ESPI
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Méthodes de mesures de champs Restitution d’un hologramme Introduction • Pour l’observateur tout se passe comme si l’objet est présent Méthodes non interférométriques • On a plus besoin de l’objet pour le voir, c’est une image virtuelle Méthodes interférométriques • Possibilité d’observer des images réelles pseudoscopique (relief inversé) ou orthoscopique par hologramme de l’image réelle pseudoscopique Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 1 Méthodes de mesures de champs Introduction Interférométrie holographique • Le principe général consiste à superposer des ondes lumineuses dont une au moins est produite par un hologramme Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie • Grâce à l’holographie on est capable de faire interférer des ondes lumineuses provenant d’un même objet se déformant au cours du temps • L’état de surface de l’objet ne doit pas se modifier (ou très peu) Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 2 • Les interférences observées sont caractéristiques des déplacements micrométriques subis par l’objet • La mesure des interférences permet de quantifier les déplacements avec une sensibilité égale à une fraction de micromètre Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Double exposition • Technique semblable à celle qui permet de réaliser un hologramme • Deux expositions sont effectuées à l’aide d’un laser pulsé à deux états de déformation différents (P1-P2) Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 3 • On dispose alors de la somme de 2 hologrammes incohérents entre eux (instants différents) Méthodes de mesures de champs Introduction Double exposition • A la restitution on obtient 2 images cohérentes entre elles grâce à une même source de lumière cohérente Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 4 • Les images interfèrent, les franges observées caractérisent la déformation subie par l’objet Méthodes de mesures de champs Introduction Double exposition • Observation de franges qui rendent compte de la déformation entre les états P2 et P1 : ce sont les lignes d’isoamplitude de déplacement Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 5 • Quand on passe d’une frange à l’autre le déplacement varie de 0,3 µm dans ce cas (laser à rubis) • La méthode permet de détecter et de mesurer les variations de phase survenues entre les 2 expositions • Les variations de phases sont dues à des variations de longueur, d’indice de réfraction ou de longueur d’onde causées par des contraintes thermiques et/ou mécaniques ... Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Double exposition • Équation de base de l’interférométrie : I I0 1 m. cos2 1 I0 : intensité moyenne m : contraste des franges d’interférence 1 : phase optique de l'onde objet à l'instant t1 2 : phase optique de l'onde objet à l'instant t2 Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 6 • La différence de phase subie par l’onde objet entre les 2 expositions de l’hologramme : d = (2 - 1) = 2p dD/l dD : variation du chemin optique suivi par la lumière, de la source d'éclairage à l'hologramme, dans le milieu d'indice de réfraction n, entre les deux expositions Méthodes de mesures de champs Introduction Double exposition • La variation de chemin optique dépend uniquement des déplacements ou des déformations subies par l'objet entre les deux poses. Méthodes non interférométriques dD = (SM2H) - (SM1H) = D.(KO-KE) Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 7 KO, KE : vecteurs unitaires caractérisant respectivement la direction d’éclairage et la direction d’observation D : le vecteur déplacement d’un point M de la surface de l’objet Méthodes de mesures de champs Introduction Double exposition • Les distances SM et MH sont très grandes comparées au module du vecteur déplacement => D considérablement agrandi sur le schéma Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 8 • On considère que KO et KE ne varient pas (ou très peu) entre deux expositions • S = KO-KE : le vecteur sensibilité • Variation de chemin optique dD=D.S projection du vecteur déplacement sur le vecteur sensibilité Méthodes de mesures de champs Introduction Double exposition • Les distances SM et MH sont très grandes comparées au module du vecteur déplacement => D considérablement agrandi sur le schéma Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 9 • On considère que KO et KE ne varient pas (ou très peu) entre deux expositions • S = KO-KE : le vecteur sensibilité • Variation de chemin optique dD=D.S projection du vecteur déplacement sur le vecteur sensibilité => Pour mesurer les trois composantes du déplacement, il faudra adopter des montages à géométrie bien déterminée. Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Temps réel • Utilisée en laboratoire, dans un environnement très stable • Elle consiste à : enregistrer l’onde lumineuse diffusée par un objet au repos remettre exactement en place l’hologramme dans le montage holographique d’enregistrement Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 10 • On observe alors à travers l’hologramme : l’objet éclairé par le faisceau laser l’image holographique de l’objet au repos restituée • On fait ainsi interférer l’onde diffusée à l’instant t par l’objet réel avec l’onde diffractée par l’hologramme de l’objet au repos qui sert de référence Méthodes de mesures de champs Introduction Temps réel • Quand l’objet se déforme des franges d’interférences apparaissent caractéristiques des déformations et suivies en temps réel Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques • Couplé à la stroboscopie => visualisation des modes de vibration de structures excitées sinusoïdalement et pour la détermination des fréquences propres Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 11 • La mise en oeuvre de cette méthode est beaucoup plus délicate que celle de la double exposition Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Intégration temporelle • Elle est associée à la précédente pour l’analyse vibratoire qui permet de visualiser la carte des déplacements de l’objet en vibration et les lignes nodales • Le principe est d’enregistrer l’hologramme de l’objet en vibration avec un temps de pose long devant la période de vibration Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 12 • On repère les fréquences propres par interférométrie holographique en temps réel puis on enregistre les hologrammes par intégration temporelle à ces fréquences propres Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 13 Intégration temporelle • Modes de vibration et lignes nodales d’une plaque encastrée Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 14 • Modes de vibration d'une poutre canteliver Intégration temporelle Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Introduction • Technique inventée pour pallier les insuffisances de l’holographie dans le domaine de l’interférométrie en ce qui concerne le milieu d’enregistrement (support photosensible) • Contrairement à l’interférométrie holographique, l’interférométrie de speckle permet l’utilisation de caméras CCD pour visualiser le champ de déplacements de l’objet diffusant • Technique adaptée à l’industrie malgré des performances inférieures à l’interférométrie holographique (résolution spatiale, taille de l’objet …) Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 15 • Les caméras CCD ont une résolution faible (5µm) comparée à celle des films photographiques argentiques (fraction de µm) • L’exploitation de l’information un peu différente de l’holographie, ici on exploite numériquement directement les franges d’interférence de 2 états différents de l’objet, alors qu’en holographie on utilise ces ondes enregistrées sur film photographique pour restituer un système de franges d’interférence sur l’image 3D de l’objet alors exploitées numériquement (à noter ESPI=TV Holographie=Holographie numérique) Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 16 Granularité laser • Un objet diffusant éclairé en lumière cohérente génère un système d’interférences complexe appelé speckle (moucheture, tache) ou granularité laser • Le speckle se manifeste si la surface de l’objet présente un relief microscopique donnant des variations de chemin optique supérieures à la longueur d’onde de la lumière Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 17 Granularité laser • Une surface polie ne donnera pas de speckle • En un point H situé à une distance D de l’objet on a la superposition cohérente des ondes provenant des divers éléments de la surface rugueuse • La longueur de cohérence de la source laser est plus grande que les variations de chemin optique Méthodes de mesures de champs Introduction Granularité laser • Les déphasages introduits par la rugosité de la surface sont aléatoires ce qui explique l’allure de la figure de speckle composée de grains Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 18 • La figure de speckle contient des informations multiples sur l’objet : état de surface, forme, déformation… • Le problème est de savoir comment décoder l’information Méthodes de mesures de champs Introduction Granularité laser • Les déphasages introduits par la rugosité de la surface sont aléatoires ce qui explique l’allure de la figure de speckle composée de grains Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie • La figure de speckle contient des informations multiples sur l’objet : état de surface, forme, déformation… • Le problème est de savoir comment décoder l’information Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 19 • Dans le cas des petits déplacements, il y a invariance locale de la figure de speckle : une petite portion du speckle se déplace en bloc sans modifier sa forme de sorte que la connaissance du déplacement local du speckle permet de remonter au déplacement de la zone correspondante de l’objet Méthodes de mesures de champs Introduction Granularité laser • Les dimensions du grain de speckle dans le plan image de l’objectif photographique sont : s=1,22 l.D’/ et s=8 l.D’²/² Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 20 • En faisant intervenir le grandissement g=D’/D et la focale f de l’ojectif : s=1,22 l.