<p dir="ltr">Thermal radiation is a naturally abundant form of light that is continuously emitted from objects above absolute zero. Because this form of electromagnetic radiation is invisible to the human eye, much of human and machine perception neglects the rich information that is present in infrared energy. By harvesting the spectral and polarimetric characteristics of thermal signals, thermal imaging can deliver an enormous impact to remote sensing, machine perception, autonomous navigation, and biomedical applications. The goal of this thesis is to present numerous techniques that enable the extraction of the vast information available via thermal radiation.</p><p dir="ltr">This thesis investigates a more robust and approachable method of providing spectral and polarimetric resolution to short-wave infrared cameras. Through the application of a liquid crystal interferometer, this research demonstrates an electrically-tunable spectral imaging platform that is compact, robust, cost-effective, and accurate, offering a durable solution for remote sensing and autonomous navigation. This thesis also examines the design of filters specific to the short-wave infrared signature of greenhouse gasses, enabling aerial detection and measurement of greenhouse gas sources via a single filtered image, which can drastically improve the speed and accuracy of monitoring greenhouse gas emissions. In the long-wave infrared regime, this research explores a four-color imaging thermometer, capitalizing on the resolution provided by four spectral bands—in conjunction with the <i>TeX-</i><i>Vision</i><i> </i>temperature-estimation algorithm—to yield unprecedented temperature estimation accuracy that can advance current medical diagnostic practices.</p><p dir="ltr">The examples described in this thesis reveal the breadth of untapped information that is present in thermal radiation, which carries the ability to enhance the way we perceive our surroundings.</p>

In this project, the possibility of using thermography as a non-destructive testing tool in the manufacturing process of boats and to assess the quality of end-of-life composite structures has been explored. To do so, a literature surview regarding the current applications of thermography and the techniques currently used for quality control in the boats industry has been conducted. Additionally, the set-up of the thermal camera has been improved for the testing and measurements on several composite parts have been performed. Here, the resulting images were analysed regarding different features important for the intended new application, such as existence of delamination, bonding quality, and fibre orientations. The technique appears to be well suited to evaluate the bonding quality in case of glass fibre composite plates and to detect delaminations and other defects in such. Regarding the fibre orientation more studies are needed to judge the practicality.

Die strukturelle Vielfalt von Metallphosphonaten macht sie zu vielversprechenden Kandidaten für vielzählige Anwendungen, erschwert aber zugleich eine planmäßige Synthese. Die Untersuchung der Bildungsmechanismen kristalliner Übergangs-metallphosphonate stellt Zusammenhänge zwischen Synthesebedingungen und resultierender Struktur her. In dieser Arbeit wurden unterschiedliche Phosphonsäuren mit divalenten Metallionen umgesetzt und so verschiedene Metallphosphonate mit diversen Strukturen erhalten. Die Kristallstrukturen neuer Verbindungen wurden mittels Röntgenpulver-diffraktometrie aufgeklärt. Systematische Untersuchungen zeigten einen direkten Zusammenhang zwischen bestimmten Strukturmotiven und Eigenschaften der Verbindungen. Das Bestreben nach umweltfreundlichen und wirtschaftlichen Synthesemethoden wird durch die Mechanochemie erfüllt. Die zugrundeliegenden Reaktions-mechanismen liegen im Dunkeln, sodass Mechanochemie größtenteils als „trial and error“-Methode funktioniert. In situ Untersuchungen mechanochemischer Reaktionen erlauben die Aufklärung der Reaktionswege und weitere Optimierung der Prozesse. Nach der Optimierung des experimentellen Aufbaus wurde in dieser Arbeit eine Kombination der Methoden Röntgenpulverdiffraktometrie und Thermographie zur Aufklärung der Bildungmechanismen von Metallphosphonaten eingesetzt. Die Ergebnisse der in situ Untersuchungen zeigen die Bildung von Metallphosphonaten als dreistufigen Prozess, der über einen nicht-kristallinen Zustand verläuft. / The structural diversity of metal phosphonates makes them promising candidates for numerous applications, but at the same time makes planned synthesis difficult. The study of the formation mechanisms of crystalline transition metal phosphonates establishes correlations between synthesis conditions and resulting structure. In this work, different phosphonic acids were reacted with divalent metal ions to obtain various metal phosphonates with diverse structures. The crystal structures of new compounds were solved by X-ray powder diffraction. Systematic studies showed a direct correlation between certain structural motifs and properties of the compounds. The search for environmentally friendly and economical synthesis methods is met by mechanochemistry. The underlying reaction mechanisms are unclear, so mechanochemistry functions largely as a "trial and error" method. In situ studies of mechanochemical reactions allow the elucidation of reaction pathways and further optimization of processes. After optimizing the experimental setup, a combination of X-ray powder diffraction and thermography methods was used in this work to elucidate the formation mechanisms of metal phosphonates. The results of the in situ investigations show the formation of metal phosphonates as a three-step process proceeding via a non-crystalline state.

