¿Refrigerada o no refrigerada?

Las cámaras de imágenes térmicas con un detector refrigerado ofrecen algunas ventajas frente a las cámaras de imágenes térmicas con un detector no refrigerado. Sin embargo, son más costosas. Una cámara moderna de imágenes térmicas refrigerada tiene un sensor de imágenes que está integrado con un refrigerador criogénico, que reduce la temperatura del sensor a temperaturas criogénicas. Esta reducción en la temperatura del sensor es necesaria para reducir el ruido térmicamente inducido a un nivel inferior al de la señal de la escena de la cual se están generando imágenes.

Los refrigeradores criogénicos tienen piezas móviles fabricadas con tolerancias mecánicas extremadamente limitadas que se desgastan con el tiempo, así como gas helio que poco a poco se abre paso a través de las juntas de sellado de gas. Al final, se requiere restaurar el refrigerador criogénico tras un periodo de 10,000 a 13,000 horas de funcionamiento.

Las ventajas de las cámaras no refrigeradas plantean la pregunta: ¿Cuándo es mejor usar cámaras térmicas refrigeradas para aplicaciones de I+D?

La respuesta es: depende de la aplicación.

Si desea ver las diferencias de temperatura mínimas, necesita la mejor calidad de imagen, tener aplicaciones rápidas/de alta velocidad, si necesita ver el perfil térmico o medir la temperatura de un objetivo muy pequeño, si desea visualizar fenómenos térmicos en una parte muy específica del espectro electromagnético, o si desea sincronizar su cámara de imágenes térmicas con otros dispositivos de medición… una cámara de imágenes térmicas refrigerada es el instrumento a elegir.

Ejemplos de comparación

Alta velocidad

Estas imágenes infrarrojas comparan los resultados de captura de un neumático que gira a 20 mph. El de la izquierda se tomó con una cámara térmica refrigerada. Se pensaría que el neumático no gira, pero este es el resultado de una tasa de captura muy rápida de la cámara refrigerada que ha detenido el movimiento del neumático. La velocidad de captura de la cámara no refrigerada es simplemente demasiado lenta para capturar el neumático al girar, lo que hace que los rayos de la rueda parezcan transparentes.

Resolución espacial

Las imágenes térmicas anteriores comparan el mejor aumento en primer plano que se puede lograr con un sistema de cámara refrigerada y no refrigerada. La imagen de la izquierda se tomó con una lente de aproximación de 4× y una combinación de cámara refrigerada con un paso de 13 μm, lo que dio como resultado un tamaño de punto de 3.5 μm. La imagen de la derecha se tomó con una lente de aproximación de 1× y un sensor sin enfriar de 25 μm de paso, lo que dio como resultado un tamaño de punto de 25 μm. Las cámaras refrigeradas generalmente tienen mayores capacidades de aumento que las cámaras no refrigeradas, debido a la detección de longitudes de onda infrarrojas más cortas. Debido a que las cámaras refrigeradas tienen mayores características de sensibilidad, las lentes con más elementos ópticos o elementos más gruesos pueden usarse sin degradar la relación señal/ruido, lo que permite un mejor rendimiento de aumento.

Sensibilidad

A menudo es difícil apreciar completamente el valor que ofrece la sensibilidad mejorada de las cámaras térmicas refrigeradas. ¿Cómo se siente el beneficio de una cámara térmica no refrigerada con sensibilidad de 50mK en comparación con una cámara térmica refrigerada con sensibilidad de 20mK? Para ayudar a ilustrar esta ventaja, realizamos un experimento de sensibilidad rápido. Para esta comparación, colocamos la mano en una pared durante unos segundos para crear una huella térmica. Las primeras dos imágenes muestran la huella inmediatamente después de retirar la mano. Y el segundo conjunto de imágenes muestra la firma de la huella térmica después de dos minutos. Como puede ver, la cámara refrigerada aún puede ver la mayor parte de la firma térmica de la huella, mientras que las cámaras no refrigeradas solo muestran los restos parciales de la huella. La cámara refrigerada puede detectar claramente diferencias de temperatura más pequeñas y por periodos más prolongados que la cámara no refrigerada. Esto significa que la cámara refrigerada proporcionará mejores detalles sobre su objetivo y le ayudará a detectar incluso las anomalías térmicas más débiles.

Filtrado espectral

Una de las grandes ventajas de las cámaras térmicas refrigeradas es la capacidad de realizar fácilmente el filtrado espectral para develar detalles y tomar mediciones que de otro modo serían inalcanzables con cámaras térmicas no refrigeradas. En el primer ejemplo que se muestra aquí, estamos utilizando un filtro espectral, ya sea colocado en un soporte de filtro detrás de la lente o incorporado en el conjunto del detector con dewar, para obtener imágenes a través de la llama. El usuario final quería medir y caracterizar la combustión de partículas de carbón dentro de una llama. Usando un filtro infrarrojo espectral de “ver a través de la llama”, filtramos la cámara refrigerada a una banda de onda espectral donde la llama era transmisiva y, por lo tanto, pudimos obtener imágenes de la combustión de partículas de carbón. El primer video es sin el filtro de llama y todo lo que vemos es la llama misma. La segunda es con el filtro de llama y podemos ver claramente la combustión de las partículas de carbón.

El segundo ejemplo utiliza un filtro de óxido nitroso que filtra a donde el óxido nitroso absorbe el infrarrojo y, por lo tanto, podemos “verlo” con la cámara térmica refrigerada. La aplicación era diseñar una mejor mascarilla de óxido nitroso y un mejor sistema de rescate de desechos; por lo tanto, el primer video consiste en obtener imágenes del diseño de mascarilla anterior y el segundo video consiste en obtener imágenes del nuevo diseño de mascarilla. Como puede ver, el diseño de mascarilla anterior está dejando escapar mucho gas nitroso en la habitación, lo cual es preocupante por muchas razones. El nuevo diseño de mascarilla tiene una fuga mínima y parece ser una mejor solución.

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