(1+g).f/ et s=8 l.(1+g)².f²/² • La surface de l’objet contribuant à la formation de speckle doit contenir un nombre suffisant d’éléments diffractants indépendant (rugosité) : cette surface ou tache de diffraction du système optique rapportée sur l’objet (rayon=1,22 l.D/) doit être plus grande que la longueur de corrélation de la rugosité (l’écart-type de la rugosité doit être inférieur à l) Méthodes de mesures de champs Introduction Granularité laser • Les dimensions du grain de speckle dans le plan image de l’objectif photographique sont : s=1,22 l.D’/ et s=8 l.D’²/² Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 21 • En faisant intervenir le grandissement g=D’/D et la focale f de l’ojectif : s=1,22 l.(1+g).f/ et s=8 l.(1+g)².f²/² • La surface de l’objet contribuant à la formation de speckle doit contenir un nombre suffisant d’éléments diffractants indépendant (rugosité) : cette surface ou tache de diffraction du système optique rapportée sur l’objet (rayon=1,22 l.D/) doit être plus grande que la longueur de corrélation de la rugosité (l’écart-type de la rugosité doit être inférieur à l) • De plus on suppose que le déplacement est inférieur à la longueur s du grain de speckle Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Mesure des déplacements 2D • L’objet est éclairé en lumière laser parallèle de façon symétrique • Si on éclaire l’objet simultanément avec les deux éclairages, les 2 speckle obtenus indépendamment par les 2 éclairages interfèrent Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 22 • En présence d’un déplacement Dx les deux speckle se décalent de la même quantité, la différence de chemin optique provoquée par ce décalage Dx a pour valeur 2 Dx sinq Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 23 Mesure des déplacements 2D • Il y a maximum de lumière lorsque la phase est égale à un nombre entier de fois 2p : D = 2p.Dd/l = k.2p soit Dd = k.l ; et un minimum pour un nombre impair de fois p : D = 2p.Dd/l = 2(k+1).p • Les franges d’interférences brillantes sont caractérisées par la relation 2Dxsinq=k.l ; ces franges sont les lignes d’égal déplacement dans le plan dans la direction x • La condition de fonctionnement de l’interférométrie (déplacement inférieur au grain de speckle) : g.Dx < 1,22 l.(1+g).f/ Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Dédoublement latéral • Mesure directement les dérivées spatiales des déplacements • Le principe est de dédoubler l’image de l’objet à l’aide d’un interféromètre de Michelson ou un biprisme Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 24 • L’interféromètre de Michelson permet le réglage du dédoublement par orientation du miroir M1 Méthodes de mesures de champs Introduction Dédoublement latéral • L’objet est éclairé par un faisceau de lumière parallèle provenant de la source laser S Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 25 • L’observation de l’objet se fait à travers la lame semi-transparente SP1 et à travers un interféromètre de Michelson • Le dédoublement de l’image est donné par une légère rotation e du miroir M1 qui donne un décalage latéral dx de l’image dans la direction x Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Dédoublement latéral • Les deux images (speckle) interfèrent et donnent un speckle résultant complexe dans lequel il est difficile de reconnaître les franges dont le pas est lié à dx • On va alors comparer le speckle de l’image dédoublée avant et après déformation de l’objet ; les franges obtenues caractérisent la dérivée par rapport à x du déplacement hors plan, on obtient des informations directes sur les déformations de l’objet Speckle Shearographie ESPI • Le traitement des images est réalisé à l’aide d’une caméra CCD et d’un logiciel approprié Autres méthodes Applications Moyens 26 • Il faut que l’objet soit suffisamment stable pendant l’acquisition successive des images avec les phases Fi, non seulement au repos mais aussi lorsqu’il est déformé Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Dédoublement latéral • Quantification des résultats • L’objet est au repos, l’intensité résultant de l’interférence des deux speckle décalés est : Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie IR = A1²+A2²+2A1A2cos (2-1) = I0[1+m.cosDR] Holographie Speckle avec DR = 2 - 1 différence de phase due au décalage Shearographie ESPI • L’objet est déformé, l’intensité résultant de l’interférence est : Autres méthodes I = I0[1+m.cos(DR+D)] Applications Moyens 27 avec D = (x+dx,y+dy) - (x,y) différence de phase due au déplacement de l’objet Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Dédoublement latéral • Quantification des résultats • Pour résoudre ces équations (détermination de I0, m et DR (+D) ) on introduit une phase connue Fi