ICON Tecnologia Termográfica e Engenharia Consultiva Ltda A Qualidade em Termografia

Transcripción

1 Qué es un Bolómetro? Ing. Attílio Bruno Veratti Instructor y Inspector Termografista ITC Nivel III Traducción: Inga Erandy Flores Instructora y Inspectora Termografista ITC Nível II Conociendo los bolómetros y a sus sucesores, los microbolómetros, los cuáles son la base de los sistemas infrarrojos utilizados en la actualidad. La denominación bolómetro cubre una gran variedad de detectores de tipo térmico* destinados no sólo a la medición de radiación electromagnética, sino también de partículas subatómicas de alta energía. Son especialmente eficaces para mediciones en el rango espectral entre 200 micrómetros y 1 milímetro de longitud de onda. El término bolómetro viene del griego bole: radiación y metro: medir. En principio, un bolómetro está compuesto de un material que absorbe la radiación en estudio, montado en conjunto con un dispositivo disipador de calor (estabilizador térmico). En el siguiente ejemplo el material que absorbe la radiación está montado sobre una superficie en forma de mesa y aislado térmicamente del sustrato, que está protegido de la radiación. Ejemplos de sensores tipo bolómetro. A medida de que el absorbente cambia su temperatura, en función de la radiación absorbida, algún tipo de dispositivo mide la diferencia entre esa temperatura y la del disipador de calor. La masa del material absorbedor debe ser la menor posible para disminuir la inercia térmica del dispositivo.

2 Los primeros ejemplares fueron construidos alrededor de 1878, por el astrónomo norte americano Samuel Langley. Samuel Langley. Estos primeros modelos eran construidos con dos tiras de platino, siendo una de ellas expuesta a la radiación. Un puente de Wheatstone permitía medir la diferencia entre la resistencia eléctrica expuesta a la radiación (más caliente) y la tira protegida (más fría). Esquema de un puente de Wheatstone en un microbolómetro, la radiación incide sobre la resistencia R 2. En la década de los 90 los avances en la fabricación de circuitos electrónicos permitieron la miniaturización de estos dispositivos y la producción de los microbolómetros especialmente diseñados para el infrarrojo de ondas medias y largas. Estos sensores han permitido una gran evolución en la tecnología de los sistemas infrarrojos.

3 Los microbolómetros modernos utilizan como materiales absorbentes al óxido de vanadio (VOX) o a silicio amorfo y pueden operar a temperatura ambiente (lo cual es ventajoso para los sistemas de uso médico e industrial). Sin embargo, existen los modelos de alta sensibilidad, utilizados en aplicaciones especiales, los cuales deben ser operados a temperaturas criogénicas. Modelos esquemáticos de microbolómetros. Aunque los tipos más comunes operan a temperatura ambiente, la estabilidad térmica y un control preciso de la temperatura de todos los elementos de un microbolómetro son de la máxima importancia, ya que una alteración de 1 C en el objeto medido puede significar una alteración de apenas 0,001 C en el elemento sensor. La miniaturización de los microbolómetros así como el que no necesiten de enfriamiento, permite el montaje de estos en forma de arreglos o matrices de plano focal (Focal Plane Arrays), actualmente presentes en la gran mayoría de los sistemas infrarrojos en uso.

4 Imágenes tomadas en microscopio electrónico mostrando arreglos de microbolómetros. Los FPA más utilizados varían desde los sensores (120x120) hasta los sensores (640x480) para aplicaciones industriales, sin embargo existen modelos con más de de sensores para aplicaciones específicas en la investigación y en el área militar. La información generada por cada sensor microbolómetro produce un punto en la imagen llamado pixel (de Picture Element). Imágenes producidas por sistemas utilizando FPAs de sensores (abajo a la izquierda), sensores (abajo a la derecha), sensores (arriba a la izquierda) y sensores (arriba a la derecha)

5 Imagen compuesta, simulando un FPA con sensores Un parámetro importante en la clasificación de los FPAs de microbolómetros es la sensibilidad térmica, esto es, la capacidad de medir pequeñas diferencias de temperatura, lo cual está definido por NEDT (Noise Equivalente Temperature Difference). Los microbolómetros tienen NEDTs que varían entre 250 mk y 40 mk. Otro parámetro importante en el análisis de los FPAs de microbolómetros es el Pitch, definido como la distancia horizontal (medida en micrómetros), entre los centros de dos microbolómetros adyacentes. El valor de pitch de los mejores FPAs actuales es de 25 micrómetros. Valores de pitch más reducidos producen imágenes más nítidas, aunque hay una limitación física, puesto que el sensor no puede ser menor que la longitud de onda a detectar (12 micrómetros en el caso de la onda larga). El Pitch corresponde a la distancia entre los centros de dos microbolómetros

6 Al final, con sus características físicas y de sensibilidad, los microbolómetros formarán los FPAs, los cuales, en conjunto con las lentes, definirán características importantes de los sistemas infrarrojos, como: NEDT, campo de visión (FOV), campo de visión individual (IFOV) y campo de visión de medición (MFOV). * Detectores cuya operación se basa en el cambio de temperatura del elemento sensor El Autor Ing. Attílio Bruno Veratti abv@icontec.com.br - Ingeniero Metalúrgico formado por la FEI en Especialista en sistemas termográficos con 29 años de en cursos en Inglaterra, Holanda, Estados Unidos y Suecia por la Agema Infrared Systems, Cincinnati Electronics, Raytec y FLIR Systems. - Implanto la actividad de inspecciones termográficas en la empresa Optronics Sistemas Ópticos y Electrónicos (representante de AGEMA Infrared Systems), siendo posteriormente gerente de marketing de la misma. - Autor del libro Termografía Principios y Aplicaciones (1984 y 1992) - Autor del CD Termografía primer trabajo multimedia en el campo de la termografía (1997). - Autor de la metodología que dio origen a las normas de Petrobrás N-2475 y Electronuclear PN-T12 para la clasificación de los componentes eléctricos que sufren calentamiento (reg. CONFEA /85). - Acumula más de 2800 inspecciones termográficas, incluidos los más diversos campos de aplicaciones y desarrollo de la Termografía. - Autor del libro Procedimientos de Seguridad en Inspecciones Termográficas de Sistemas Eléctricos (2005) - Actualmente es director de la empresa ICON Tecnología y consultor de diversas empresas en el área del desarrollo de nuevas aplicaciones de la Termografía. - Responsable del sitio y base de datos de búsqueda de información - Termografista Nivel II (2006) y Nivel III (2007) por el ITC Boston, USA (Norma ASNT SNT-TC-1) - Termografista nivel II (2008) por el ITC Estocolmo, Suecia (Norma ISO 18436) - Miembro de los Comités de Certificación y Normalización de ABENDE. - Impartió cursos de capacitación en el área a más de 2000 profesionales en el período de 1980 a 2006, desde entonces se desempeña como miembro del equipo de Instructores con Licencia del Infrared Training Center ITC, Estocolmo.