3. termografia equipos

CERTIFICACIÓN DE TERMÓGRAFOS – NIVEL 1

Historia

Historia

Historia

Historia

Camara AGEMA 550 refrigerada internamente con Helio

Camaras de hoy

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


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


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


20º = 350 mRad


Resolución espacial de 3 pixeles = 3,28 mRad

1/ RDO = (1 / 3,28) x 1.000= 305

RDO = 1 / 305

Calculando RDO


10º = 175 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

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