CERTIFICACIÓN DE TERMÓGRAFOS – NIVEL 1
Historia
Historia
Historia
Historia
Camara AGEMA 550 refrigerada internamente con Helio
Camaras de hoy
Cámaras de última generación
Cámaras de última generación
Cámaras de última generación
Aplicaciones especiales
Qué es un Detector
Es un dispositivo que entrega una señal eléctrica y que es útil para medir la radiación que incide en el mismo
Detector de Fotones
Los fotones incidentes de la radiación electromagnética son absorbidos produciendo un efecto fotoconductivo que se manifiesta en cargas libres que cambian la conductividad eléctrica del elemento sensor
Tipos de detectectores del efecto Quantum (Contador de fotones)
Platinum Silicide
Indium Antimonide
Mercury-Cadmium-Telluride
QWIP Quantum Well Infrared Photodetector
Sensores de Efecto Quantum
•Los fotones de la radiación IR vienen del objeto y golpean el detector produciendo cambios en la conductividad eléctrica •Hay una relación entre el conteo de fotones y la temperatura
Detector enfriado a 77K Detector enfriado a 77K
Se requiere un refrigerante como N2 líquido o Helio para
refrigerar el detector
Se requiere un refrigerante como N2 líquido o Helio para
refrigerar el detector
Desventajas del efecto Quantum
Requiere enfriamento criogénico
Tiempo de enfriamiento inicial (de 3 a 10 minutos)
Costo
Difícil respueta entre 8-12µm
Microenfriador
BOLÓMETRO
Instrumento que recibe y mide la radiación emitida por un objeto en todas las longitudes de onda.
Samuel P. Langley en 1878 usó dos láminas de platino una recubierta con negro de humo y la otra no, al exponerlas a la radiación solar y medir sus respectivas resistencias eléctricas, la diferencia correspondía a la radiación absorbida por la lámina recubierta.
Hoy en día este fenómeno se simula utilizando materiales especiales que tiene el mismo comportamiento a nivel electrónico.
“Uncooled” Detectors
Detectores térmicos en lugar de contadores de fotones.
La Resistencia cambia con la energia absorbida
Mediante la variación de la corriente de miden los cambios en la resistencias.
Trabaja a temperatura ambiente
Vista al miscroscopio de
un arrreglo microbolométrico.
Historia
Beneficios de los sistemas no refrigerado
Respuesta en longitudes de onda de 8-12µm
Rangos dinámicos amplios.
Arranque inmediato
Se ha investigado la respuesta espectral de banda ancha
00
.25
0.5
0.7
51
0 3 5 7 9
11
13
15
W avelength
Re
lati
ve
re
sp
on
se
Respuesta típica de microbolómetro mostrando capacidades de banda ancha.
Configuración Básica de una Cámara IR
Cómo trabaja un sistema IR ? Cómo trabaja un sistema IR ?
Detector
Arreglo Focal Plano IR (FPA)
Cómo trabaja un sistema Infrarojo? Cómo trabaja un sistema Infrarojo?
Típico sistema de scaneo IR
Cómo trabaja un sistema Infrarojo? Cómo trabaja un sistema Infrarojo?
Típico sistema de scaneo IR
Curvas de respuesta de varios tipos de detector
Cualidades de buenos datos
Foco
Composición
Lente Apropiado (FOV)
Trabajar con IFOV
Trabajar con IFOVmeas
Rango de apertura
Rango y Span
Rango Dinámico
Paletas
Introducir parámetros al sistema
Herramientas de Medición
Filtros, cuando se requieran.
Captura de datos
Sensibilidad térmica apropiada
Requerimientos que debe cumplir una cámara termográfica
Resolución Espacial
Sensibilidad Térmica
Precisión
Repetibilidad
Rango Dinámico
Respuesta Espectral
Procesamiento de datos
Grabación de datos
Resolución Espacial
El tamaño del objeto D, y la distancia definen la resolución espacial del instrumento.