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Vattenfall AB är ett europeiskt energiföretag som strävar efter att bli fossilfria och investerar i att öka andelen energiproduktion med låg koldioxidutsläpp. Företaget äger kärnkraftverk i Ringhals där de producerar stora mängder fossilfri el. I Ringhals har termografering används på den elektriska avdelningen som en metod för att undersöka temperaturökningar i bland annat kablar, kretsar, kopplingar osv. Då denna metod har visat sig vara effektiv för att förebygga fel. Vill man nu utöka användningsområdena och möjligtvis använda termografering inom den mekaniska avdelningen. Främst för de system som liknar sprinklersystemet 322, vilket är ett säkerhetssystem som aktiveras först vid större rörbrott i inneslutningen på huvudsystemet till reaktorn. Målet med detta examensarbete är att undersöka ifall termografering är en bra investeringsmetod som kan användas vid bedömningen av ett säkerhetssystems driftklarhet och bidra till ökad säkerhet vid användning av kärnkraft. För att utföra detta arbete genomfördes en litteraturstudie, intervjuer samt studiebesök där med hjälp av värmekameran observerades värmemönster. Faktorer som har identifierats är brist på underlag av datainsamlingar i form av ronder med värmekameran för att hitta sambandet på hur temperaturskillnaden i komponenterna påverkar systemet. Samt ett system som samlar in all data och hittar potentiella avvikelser. Ett antal förbättringsförslag har givits efter projektets gång för att kunna effektivisera användningen av termografering inom säkerhetsbedömning. / Vattenfall AB is a European energy company that strives to become fossil-free and invests in energy production with low carbon dioxide emissions. The company owns nuclear power plants in Ringhals where they produce large amounts of fossil-free electricity. In Ringhals, thermography has been used in the electrical department as a method for examining temperature increases in, among other things, cables, circuits, connections, etc. Since this method has proven to be effective in preventing errors. They now want to expand the areas of use and the possibly to use thermography in the mechanical department. Mainly for the systems similar to the sprinkler system 322, which is a safety system that is activated only in the event of major pipe breaks in the enclosure on the main system to the reactor. The aim of this thesis is to investigate whether thermography is a good investment method which can be used in the assessment of a safety system's operational readiness and contribute to increased safety when using nuclear power. To carry out this work, a literature study, interviews, and study visits were carried out where heat patterns were observed with the help of the thermal imager. Factors that have been identified are the lack of data collection and data in the form of rounds with the thermal imager to find the connection on how the temperature difference in the components affects the system. As well as a system that collects all data and finds potential discrepancies. A number of improvement proposals have been given after the project has progressed in order to be able to streamline the use of thermography in safety assessment.

