Caméra infrarouge refroidie ou non refroidie ?

Pascal Chevalier
04/12/18 10:36

Depuis de nombreuses années, l'imagerie thermique infrarouge automatisée offre le potentiel pour améliorer une multitude d’applications industrielles. Les spécialistes de la fabrication et des processus de production utilisent des caméras infrarouges avec succès pour pratiquement toutes les applications d'automatisation. Cependant toutes les caméras infrarouges ne se valent pas et pour certaines applications d’automatisation à haute vitesse, des caméras infrarouges évoluées sont nécessaires.

Thermographie dans un environnement automatisé
Les caméras infrarouges exploitent le rayonnement thermique, qui n'est pas détectable à l'œil humain, mais peut être converti en une image qui représente les variations thermiques sur un objet ou une scène. Couvrant une partie du spectre électromagnétique, l'énergie thermique est émise par tous les objets à des températures supérieures au zéro absolu, et la quantité de rayonnement augmente avec la température. Une caméra thermique ou caméra infrarouge (IR) peut capturer les images thermiques d'objets cibles et fournir des mesures de température précises sans contact. Ces mesures quantitatives peuvent être utilisées dans diverses applications de surveillance et de contrôle qualité.

spectre électromagnétique de l'infrarouge
Spectre électromagnétique de l'infrarouge

Dans un environnement industriel automatisé, une caméra infrarouge est considérée comme un capteur intelligent. Elle permet la comparaison des températures mesurées avec les données de température fournies par l'utilisateur. Elle dispose également d’une interface d’E/S de sorte qu'un différentiel de température peut être utilisé pour des fonctions d’alarme et de contrôle.


Caméras infrarouges refroidies et non refroidies
Il existe aujourd'hui deux catégories de caméras thermiques infrarouges disponibles sur le marché : les caméras infrarouges refroidies et les caméras infrarouges non refroidies. Le coût des composants associé à chacune des catégories peut varier considérablement. Il convient alors de peser le pour et le contre avant de faire son choix.


Caméras infrarouges refroidies
Une caméra infrarouge refroidie moderne intègre un détecteur d'image couplé à un refroidisseur cryogénique. C’est un dispositif qui abaisse la température du capteur aux températures cryogéniques et permet de réduire le bruit induit thermiquement à un niveau inférieur à celui du signal émis par la scène.
Les caméras thermiques refroidies sont les plus sensibles et peuvent détecter les plus petites différences de température. Elles peuvent fournir des images dans la bande infrarouge à longueur d'onde moyenne (MWIR) et à grande longueur d'onde (LWIR), là où le contraste thermique est élevé du fait des caractéristiques physiques des corps noirs. Plus le contraste thermique est élevé, plus il est facile de détecter des objets sur un fond qui n’est pas nécessairement beaucoup plus froid ou plus chaud que l'objet.

Caméra infrarouge FLIR-a66xxExemple de caméra thermique infrarouge avec détecteur InSb refroidi : FLIR A66xx

Caméras infrarouges non refroidies
Une caméra infrarouge non refroidie est une caméra dans laquelle le capteur d’image ne nécessite pas de refroidissement cryogénique. La conception d’un détecteur classique repose sur la technologie du microbolomètre, un type spécifique de bolomètre sensible au rayonnement infrarouge. Les changements de température dans une scène entraînent des modifications de la température du bolomètre qui sont converties en signaux électriques puis en image. Les capteurs non refroidis sont conçus pour fonctionner dans le spectre infrarouge à grande longueur d’onde (LWIR), où les températures terrestres émettent la plus grande partie de leur énergie infrarouge.
La fabrication des microbolomètres étant plus simple et offrant un rendement supérieur à celle des capteurs refroidis, les caméras infrarouges non refroidies sont généralement beaucoup moins chères que les caméras infrarouges refroidies. Elles disposent également d’une durée de vie beaucoup plus longue.

Caméra infrarouge FLIR-Ax5
Exemple de caméra infrarouge avec microbolomètre : FLIR A35/A65

Les caméras infrarouges refroidies pour les applications d’automatisation
Les avantages des caméras infrarouges refroidies nous amènent à nous poser la question suivante : quand est-il préférable d’utiliser une caméra refroidie dans les applications d’automatisation ?
La réponse dépend des besoins de l’application.

image de caméra IR refroidie VS caméra IR non refroidie

Images de caméra IR refroidie (à gauche) et non-refroidie (à droite) montrant la rotation d’une roue.

Voici une liste de besoins pour lesquels une caméra refroidie est un instrument de choix :

- Mesurer des différences de température minimes
- Obtenir la meilleure qualité d'image
- Observer des événements thermiques à très haute vitesse
- Acquérir des images d’objets en mouvement
- Voir le profil thermique ou mesurer la température d'une très petite cible
- Visualiser des objets thermiques dans une partie très spécifique du spectre électromagnétique
- Synchroniser la caméra thermique avec d’autres appareils de mesure

Critères de choix pour utiliser une caméra infrarouge refroidie
Si la fréquence image d’une caméra thermique refroidie est un critère majeur pour réussir l’automatisation d’un contrôle à haute vitesse, d’autres critères rentrent en ligne de compte dans le choix de ce type de caméra.

Au travers de la note d’application proposée en téléchargement, nous vous invitons à découvrir d’autres critères clés - la résolution spatiale, la sensibilité, le filtrage spectral, la synchronisation - qui font des caméras thermiques refroidies des solutions d’imagerie infrarouge incontournables pour les applications d’automatisation exigeantes.

"Imagerie thermique haute vitesse pour applications d’automatisation"

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