Hoy los fabricantes definen la resolución espacial como la proyección de un detector simple (pixel) a través del lente dentro del plano del objeto
Resolución Espacial
D= αd
1º = 17.5 mrad = 0,0175 rad (2πrad= 360º) 2º = 35 mrad = 0,035 rad
Regla de oro: 1º de FOV significa d/D de 1 en 60 : 1/60 2º de FOV significa d/D de 1 en 30 : 1/30
Relación Distancia Objeto (RDO)
FOV e IFOV
FOV
IFOV
IFOV Campo de visión instantánea
medible
La óptica y electrónica de la cámara requieren de más pixeles para poder producir una respuesta eléctrica.
Cuando se miden objetivos muy pequeños se deben medir y graficar su función de respuesta SRF.
Relación Distancia objeto RDO
D: Tamaño del objeto (un lado)
d: Distancia entre el objetivo y la cámara
P: Tamaño del pixel en mm (normalmente viene en µm)
F: distancia focal del lente en mm
1/RDO = d/D = F/3xP
Calculando RDO
Para un arreglo de 320x240 FPA con un lente de 24º el campo de visión (FOV) de un detector es: 1º = 17,5 mRad
24º = 419 mRad
419 mRad / 320 pixeles = 1,3 mRad
Resolución espacial de 3 pixeles = 3,9 mRad
1/ RDO = (1 / 3,9) x 1.000= 256
RDO = 1 / 256
Calculando RDO
Para un arreglo de 320x240 FPA con un lente de 20º el campo de visión (FOV) de un detector es: 1º = 17,5 mRad
20º = 350 mRad
350 mRad / 320 pixeles = 1,09 mRad
Resolución espacial de 3 pixeles = 3,28 mRad
1/ RDO = (1 / 3,28) x 1.000= 305
RDO = 1 / 305
Calculando RDO
Para un arreglo de 320x240 FPA con un lente de 10º el campo de visión (FOV) de un detector es: 1º = 17,5 mRad
10º = 175 mRad
175 mRad / 320 pixeles = 0,55 mRad
Resolución espacial de 3 pixeles = 1,64mRad
1/ RDO = (1 / 1,64) x 1.000= 610
RDO = 1 / 610
RDO
d/D = F/P d: distancia al objeto, D: mínima dimensión de un lado, P: Tamaño de un pixel (µm), F: distancia focal del lente en mm •Usando una cámara TP8 (F=35 mm, P= 35µm) •Para detectar un objeto a 50 cm (d) •La mínimo tamaño detectable (D) de un objeto es:
•D/500= P / F = 0,035 mm/ 35 mm = 1/1000 •D = 0,5 mm (Mínimo tamaño de 1 pixel) •La mínimo tamaño medible, debe ocupar mínimo 3 pixeles •Dmedible = 1,5 mm
Buen registro de datos
Foco
Composición
Lente apropiado (FOV)
Trabajar dentro del IFOV
Trabajar dentro del IFOVmeas
Rango o apertura
Nivel & Span (Level & Span)
Rango dinámico
Paletas
Introducir los parámetros
Herramientas de medición.
Filtros cuando se requiera
Rata de captura de datos
Sensibilidad térmica apropiada
Terma Lógica
Si estamos demasiado alejados del objetivo, la camara “observa” un promedio del punto caliente y sus alrededores. Este efecto diluye la medicion de temperatura.
La cantidad diluida depende del tamaño del objetivo y de su diferencia de temperatura con sus alrededores.
Distancia y Lentes
Conforme se incremente el ángulo de la lente, la máxima distancia para hacer mediciones exactas disminuye.
El efecto de la Distancia en las Mediciones de Temperatura
Alta resolución espacial
Se requiere para: Pequeños elementos
Ver objetos muy pequeños, p.e. circuitos impresos.