Les enjeux économiques et sécuritaires majeurs portant sur l'évaluation de la pérennité des systèmes de précontrainte dans les ouvrages d'art conduisent au développement de nouvelles méthodes d'auscultation. Ces travaux représentent la contribution du LGCgE au programme national de recherche ANR ACTENA sur l'auscultation des câbles tendus non-accessibles. Les objectifs de ce travail sont la détermination du tracé des câbles de précontrainte et la détection des zones de défauts d'injection par thermographie infrarouge active. Le premier chapitre rappelle le contexte de cette étude, ainsi que les travaux antérieurs. L'introduction d'un mode de chauffage par induction conduit à une indétermination sur la présence éventuelle de défaut. Afin de lever cet artefact, le deuxième chapitre introduit une méthode originale de traitement fréquentiel des thermogrammes bruts basée sur une approche systémique dans le domaine fréquentiel. Une modélisation par éléments finis des spécimens expérimentaux permet d'étudier la diffusion et d'élaborer les paramètres expérimentaux. Le troisième chapitre expose les résultats expérimentaux obtenus sur trois spécimens de poutres. La procédure de traitement fréquentiel est appliquée aux séries de thermogrammes bruts obtenus. Les résultats sont discutés et mettent en avant l'intérêt des images de phase. Une approche quantitative est appliquée aux résultats de thermographie infrarouge dans le quatrième chapitre. La méthode d'inversion présentée permet la détermination de la diffusivité thermique du béton d'enrobage ainsi que son épaisseur. / The economical and security aspects of the durability of the prestressed concrete construction works lead to develop new non destructive testing methods. This work was developed within the framework of the ANR ACTENA French research project. The main arms are to contribute to the localization of prestressed tendon ducts or rebars and also to the detection of the poor filling defects. The context of this study and previous works are described in the chapter I. The introduction of an inductor heating provides a non uniformity of the heating. In order to avoid any misinterpretation of thermograms, a frequential method based on transfer functions is proposed in chapter II. A 3D numerical model of the experimental specimens is performed by finite element method. Chapter III shows experimental results for three concrete beam specimens. The frequential procedure is applied to the raw thermograms. The results are discussed and highlighted the interest of phase images. A quantitative approach is applied to infrared thermographical results in the chapter IV. Finally, an inverse method is proposed and allowed to the determination of thermal diffusivity and the thickness of the cover concrete.

Au cours des dernières années, l’essor spectaculaire des microsystèmes (ou MEMS), qui touche tous les domaines industriels, est à l’origine de nombreux et nouveaux progrès technologiques. Néanmoins, dans ce contexte prometteur de large envergure, la fiabilité des MEMS s’avère être la problématique à améliorer pour franchir la phase d’industrialisation à grande échelle. C’est dans le cadre de cette thématique de fiabilité des microsystèmes, que s’inscrit ce travail.La température étant un paramètre majeur entrant dans de nombreux mécanismes d’endommagement des MEMS, notre étude présente la conception et la réalisation d’un banc de thermographie infrarouge de haute résolution (2 µm), associé à la mise en œuvre d’une méthodologie d’analyse et de traitement des mesures infrarouges.Ce dispositif innovant permet un diagnostic in-situ, sans contact et rapide des défaillances des MEMS par mesures locales et quantitatives des pertes thermiques associées. Cet outil constitue une avancée importante pour détecter, mesurer et comprendre les mécanismes d’endommagement des MEMS. Il nous permet de reconstituer des images thermiques de tout type de microsystème en cours de fonctionnement ou soumis à des tests de vieillissement accéléré, et ceci afin de réaliser une analyse fine et rapide de leur fiabilité.Ce travail apporte de nouveaux résultats en ce qui concerne la détection des mécanismes de défaillance de différents types de MEMS-RF et tout particulièrement des MEMS-RF avec contact électrique. / Over the last few years, considerable effort has gone into the study of the failure mechanisms and reliability of MicroElectroMechanical Systems (MEMS). MEMS performance and reliability are affected by many parameters, such as the complex physical interactions between thermo-mechanical deformation, current flow, high power actuation and contact heating. In particular, temperature is a key issue for the design of a low loss and reliable MEMS. In order to improve device reliability it is essential to understand the thermal behaviours of RF-MEMS under standard or harsh current conditions. In this work, we present a new approach to investigate the failure mechanism of MEMS. An original set-up has been developed to localise and measure the heat loss of MEMS during actuation. Thermal characterization has been performed using infrared thermography to investigate the thermal sensitivity of MEMS. A brand new infrared bench was developed for temperature distribution measurement. An infrared camera, operating in the 1,5 - 5 µm bandwidth, was coupled to a new specific optic to reach an enhanced spatial resolution better than 2 µm/pixel. This work presents several results obtained on different advanced RF-MEMS including RF-MEMS switches where failure mechanism had been diagnosed.

