Accès sécurisé pour l'inspection thermique à l'aide de fenêtres IR

Les systèmes d'inspection thermique dans les environnements dangereux peuvent représenter un défi, mais les équipements spécialisés tels que les fenêtres infrarouges (IR) réduisent considérablement les risques. Examinons le fonctionnement des fenêtres IR dans le contexte de l'imagerie thermique, ainsi que leur sélection et leur application.

Commençons par quelques définitions. Le spectre IR se situe entre les régions hyperfréquences et visibles du spectre électromagnétique. Le rayonnement IR est une forme d'énergie thermique visuellement indétectable, communément appelée chaleur. La thermographie IR, également connue sous le nom d'imagerie thermique, est une méthode sans contact permettant de détecter et de mesurer les différences de température en analysant les niveaux de rayonnement IR et en affichant les résultats sous forme de graphiques.

La représentation graphique, souvent appelée thermogramme, utilise des couleurs pour indiquer la température, chaque couleur représentant une plage de températures spécifique. Par exemple, le thermogramme d'un moteur électrique en fonctionnement (Figure 1) indique la température de chaque zone du moteur. L'échelle sur le côté du thermogramme montre la correspondance entre la couleur et la température.

Figure 1 : Thermogramme d'un moteur électrique en fonctionnement. Les couleurs indiquent la température de chaque partie du moteur. (Source de l'image : Fluke Electronics)

Une caméra thermique IR, également appelée imageur thermique, permet de générer les thermogrammes. Contrairement à une caméra classique, la caméra thermique réagit au rayonnement infrarouge de grandes longueurs d'ondes pour développer la signature thermique d'un dispositif mesuré. L'image IR qui en résulte est souvent très différente de l'image du spectre visible. De nombreuses caméras IR incluent également une caméra de lumière visible pour acquérir simultanément, pixel par pixel, une image du spectre visible standard en même temps que l'image infrarouge. La combinaison de ces deux types d'images ajoute des détails structurels et fournit un contexte physique pour les données de température, ce qui facilite leur interprétation.

Applications pour l'imagerie thermique

Les applications pour l'imagerie thermique sont nombreuses. Par exemple, elle peut être utilisée pour détecter une surchauffe dans les tableaux de distribution électriques, indiquant les connexions à haute résistance ou les conducteurs surchargés. Dans les systèmes mécaniques, l'imagerie thermique permet de détecter les défauts d'enroulement et de roulement des moteurs. En architecture, elle permet de localiser les déperditions de chaleur dans les structures. Elle est également utilisée dans les applications de sécurité pour détecter les intrusions, qu'il s'agisse d'animaux ou d'humains.

L'imagerie thermique présente l'avantage, par rapport à d'autres technologies de surveillance, de ne nécessiter aucun contact physique avec les dispositifs mesurés. Cela est particulièrement important dans les applications spécifiques où le dispositif mesuré fonctionne à des températures élevées, transporte des hautes tensions ou doit être mesuré pendant son fonctionnement.

Fenêtres IR et multispectrales

Certaines applications d'imagerie thermique peuvent présenter des risques pour les techniciens lors des mesures. Par exemple, une panne électrique dans un tableau de distribution peut causer un éclair d'arc électrique générant des températures et des niveaux de lumière extrêmement élevés. Elle engendre également une explosion d'arc électrique, une onde de choc supersonique qui produit un bruit assourdissant et des éclats surchauffés pouvant provoquer des blessures graves. Des arcs électriques peuvent se produire même à des tensions de seulement 120 V, mais leur probabilité augmente avec l'augmentation de la tension.

Bien qu'il soit possible d'utiliser des équipements de protection individuelle (EPI) pour se protéger contre les arcs électriques, une alternative plus sûre et moins coûteuse consiste à utiliser des fenêtres d'inspection pour isoler et protéger les opérateurs.

Une fenêtre IR ou multispectrale offre une imagerie thermique plus efficace car elle permet de visualiser l'intérieur des tableaux électriques et des boîtiers sans les ouvrir, évitant ainsi l'exposition à l'éclair d'arc électrique et à l'explosion et améliorant la sécurité des travailleurs (Figure 2).