dans le montage grâce au miroir M2 monté sur un translateur piézoélectrique (F1,F2,F3) comme en interférométrie holographique Holographie Speckle • Pour l’objet au repos, IR,i = I0[1+m.cos(DR+ Fi)] d’où DR Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 28 • Pour l’objet déformé, Ii = I0[1+m.cos(DR+D+Fi)] d’où DR+D • Par soustraction des phases calculées on obtient D qui est lié à la pente de la déformée hors plan de l’objet Méthodes de mesures de champs Introduction ESPI • Electronic Speckle Pattern Interferometry : interféromètre de Michelson modifié, l’objet remplace un des miroirs Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 29 • Le laser S éclaire l’objet en lumière parallèle de façon à n’être sensible qu’aux déplacements hors plan (par exemple); ce type de montage limite la taille des objets à étudier au diamètre des objectifs L2 et L3 Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 30 ESPI • D différence de phase due au déplacement hors plan dz : D = 2p D.(KO-KE)/l • D=Idx+Jdy+Kdz • KE vecteur unitaire caractérisant la direction d’éclairage • KO vecteur unitaire caractérisant la direction d’observation • dx,dy,dz composantes du déplacement suivant les directions orthogonales I,J,K • Alors : D = 2p (2dz)/l Méthodes de mesures de champs Introduction ESPI • Différents modes opératoires sont possibles : double exposition, temps réel, temps moyenné Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques • En double exposition, on enregistre l’interférogramme de l’objet au repos, on obtient une intensité numérisée Photoélasticimétrie I1 = I0[1+m.cos(-R)] Holographie Speckle Shearographie • L’objet est déformé, l’enregistrement de l’exposition donne une intensité : ESPI I2 = I0[1+m.cos(-R +D)] Autres méthodes Applications Moyens 31 avec D différence de phase due au déplacement de l’objet (cf diapo précédente) Méthodes de mesures de champs ESPI Méthodes non interférométriques • Pour résoudre ces équations (détermination de I0, m et -R (+D) ) on introduit une phase connue Fi dans le montage grâce au miroir M monté sur un translateur piézoélectrique (F1,F2,F3) Méthodes interférométriques • Pour l’objet au repos, I1 = I0[1+m.cos(-R + Fi)] d’où -R Introduction Photoélasticimétrie Holographie • Pour l’objet déformé, I2 = I0[1+m.cos(-R +D+Fi)] d’où -R +D Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 32 • Par soustraction des phases calculées on obtient D qui permet de calculer les déplacements hors plan Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 33 ESPI • Le fonctionnement en temps réel ne pose aucun problème pour l’étude de phénomènes à évolution très lente comme en analyse vibratoire lorsque l’on étudie des modes de vibration d’objets ; on utilise alors un modulateur de lumière permettant de réaliser une stroboscopie du phénomène comme en holographie • Le fonctionnement en temps moyenné lorsque la période de vibration est plus petite que 1/25 s, permet d’observer, par intégration temporelle de l’intensité (aux fréquences de résonance), des figures d’interférences similaires à celles rencontrées en holographie par intégration temporelle, notamment les lignes nodales Méthodes de mesures de champs Introduction • La TV-Holographie (ESPI) permet de mesurer les déplacements 3D Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 34 • Le faisceau lumineux issu du laser S est séparé en deux parties par la lame séparatrice SP1; le faisceau réfléchi sert à former le faisceau référence; le faisceau transmis est séparé en deux parties par la lame SP2 pour former les deux faisceaux d’éclairage E1 et E2 Mesure des déplacements 3D Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie • L’objet est éclairé en lumière parallèle de façon symétrique par rapport à la normale à son plan en son centre • Un objectif photographique L forme une image de l’objet sur l’élément sensible de la caméra CCD Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 35 • Les vecteurs unitaires caractérisant les directions d’éclairage et la direction d’observation sont respectivement KE1, KE2 et KO Mesure des déplacements 3D Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 36 Mesure des déplacements 3D • On considère un déplacement tridimensionnel D • Si on utilise le faisceau d’éclairage E1 seul (+ référence), on obtient les déplacements hors plan dans la direction K1=KO-KE1 • Si on utilise le faisceau d’éclairage E2 seul (+ référence), on obtient les déplacements hors plan dans la direction K2=KO-KE2 • Si on utilise les 2 faisceaux d’éclairage E1 et E2 (sans référence), on obtient les déplacements dans le plan dans la direction K3=K1-K2 • Si on utilise les 2 faisceaux d’éclairage E1 et E2 (+ référence), on obtient les déplacements dans le plan dans la direction K3= KO-K1-K2 Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 37 Mesure des déplacements 3D • Par soustraction des cartes de phases E1 et E2 on obtient les déplacements dans le plan dans la direction K3=K1-K2 • Par addition des cartes de