La mesure de champs de température sans contact est un paramètre clé pour l'optimisation et le contrôle des procédés. Les systèmes actuels présentent des limitations, particulièrement sur des surfaces hétérogènes et/ou dans des conditions dynamiques pouvant entraîner une altération de la surface. Ces restrictions sont causées par la méconnaissance de l'émissivité de la surface qui est une fonction complexe de nombreuses grandeurs physiques (température, longueur d'onde, rugosité, direction de détection). La thèse présentée propose le développement complet d'une nouvelle méthode de mesure de champs de température vraie, dénommée THERMOREFLECTOMETRIE, applicable sur tout type de matériaux opaques, dans la gamme [300-1000]°C. Elle permet la mesure en ligne de l'émissivité par le couplage d'une étape classique de THERMOGRAPHIE avec une étape de REFLECTOMETRIE laser. La démarche adoptée consiste premièrement en l'analyse critique de la méthode et de ses facteurs d'influence, ainsi que du dimensionnement optimal des éléments par des études en simulations. Ensuite un prototype opérationnel est mis en oeuvre et ses défauts sont caractérisés, du point de vue d'un système de type CAMERA, et les corrections nécessaires sont mises en place. Enfin, les performances expérimentales sont évaluées sur des scènes thermiques complexes et hétérogènes qui mettent en évidence la bonne précision du prototype pour tous les échantillons testés / True temperature field measurement is a key parameter for the optimization and the control of industrial processes. Current systems present limitations, especially on heterogeneous surfaces and/or in dynamical conditions involving the surface's variation. These restrictions are due to the ignorance of the surface's emissivity, which is a complex function of many physical quantities (temperature, wavelength, roughness, direction of detection). This thesis presents the complete development of a new method of true temperature field measurement, called Thermoreflectometry, applicable on any kind of opaque material, in the range [300-1000]°C. It allows the on-line measurement of emissivity by mixing a step of classical THERMOGRAPHY with a step of laser REFLECTOMETRY. The approach of this work is, first, the critical analysis of the method and its influence quantities, and then the optimal dimensionment of the components by simulation studies. Thirdly, a prototype is built and its defaults are characterized, following a CAMERA-based point of view, and the possible corrections are implemented. Finally, the experimental performances are estimated on some complex heterogeneous thermal scenes which emphasize the prototype's precision for all the tested samples

Les ultrasons (US) thérapeutiques sont devenus un sujet d'intérêt croissant en ophtalmologie. Les ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) pour le traitement du glaucome et pour la délivrance de médicaments dans l'oeil sont les deux principaux domaines de recherche dans ce domaine. Cette thèse traite des deux sujets en deux parties distinctes : l'administration de médicaments ou drug delivery par d'ultrasons (USDD) à travers la sclère et la caractérisation par rayonnement infrarouge (IR) d'un dispositif HIFU ophtalmique pour le traitement du glaucome. Bien que plus perméable que la cornée, l'administration de médicaments efficace à travers la sclère reste un réel challenge. Dans ce travail, nous avons évalué l'effet d'une propagation d'us en mode pulsé sur l'administration de médicaments à travers la sclère. Parmi les mécanismes sous-jacents, la cavitation semble être un contributeur à une USDD renforcée. L'activité maximale de cavitation sous-jacente à une émission d'ultrasons en mode pulsé peut donc être une méthodologie viable pour l'amélioration de l'administration de médicaments à travers l'oeil. Dans la deuxième partie de la thèse, une nouvelle méthode de caractérisation ultrasonore de terrain a été développée pour un dispositif HIFU multi-éléments. Ce dispositif médical développé par Eyetechcare est destiné au traitement du glaucome réfractaire (Rillieux -la-pape, France). Une alternative