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1 - PRINCIPE PHYSIQUE ET QUESTIONS FONDAMENTALES

2 - PROBLÈME DIRECT EN RADIOTHERMOMÉTRIE

3 - PROBLÈME INVERSE EN VUE D’UNE RADIOTHERMOMÉTRIE QUANTITATIVE À DISTANCE

4 - APPLICATIONS MÉDICALES ET INDUSTRIELLES

5 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : R3030 v2

Problème direct en radiothermométrie
Radiothermométrie micro-ondes

Auteur(s) : Bertrand BOCQUET

Date de publication : 10 sept. 2002

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  • Bertrand BOCQUET : Professeur à l’IUT A de l’Université des Sciences et Technologies de Lille

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INTRODUCTION

La radiométrie est un terme assez large qui désigne la mesure de l’intensité du rayonnement électromagnétique qu’il soit ionisant ou non ionisant. Notre domaine d’intervention se situe au niveau des ondes électromagnétiques non ionisantes, où nous pouvons différencier deux domaines importants : les ondes optiques et les radiofréquences. Ce dernier domaine, moins développé que celui de l’optique, recèle cependant un potentiel important. Cela est particulièrement vrai dans le domaine des hyperfréquences ou micro-ondes (1 à 300 GHz). Cependant, compte tenu des longueurs d’onde utilisées, il apparaît des phénomènes de diffraction non négligeables. Aujourd’hui, les puissances de calcul nous permettent de prendre en compte des effets électromagnétiques complexes et d’avoir une information pertinente à partir des mesures.

Nous allons nous intéresser plus particulièrement à la détermination de la grandeur physique « température ». Le principe physique mis en œuvre pour ce type de mesure est le rayonnement électromagnétique d’origine thermique qu’émet tout corps dont la température est différente du zéro degré kelvin. L’intérêt principal de telles mesures est d’être non invasive sur des profondeurs bien plus élevées que celles de l’infrarouge.

L’objet de cet article est de montrer les potentialités d’une thermométrie par radiométrie micro-onde passive et la démarche permettant d’avoir accès à une information quantitative à distance de la température. Cette quantification aboutit au développement de thermomètres conduisant à une radiothermométrie en volume.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-r3030


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2. Problème direct en radiothermométrie

La contribution des FPA (fonctions de pondération absolues) est plus significative dans les couches proches de la sonde. Néanmoins, la modélisation de ces fonctions ne peut plus se faire par les lois de l’optique géométrique (onde TEM). En effet, il faut ici prendre en compte les effets de champ proche non négligeables. Cette notion de FPA est fondamentale si nous voulons faire une véritable métrologie par radiométrie micro-onde passive. Ces valeurs de FPA passent par le calcul du champ électromagnétique en chaque point du matériau sous investigation.

2.1 Radiothermométrie à puissance totale

HAUT DE PAGE

2.1.1 Fonctions de pondération absolues (FPA)

Les FPA peuvent être apparentées à la fonction décrivant la profondeur de pénétration du radiomètre. La différence entre ces deux types de fonction est que la formulation des FPA est faite en trois dimensions (3D), pour chaque voxel du matériau sous investigation.

Dans un processus actif, un générateur connecté à une antenne ou sonde, dépose une puissance Wi dans un voxel ΔVi :

Wi = σiEi2ΔVi

avec :

σi
 : 
conductivité liée aux pertes diélectriques du matériau à la fréquence f ( avec , la permittivité complexe du matériau)
Ei
 : 
champ électrique présent dans le voxel.

On peut ici noter que Wi a le même sens que le taux d’absorption spécifique (Specific Absorption Rate SAR), grandeur connue en chauffage et en hyperthermie, définie généralement...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BRUHAT (G.) -   Thermodynamique  -  . Éditions Masson, Paris, 1968.

  • (2) - BLANC (A.) -   Rayonnement  -  . Édition Armand Collin, Paris, 1965.

  • (3) - BOSMA (H.) -   On the theory of linear noisy systems  -  . Thesis, Technical University Eindhoven, 1967.

  • (4) - EVANS (G.), MC LEISH (C.W.) -   RF Radiometer handbook  -  . Artech House Inc., 1977.

  • (5) - GUY (A.W.) -   Electromagnetic fields and relative heating pattern due to a rectangular aperture source in direct contact with bilayered biological tissue  -  . IEEE Trans Microwave Theory Tech., vol. 19, pp. 214-223, 1971.

  • (6) - NEELAKANSTASWAMY (P.S.), GUPTA (K.K.), BANERJEE (D.K.) -   A compact light-weight Gaussian-beam launcher for microwave exposure studies  -  . IEEE Trans. on Microwave Theory Tech., vol. 26, pp. 665-666, 1978.

  • ...

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