performances qui permettent une analyse minimale en temps réel de l'image du rayonnement infrarouge obtenue à la suite du balayage. Assez souvent, on utilise une configuration d'utilisation conjointe d'une caméra thermique et d'une caméra vidéo, qui permet, en général, d'obtenir une image d'un objet dans la gamme « étendue » des spectres combinés infrarouge et visible, et dans des conditions défavorables. (par exemple, le manque d'éclairage de l'objet) pour observer l'objet dans au moins une des plages. La plage IR ou visible peut être superposée ou diffusée séparément. Un logiciel spécial vous permet de configurer le fonctionnement du complexe d'imagerie thermique, en coordonnant le plus efficacement possible le fonctionnement de tous ses appareils inclus.

La précision de l'image et d'autres caractéristiques d'une caméra thermique sont généralement déterminées par l'étendue de son utilisation. Dans les laboratoires scientifiques, on utilise des conceptions plus complexes qui, en raison d'une spécialisation étroite, présentent le plus petit pas dans la température mesurée. Pour garantir la sécurité sur divers sites, on utilise des modèles qui enregistrent le rayonnement thermique avec une précision légèrement inférieure, mais fonctionnent sur une plage de fréquences plus large et avec une précision plus que suffisante pour remplir efficacement leurs fonctions. Quoi qu’il en soit, le principe de fonctionnement d’une caméra thermique – mesure et visualisation du rayonnement thermique – est demandé dans tous les domaines de la vie de la société moderne.

Caractéristiques techniques de la caméra thermique

Les principales caractéristiques techniques d'une caméra thermique auxquelles les experts prêtent attention sont des paramètres tels que le type de matrice, la distance focale, la sensibilité de la matrice, les angles de vision et la plage de température de fonctionnement. Bien entendu, ce ne sont là que les paramètres principaux ; il y en a d’autres.

Puisque pour chaque modèle, en fonction de sa destination, les caractéristiques sont individuelles, vous pouvez en savoir plus dans notre catalogue.

Types d'appareils

La caméra thermique est un appareil si populaire et multifonctionnel qu'elle propose deux options de conception technologique :

Stationnaire. Les appareils de cette catégorie sont destinés à être utilisés dans les entreprises industrielles pour surveiller les processus technologiques. Un système de refroidissement à l'azote est un appareil assez courant équipé d'une telle caméra thermique. Ses caractéristiques de température de fonctionnement sont très impressionnantes : de −40 à +2000 °C. Ces systèmes reposent généralement sur des dispositifs assemblés sur des matrices de photodétecteurs semi-conducteurs.

Portable (portable). Des développements innovants ont permis de s'éloigner de l'utilisation d'équipements de refroidissement encombrants pour passer à la production d'imageurs thermiques basés sur des microbolomètres en silicium non refroidis. De tels appareils présentent tous les avantages de leurs prédécesseurs, parmi lesquels, par exemple, un petit incrément de température lors de la mesure (0,1 °C). Il est également possible d'utiliser une caméra thermique de cette classe pour des travaux d'évaluation complexes qui nécessitent à la fois la facilité d'utilisation et la portabilité de l'appareil. De nombreuses caméras thermiques portables ont la possibilité de se connecter à un PC pour un traitement rapide de leurs données.

Principe de fonctionnement d'une caméra thermique

L'algorithme de fonctionnement de la caméra thermique comprend trois étapes :

Fixation du rayonnement IR.
Le convertir en valeurs de température.
Formation d'un thermogramme - une image thermique d'un objet qui affiche la répartition de la température sur les surfaces des objets.

De plus, ces actions se produisent instantanément.

Malgré le principe de fonctionnement assez complexe d'une caméra thermique, la conception de l'appareil portable n'est pas trop encombrante.

Option n°1. Imageur thermique à faire soi-même à partir d'une caméra

Champ d'application d'une caméra thermique maison

Option n°2. Imageur thermique à faire soi-même à l'aide d'un thermomètre infrarouge et d'une carte Arduino

La carte Arduino est un outil logiciel et matériel conçu pour les utilisateurs non professionnels pour construire des systèmes simples dans le domaine de l'automatisation et de la robotique.

Où peut-on utiliser une telle caméra thermique ?

Option n ° 3. Imageur thermique maison amélioré pour la prise de vue d'objets statiques

Assemblée

Nous plaçons la carte Arduino dans un boîtier avec un compartiment à piles.
Nous fixons le servomoteur à l'aide de superglue ou d'époxy dans l'espace vide avant de la planche.
Nous plaçons le deuxième servomoteur dans le dispositif rotatif et sécurisons l'ensemble de la structure.
Nous connectons le thermomètre infrarouge à l'Arduino en connectant Ground à GND, SDA à PIN4, VIN à 3,3V et SCL à PIN5. Nous installerons également une résistance de 4,7 kOhm, connectant SDA à 3,3 V et SCL à 3,3 V.
Nous connectons une Laser Card ou un pointeur laser. Il s'agit de garder une trace de l'emplacement à partir duquel l'analyse est actuellement effectuée.
Nous installons la webcam de manière à ce que sa direction corresponde exactement à la direction du capteur IR et du laser.

C'est tout. Vous avez fabriqué une caméra thermique de vos propres mains !

À quoi ça sert?

conclusions

Des options que nous avons décrites pour l'assemblage de caméras thermiques maison, deux conclusions s'imposent :

Il est tout à fait possible de fabriquer soi-même une caméra thermique.
Une caméra thermique faite maison a un champ d'application très restreint.