basée sur la thermographie par infra-rouge a été développée pour une évaluation rapide et qualitative de la distribution d'intensité émise spécifiquement par ce dispositif à haute fréquence (19-21 mhz) constitué de multiéléments à focalisation en ligne. Cette méthodologie permettra de caractériser les sondes de thérapie à l'échelle industrielle / Therapeutic ultrasound has become a topic of growing interest in ophthalmology. High intensity focused ultrasound (HIFU) for the treatment of glaucoma and ultrasound (US) drug delivery are the two main areas of research in this field. This work addresses these domains in two separate parts: transscleral ultrasound drug delivery (USDD), and infrared (IR) field characterization of an ophthalmic HIFU device for glaucoma treatment. The sclera is a promising pathway for ocular drug delivery, since transscleral administration can address both the anterior and posterior segments of the eye. Due to the low permeability however, efficient drug delivery is challenging. In this study, HIFU was investigated as a potential modality for an enhanced transscleral drug delivery (in vitro). Among US effects, cavitation was shown to be the major contributor to an enhanced USDD. A pulsed US protocol designed to maximum cavitation activity may therefore be a viable method for enhancing ocular drug delivery. In the second part, a new method of ultrasonic field characterization was developed for a multi-element HIFU device. This system is designed and produced for glaucoma treatment by Eyetechcare Company (Rillieux-la-Pape, France). The traditional hydrophone method for field characterization was prohibitively slow on an industrial scale. An alternative modality for rapid qualitative assessment of the intensity distribution based on infra-red (IR) thermography was developed specific to this high frequency (19-21 MHz) device with line-focus US radiators. The second part of the study was aimed to expand the application of a R&D technique for ultrasonic field characterization to an industrial scale

For a PV plant it is of fundamental importance that the operation of the PV modules is free from faults or at least that the faults can be detected early, to ensure efficient electricity production. Some defects such as cracks can be seen in visible light while microcracks and damage to the silicon material can only be seen through special lighting. This study focuses on the most common defects in photovoltaic (PV) systems. Compare the infrared (IR) technology with the new ultraviolet (UV) fluorescence image technique for PV characterization, based on their accuracy and uncertainty factors under an experimental field investigation. In this study, first a literature study was conducted to the most common defects in PV system and their impact on electricity generation. Then a simulation model of a PV system was created in PVsyst and exported to Microsoft Excel which was used to evaluate how different defects at different stages of the PV cell's life cycle impact electricity generation, performance parameters and economic exchange. Furthermore, experiments with UV and IR was implemented at a PV system located in Dalarna and some PV modules at MDH. It was conducted that occurrence of snail tracks, delamination and hot spots in combination with bypass failures and non-functioning cell will affect the economic profitability in the long run and the payback time will increase since their impacts on electricity generation and performance parameters are huge. The worst case is when PV modules are affected by the fault in bypass diode and non-functioning cell which result to a payback time longer than the module's lifetime and huge amount electricity losses in different bypass diodes configurations. Since UV and IR are two different methods that are performed in two different ways, different errors occurred during the measurements. The biggest external factor was the weather that determined if the experiment could be implemented. The IR method gave decent results and was quicker to use, but the UV method highlighted some defect which could not be seen with the IR technology.