Cuando los patrones térmicos son importantes
Para ensayos no destructivos (NDT) en materiales
Aplicaciones médicas
Requerimientos en una cámara
Sensibilidad Térmica: Se define como: El más pequeño cambio en
temperatura que el instrumento puede detectar
También se define como: Resolución térmica o diferencia equivalente de ruido (NETD)
Es importante saber: la sensibilidad del objeto aumenta con la temperatura, puesto que hay más energía disponible para medir
Aplicaciones especiales
Rango dinámico
Es el rango de variación de temperatura que una cámara puede ver sin saturarse
Rango dinámico IR
Se refiere a las características del rango dinámico del detector como tal.
Se define como la capacidad total del detector dividida por el más pequeño cambio medible en señal que un sistema puede detectar.
Valores típicos de 10 a 16 bits, que dependen de la capacidad térmica del detector y la sensibilidad del sistema.
Las cámaras de onda larga típicamente tiene más rango dinámico IR que las de Onda corta
Lo deseable es un Rango Dinámico IR grande pues así se pueden cubrir mayores rangos de temperatura en una sola imagen manteniendo una buena sensibilidad.
Rango dinámico del Sistema
Se refiere a la fidelidad de los datos procesados o registrados dentro de un sistema.
Especifica en cuantos niveles una señal térmica es dividida cuando es procesada o registrada.
Cuadro 1. Escalas termométricas
0º
200º
Bits (n)
Span Digital L
(2n )
Resolución 200º / L
6 64 3.1º
8 256 0.8º
12 4096 0.05
16 32768 0.006º
Asumiendo que lo máximo de span que permite el detector es 200ºC:
Span Digital
Resolución
La importancia de tener un BUEN RANGO PRECISIÓN
Utilización apropiada de una cámara termográfica
Conozca y aplique el procedimiento de encendido
Sepa y memorice e introduzca los parámetros de compensación requeridos.
Establezca el valor adecuado de emisividad y tenga especial cuidado con mediciones con emisividades por debajo de 0,5
Esté seguro que su objetivo tiene un tamaño adecuado dentro de la relación distancia objeto (RDO) (Que sea mayor que la medición de la resolución espacial del instrumento)
Dirija la cámara lo más perpendicularmente posible, evitando las reflexiones.
Chequee que la cámara no detecte reflexiones desde el objeto.
No dirija la cámara a objetos de muy alta temperatura que superen la máxima que se puede registrar
¿Qué es un buen termograma?
Un buen termograma es aquel que te da la información que tú necesitas: Cualitativa – Para localizar una
anomalía
Cuantitativa – Para medir adecuadamente las temperaturas de la anomalía que detectaste.
¿Es éste un buen termograma?
Max 117.0Max 117.0
>119.9°F
<84.0°F
85.0
90.0
95.0
100.0
105.0
110.0
115.0
Distancia Operativa ~7.5 metros Inframetrics 760 con lente estandar
~10cms
Veamoslo en color
Max 117.0Max 117.0
>119.9°F
<84.0°F
85.0
90.0
95.0
100.0
105.0
110.0
115.0T= 47.2-36.8 = 10.4 C
Algunos datos adicionales
Interruptor de desconexion de 230KV
1200 amps de corriente (a plena carga)
Un interruptor normal se encuentra a 36.8 C
Un dia sin viento ni sol.
Distancia Operativa 7.5 mts.
Max 98.3Max 98.3
>138.3°F
<48.5°F
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
110.0
120.0
130.0
inframetrics
Conoce tu Objetivo
El Objetivo: Guias de alineacion 0.63X1.27 cms
¿Es éste un mejor termograma?
Max 572.0Max 572.0
Max 505.0Max 505.0
>606.6°F
<-292.9°F
-200.0
-100.0
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
T= 300-36.8 = 223.2 C
Tomado a la misma distancia con un lente 3x
FoRD (Regla de oro del buen termógrafo)
Foco
Rango
Distancia
Foco
Rango
Distancia
Tensor de Cable Aéreo
*>20.7°C
*<0.8°C
5.0
10.0
15.0
20.0
¿Estamos demasiado lejos?