Figure 2 : Exemple d'une fenêtre IR montée sur un panneau de commande, permettant l'accès pour une caméra thermique. (Source de l'image : Fluke Electronics)

Fluke Electronics propose des fenêtres IR compatibles avec leurs caméras IR et leurs systèmes d'imagerie thermique.

Les fenêtres ClirVu CLKT et ClirVu CV offrent une protection stratégique aux techniciens et aux ingénieurs, en leur permettant d'accéder aux zones d'inspection sans avoir à ouvrir les panneaux ou les boîtiers. Les fenêtres IR sont des dispositifs permanents composés d'optique cristalline résistant aux arcs électriques et montés dans des cadres moulés sous pression en alliage à haute résistance avec des joints à haute pression pour une protection supérieure contre les explosions d'arcs électriques. Les fenêtres optiques sont en fluorure de calcium (CaF₂) avec revêtement ClirVu à large bande de Fluke pour une meilleure transmission IR et une protection contre la détérioration due à l'humidité. Les caches protègent l'optique contre la poussière et les dommages accidentels. Ces dispositifs présentent une plage de températures de fonctionnement continu de -40°C à +232°C (-40°F à +450°F).

Les deux séries présentent des fenêtres d'un diamètre de 50 mm, 75 mm et 100 mm et un choix de trois types de verrous de porte (Figure 3).

Figure 3 : Ces exemples de fenêtres CLKT et CV montrent les options de verrous de porte disponibles. (Source de l'image : Fluke Electronics)

Le CV301 de Fluke (Figure 3, au centre) est une fenêtre IR de 75 mm utilisant un mécanisme de verrouillage à clé de sécurité. La version de 100 mm est le CV400 de Fluke (Figure 3, à droite). Cette fenêtre utilise un mécanisme de verrou manuel n'exigeant pas de clé de sécurité. Le FLK-050-CLKT de Fluke (Figure 3, à gauche) présente une fenêtre de 50 mm avec un loquet à verrou rotatif. La série CLKT est dotée d'une fenêtre multispectrale qui utilise la technologie optique QUADRABAND de Fluke. La lentille optique gère non seulement les infrarouges à ondes courtes, moyennes et longues, mais également les ultraviolets et la lumière visible. Elle permet la fusion de l'affichage dans les imageurs IR compatibles, en combinant les vues IR et de lumière visible pour une représentation plus intuitive.

La série CV est soumise à 30 cycles de test et est conçue pour résister à des arcs électriques jusqu'à 63 kA. La série CLKT est répertoriée pour résister à 30 cycles d'un arc électrique de 50 kA.

Ces fenêtres sont conformes à de nombreuses normes de sécurité, de test d'arc électrique et de compatibilité environnementale.

Sélection d'une fenêtre IR

Le choix d'une fenêtre IR commence par la détermination des inspections requises et de la possibilité de les réaliser avec la combinaison de fenêtre IR et de caméra IR que vous envisagez d'utiliser. Le champ de vision de la caméra et son alignement avec la fenêtre jouent un rôle, mais la taille de la fenêtre et la distance de la fenêtre à la cible déterminent le champ de vision à travers la fenêtre (Figure 4).

Figure 4 : Le champ de vision à travers les fenêtres dépend de la taille de la fenêtre et de la distance de la fenêtre à la cible. (Source de l'image : Fluke Electronics)

Le tableau de la Figure 4 montre le champ de vision pour trois fenêtres de tailles différentes (50 mm, 75 mm et 100 mm) et la distance de la fenêtre à la cible. Les champs de vision pour trois tailles de fenêtre à une distance de 30,48 cm de la cible sont mis en évidence. Le champ de vision augmente avec la taille de la fenêtre et la distance à la cible.

Conclusion

Les fenêtres IR et multispectrales sont la clé d'une thermographie de diagnostic sûre. Elles permettent de protéger le personnel effectuant les tests contre les hautes températures, les machines en mouvement et les arcs électriques potentiellement dangereux, tout en permettant l'accès aux dispositifs d'imagerie thermique.