phases E1 et E2 on obtient les déplacements hors plan dans la direction K1+K2 Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Mesure des déplacements 3D • La TV-Holographie (ESPI - Interférométrie de speckle) est une technique qui permet de mesurer facilement les déplacements 3D et les déformations dans le plan • La TV-Holographie (ESPI - Interférométrie de speckle) est moins performante que l’interférométrie holographique (champ, résolution) et ne permet pas de restituer le relief des objets Holographie Speckle Shearographie ESPI • La TV-Holographie (ESPI - Interférométrie de speckle) fonctionne en temps quasi-réel, c’est un dispositif portable (encombrement faible) et elle ne nécessite pas de matériaux consommables (CCD) Autres méthodes Applications Moyens 38 • Les techniques de speckle (shearographie et ESPI) ont remplacé les techniques holographiques en industrie Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 39 ESPI Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 40 ESPI Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 41 ESPI Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 42 ESPI Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 43 ESPI Méthodes de mesures de champs Introduction ESPI Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Apparition de franges Points de même déformation Holographie Speckle Distance entre franges l/2 Shearographie ESPI Pas d’information sur la direction de déformation Autres méthodes Pas d’information entre franges Applications Moyens 44 Méthodes de mesures de champs Introduction ESPI Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques 3 inconnues a,b,f Photoélasticimétrie Holographie 3 équations avec 3 inconnues Speckle Shearographie ESPI Faisceau référence modifié (modification connue D) et faisceau objet inchangé Autres méthodes Applications Moyens 45 Détermination de la phase à partir de l’intensité (mod 2p) Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Photoélasticimétrie Holographie Speckle Shearographie ESPI Autres méthodes Applications Moyens 46 ESPI Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Thermoélasticimétrie • Beaucoup de pièces mécaniques sont soumises à la fois à des sollicitations mécaniques et thermiques • La simulation de tels problèmes peut nécessiter de résoudre à la fois un problème thermique (détermination du champ de température) et un problème mécanique (détermination de la contrainte) • Dans certains cas, il peut arriver que ces deux problèmes soient liés : quand on chauffe une pièce, elle se dilate et donc se déforme; si la pièce Thermographie IR ne peut se déformer librement, on a création de contraintes Photoélasticimétrie 3D • Une sollicitation thermique provoque une contrainte ou une déformation Corrélation 3D mécanique Autres méthodes Corrélation volumique Applications Moyens 47 • Au contraire, si l’on déforme fortement un matériau métallique, il s’échauffe • Une sollicitation mécanique engendre alors un effet thermique • On dit que les problèmes de mécanique et de thermique sont couplés et on parle de couplage thermomécanique Méthodes de mesures de champs Introduction Thermoélasticimétrie • Technique de mesure du rayonnement émis, réfléchis ou rétrodiffusés par les matériaux. Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques • Ce rayonnement indique indirectement les températures et permet de révéler la présence d’hétérogénéités existant au-delà de la surface visible. • Grâce à une caméra thermique et son calculateur intégré, le flux de rayonnement est converti en image visible avec différentes palettes de Thermographie IR Photoélasticimétrie 3D couleurs auxquelles sont associées des températures. Autres méthodes Corrélation 3D Corrélation volumique Applications Moyens 48 Méthodes de mesures de champs Introduction Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques Autres méthodes Thermoélasticimétrie • Rayonnement thermique : échange de chaleur par voie électromagnétique. Mode de transfert d’énergie gouvernant la thermographie infra rouge et la radiométrie photothermique. • Conduction thermique : échange de chaleur par interactions directes d’une particule avec ses proches. Mode de transfert d’énergie également mis en oeuvre en radiométrie photothermique. Thermographie IR • Convection thermique : échange de chaleur par mouvement de fluide. Ce mode est généralement négligeable en thermographie infra rouge et en radiométrie photothermique. Photoélasticimétrie 3D Corrélation 3D Corrélation volumique Applications Moyens 49 Méthodes de mesures de champs Introduction Thermoélasticimétrie • La source principale de rayonnement infrarouge est la chaleur, ou rayonnement thermique. Méthodes non interférométriques Méthodes interférométriques • Tout objet dont la température est supérieure au zéro absolu (-273,15°C ou 0 °K) émet un rayonnement dans le spectre infrarouge. Autres méthodes Thermographie IR Photoélasticimétrie 3D Corrélation 3D Corrélation volumique Applications Moyens 50
