Refroidi ou non refroidi?

Les caméras d’imagerie thermique avec détecteur refroidi offrent certains avantages par rapport aux caméras d’imagerie thermique avec détecteur non refroidi. Cependant, ils sont plus chers. Une caméra d’imagerie thermique refroidie moderne est dotée d’un capteur d’imagerie intégré à un cryorefroidisseur, qui abaisse la température du capteur à des températures cryogéniques. Cette réduction de la température du capteur est nécessaire pour réduire le bruit thermiquement induit à un niveau inférieur à celui du signal de la scène en cours d’imagerie.

Les cryorefroidisseurs ont des pièces mobiles fabriquées selon des tolérances mécaniques extrêmement étroites qui s’usent au fil du temps, ainsi que de l’hélium gazeux qui se déplace lentement au-delà des joints d’étanchéité à gaz. Une reconstruction du cryorefroidisseur est éventuellement nécessaire après 10 000 à 13 000 heures de fonctionnement.

Les avantages des caméras non refroidies incitent à poser la question suivante : Quand est-il préférable d’utiliser des caméras d’imagerie thermique refroidies pour les applications de R et D?

La réponse est : cela dépend de l’application.

Si vous souhaitez voir les différences de température minute, si vous avez besoin de la meilleure qualité d’image, si vous avez des applications rapides/à haute vitesse, si vous avez besoin de voir le profil thermique ou de mesurer la température d’une très petite cible, si vous souhaitez visualiser des phénomènes thermiques dans une partie très spécifique du spectre électromagnétique, ou si vous souhaitez synchroniser votre caméra d’imagerie thermique avec d’autres appareils de mesure... une caméra d’imagerie thermique refroidie est l’instrument de choix.

Exemples de comparaison

Haute vitesse

Ces images IR comparent les résultats de capture d’un pneu tournant à 20 mi/h. L’une des gauches a été prise avec une caméra d’imagerie thermique refroidie. On pourrait penser que le pneu ne tourne pas, mais c’est le résultat d’un taux de capture très rapide de la caméra refroidie qui a arrêté le mouvement du pneu. Le taux de capture de la caméra non refroidie est tout simplement trop lent pour capturer le pneu en rotation, ce qui donne l’impression que les rayons des roues sont transparents.

Résolution spatiale

Les images thermiques ci-dessus comparent le meilleur grossissement de gros plan possible avec un système de caméra refroidi et non refroidi. L’image de gauche a été prise avec un gros plan de 4× et une combinaison de caméra refroidie par pas de 13μm, ce qui a donné une taille de spot de 3,5μm. L’image de droite a été prise avec un gros plan de 1× et un capteur non refroidi à pas de 25 μm, ce qui a donné une taille de point de 25 μm. Les caméras refroidies ont généralement des capacités de grossissement plus grandes que les caméras non refroidies en raison de la détection de longueurs d’onde infrarouges plus courtes. Étant donné que les appareils photo refroidis ont des caractéristiques de sensibilité plus importantes, les objectifs avec plus d’éléments optiques ou des éléments plus épais peuvent être utilisés sans dégrader le rapport signal/bruit, ce qui permet un meilleur grossissement.

Sensibilité

Il est souvent difficile d’apprécier pleinement la valeur offerte par l’amélioration de la sensibilité des caméras thermiques refroidies. Comment vous sentez-vous quant aux avantages d’une caméra thermique non refroidie à sensibilité de 50mK par rapport à une caméra thermique refroidie à sensibilité de 20mK? Pour illustrer cet avantage, nous avons effectué une expérience de sensibilité rapide. Pour cette comparaison, nous avons posé notre main sur un mur pendant quelques secondes pour créer une empreinte thermique. Les deux premières images montrent l’empreinte de la main immédiatement après le retrait de la main. Et le deuxième ensemble d’images montre la signature de l’empreinte thermique après deux minutes. Comme vous pouvez le voir, la caméra refroidie peut toujours voir la majeure partie de la signtature thermique de l’empreinte de main, tandis que les caméras non refroidies ne montrent que les restes partiels de l’empreinte de main. La caméra refroidie peut clairement détecter des différences de température plus petites et pour des durées plus longues que la caméra non refroidie. Cela signifie que la caméra refroidie fournira de meilleurs détails sur votre cible et vous aidera à détecter même les anomalies thermiques les plus faibles ».

Filtrage spectral

L'un des grands avantages des caméras thermiques refroidies est la capacité d'effectuer facilement un filtrage spectral afin de découvrir des détails et de prendre des mesures qui autrement ne seraient pas réalisables avec les caméras thermiques non refroidies. Dans le premier exemple présenté ici, nous utilisons un filtre spectral, soit placé dans un porte-filtre derrière la lentille, soit intégré à l'ensemble détecteur Dewar, afin d'imager à travers la flamme. L’utilisateur final voulait mesurer et caractériser la combustion des particules de charbon dans une flamme. À l'aide d'un filtre spectral à infrarouge « transparent », nous avons filtré la caméra refroidie vers une bande d'ondes spectrales où la flamme était transmissive et a donc pu imager la combustion des particules de charbon. La première vidéo est sans filtre de flamme et tout ce que nous voyons est la flamme elle-même. Le deuxième est avec le filtre de flamme et nous pouvons clairement voir la combustion des particules de charbon.

Le deuxième exemple utilise un filtre à oxyde nitreux qui filtre vers l’endroit où l’oxyde nitreux est absorbant pour l’IR et, par conséquent, nous pouvons le « voir » avec la caméra thermique refroidie. L’application consistait à concevoir un meilleur masque en oxyde nitreux et un meilleur système de récupération; la première vidéo consiste donc à imager l’ancienne conception du masque et la deuxième vidéo consiste à imager la nouvelle conception du masque. Comme vous pouvez le constater, l’ancienne conception du masque coule beaucoup de gaz nitreux dans la pièce, ce qui est préoccupant pour de nombreuses raisons. Le nouveau masque présente un minimum de fuites et semble être une meilleure solution.

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