Avec l'augmentation constante du coût du chauffage d'une maison, l'idée surgit de réduire les pertes de chaleur dans celle-ci. Dans ce cas, une caméra thermique peut devenir un outil indispensable. Mais comment l’utiliser et surtout interpréter correctement les résultats ? Cela a été expliqué en détail par le représentant de la branche française de Trotec, qui produit des caméras infrarouges à imagerie thermique, Didir Vaygerbert.

Dans quel type de pièce peut-on utiliser une caméra thermique ?

Les caméras infrarouges thermiques peuvent être utilisées dans les maisons mal isolées pour diagnostiquer les fuites de chaleur. Cela permettra de réaliser des travaux d’isolation de qualité pour économiser de l’énergie. Ce type de caméra peut également être utilisé pour vérifier la bonne installation des cadres de fenêtres en cas de suspicion de défauts d'installation. En règle générale, cet appareil affiche tous les changements de température à la surface des murs d'une maison ou d'un appartement. De plus, une caméra thermique peut être utilisée pour vérifier la propriété vendue avant d’effectuer une transaction.

Une bonne thermographie est réalisée aussi bien en intérieur qu'en extérieur avec un pourcentage approximatif de 30% de photos extérieures pour 70% de photos intérieures. Les plus importantes sont les images internes, qui sont les plus proches des éléments de thermographie.

Comment se déroule le diagnostic ?

La caméra affiche tous les changements de température à la surface du matériau. Vous pouvez par exemple surveiller l’isolation des portes et des encadrements de portes ou encore le renforcement et l’étanchéité des encadrements de fenêtres. Par scan, vous pouvez vérifier l'isolation de l'étage supérieur sous toiture (une partie de la pièce est scannée en biais). Il est préférable que la caméra soit située à l'intérieur. Il peut être installé de manière permanente. Dans ce cas, il joue un rôle protecteur. Vous pouvez déplacer la caméra d'un endroit à l'autre, mais à condition que le toit et les fenêtres soient bien isolés.
Cependant, la thermographie du verre ne peut pas être réalisée car le rayonnement infrarouge de la caméra utilisée dans le bâtiment ne traverse pas la vitre (les rayons infrarouges sont réfléchis par la vitre comme par un miroir).

Comment positionner la caméra pour observer un objet ?

Pour un meilleur balayage thermique, la caméra doit si possible être positionnée perpendiculairement à l'objet. La thermographie du toit depuis le sol est un non-sens. Pour une lecture plus précise et détaillée des informations, la caméra doit être positionnée le plus près possible de l'objet.

Ponts thermiques. Montrent-ils des zones trop humides ou d’autres problèmes de pièce ?

Une caméra thermique peut en fait révéler les zones humides d’un bâtiment. Le matériau humide est plus conducteur et aura une température différente de celle d’un matériau sec similaire.
À titre préventif, une caméra infrarouge peut être utilisée pour vérifier les tableaux électriques afin de garantir le bon fonctionnement des installations électriques. La caméra indiquera s'il existe des zones de surchauffe anormale et de températures élevées hors normes. L'analyse des réseaux électriques domestiques permettra d'éviter les incendies et les pannes de courant.
Les caméras thermiques sont également largement utilisées pour détecter les fuites dans les réseaux électriques et de communication situés sous les sols. Dans ce cas, le diagnostic ne nécessite pas de démontage du sol.

Comment décrypter les résultats et comment prendre en compte les mises à jour ?

A l’intérieur du bâtiment, les différences de température entre les murs et la toiture sont particulièrement prises en compte. Certaines zones de la pièce, comme les coins, sont toujours plus froides que le centre. À l'aide d'une caméra thermique, il est déterminé si cette différence est acceptable (dans les 2-3 degrés) ou trop importante. Par exemple, si la température de l'air extérieur est de 0 degré, la température intérieure des murs est de 20 degrés et dans les coins est de 8 ou 12 degrés, alors la caméra montre le manque d'isolation thermique. Tous les écarts de température admissibles sont spécifiés dans le manuel de l'appareil photo.

À quel moment de la journée est-il préférable d’utiliser une caméra infrarouge ?

Le meilleur moment pour réaliser une thermographie est tôt le matin, avant le lever du soleil. Les travaux peuvent également être effectués le soir, selon les conditions. Mais il faut éviter les journées trop ensoleillées, lorsque la surface du toit et des murs devient très chaude.

Dans quelles conditions les relevés de thermographie résidentielle peuvent-ils être faussés ?

Évitez d'effectuer une thermographie extérieure en cas de brouillard dense ou de pluie. Dans ce cas, une partie du rayonnement infrarouge sera absorbée par les particules d'eau et les lectures pourraient être faussées. De plus, il n'est pas recommandé de faire de la thermographie par une journée ensoleillée, car tout le bâtiment, en particulier le côté ensoleillé, deviendra très chaud et les valeurs seront également fortement déformées.

Quoi de mieux, acheter ou louer une caméra infrarouge pour l'autodiagnostic ?

Les prix des caméras infrarouges commencent à 60 000 roubles. La location d'une caméra thermique bon marché pendant trois jours coûtera environ 5 500 roubles. Le coût d'un diagnostic complet réalisé par des professionnels est d'environ 20 000 roubles.