760 @ 3X
Quebec, Canadá
Tensor de Cable
Observado a las 11PM
Gillette, Wyoming
Conexión no visible durante el día !
Lentes
Datos de la Celda de Medición
Distancia Operativa a Relación Distancia a Tamaño del Objetivo
La RDTO te dará el tamaño mínimo del objetivo para hacer la meedición. Este número cambia dependiendo del sistema infrarojpo y de la lente que está siendo utilizada.
Lente Std
RDTO Telescópico
RDTO Close-Up Lente
RDTO
ThermaCAM (X50/X90)
16 0 300 8 0 600 32 0 150
ThermaCAM (X95) 25 0 250 12.5 0 500 550 125 (AGEMA) 570 240 250 120 500 450 125 (AGEMA) 470 80 700 LW/BB 1X 150 3X 450 0.5X 75 700SW 1X 60 3X 180 0.5X 30 600 LW 1X 100 3X 300 0.5X 50 * Spot Radiometer None 45 None None None None
Lentes
Focus (mm)
F# FOV (°) InstantaneousFOV/ Spatial
Resolution (mrad)
Beam Aperture
(mm)
Weight (kg)
Transmission Ratio Length
20 0.7 39×34 2.251 29 0.15 0.85 35
40 0.8 20×15 1.125 49.8 0.26 0.85 811
90 1.0 9.2×6.9 10.5 90 0.851 0.85 1071
90 1.1 9×6.8 0.5 82 0.7 0.85 1121
120 1.1 6.8×5 0.375 112.5 2.0 0.85 128 (no lens cap)
150 1.0 5.5×4 0.3 150 2.9 0.85 2221
1501 1.2 5.5×4 .1 0.3 130 3.1 0.85 280
Note: Length covers the distance between cap and the rear of a lens Detection Ranges of IR Thermal Cameras (composed by lens of the series and infrared imaging module IR108) (With: Visibility range: 10 kilometers; Relative humidity: 60%; Background temperature difference: 6 ; Identification probability: 50%)
Lens Detection Range
To People To Vehicles To Airplanes
40mm/F=0.8 400m 1000m 2500m
90mm/F=1.0 1000m 2000m 5000m
150mm/F=1.0 1500m 3000m 10000m
IR522- IR Thermal Weapon Scout (with 40mm/ F= 0.8 aspheric lens) IR512+ - Handheld IR Thermal Viewer (with 90mm/ F= 1.0 aspheric lens)
Wuhan Guide’s Series of aspheric Optical Infrared Lens
Cuál es el Objetivo?
Y algunas otras además se observa aún más pequeño debido al ángulo desde el cual lo estamos viendo.
Algunas veces el objetivo es más pequeño que el objeto.
Resumen de los efectos de la Distancia :
• Producir una imagen nítida.
• Utilizar la relación tamaño del objetivo para determinar si estás lo suficientemente cerca.
• La distancia diluye un punto caliente.
• Utiliza la ThermaLogica- un punto caliente con alrededores más fríos sólo se volverá más caliente si te le acercas o utilizas un lente telescópico.
Continúa Resumen:
Si te encuentras demasiado lejos para obtener una medición exacta, entonces también lo estás para obtener diferencias exactas.
Determina cuál es tu objetivo y de qué forma lo estás observando.
Criterios básicos para selección adecuada de una cámara termográfica
Parámetro Valor Referencia Cámara Profesional
Field of View/ min focus distance
20.4° x 15.3°/ 0.4 m, 40mm/f0.8 lens
Spatial Resolution 1.13mrad Image Frequency 50Hz PAL/ 60Hz NTSC, non-interlaced
Thermal Sensitivity 0.08oC at 30oC Electronic Zoom 2x, 4x Focus Motorized Detector type Microbolometer UFPA (320 x 240)
ULIS detector Manufactured by Sofadir in France.
Spectral Range 7.5-14μm
CERTIFICACIÓN DE TERMÓGRAFOS – NIVEL 1