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Dec 31, 2023

Las cámaras científicas aportan imágenes térmicas a la investigación hipersónica y de PCB por igual

Uno de los aspectos más importantes (y del que menos se habla) de la I+D es la ingeniería de pruebas. Todos los sistemas electrónicos, ya sean de consumo, industriales o científicos, requieren pruebas y caracterizaciones exhaustivas.

Uno de los aspectos más importantes (y del que menos se habla) de la I+D es la ingeniería de pruebas. Todos los sistemas electrónicos, ya sean de consumo, industriales o científicos, requieren pruebas y caracterizaciones exhaustivas para garantizar el comportamiento, la funcionalidad y la seguridad adecuados.

Con este fin, una herramienta de ingeniería de pruebas crucial es una cámara térmica, un dispositivo que lee con precisión incluso los cambios de temperatura más granulares para caracterizar el rendimiento térmico de un dispositivo. Hoy, Teledyne FLIR ha lanzado lo que afirma son sus cámaras científicas térmicas más avanzadas hasta el momento.

All About Circuits tuvo la oportunidad de hablar con Desmond Lamont, gerente de desarrollo comercial global de Teledyne FLIR, para conocer de primera mano las nuevas cámaras.

Teledyne FLIR llama a esta línea insignia de cámaras científicas de alta velocidad y alta resolución Serie X, compuesta por X858x y X698x.

Diseñada para aplicaciones de ingeniería e investigación científica, la nueva serie de cámaras opera en el espectro infrarrojo de onda media (MWIR) e infrarrojo de onda larga (LWIR). Los nuevos productos cuentan con un núcleo de cámara térmica refrigerado con una resolución de 1280 x 1084 y una velocidad de fotogramas de 180 Hz, junto con una resolución térmica de 640 x 512 y una velocidad de fotogramas de más de 1 kHz.

“Se puede tener un sistema de cámara dirigido al rango de 3 a 5 micrones y otro sistema de cámara dirigido al rango de 7,5 a 12 micrones. Tenemos exactamente la misma interfaz para esas cámaras”, dice Lamont. "Mientras tanto, recopilarás diferentes mediciones de temperatura y radiancia dentro de la banda".

En el panel posterior de cada cámara hay una entrada de disparo dedicada y una entrada de sincronización de tres niveles, que puede ayudar a los usuarios a grabar y sincronizar entre diferentes cámaras.

Estas cámaras científicas de alta velocidad pueden generar cantidades masivas de datos; cada píxel de una cámara de alta resolución puede considerarse un punto de datos, y con cámaras HD como la X858x y la X698x, eso puede significar más de 1,3 millones de puntos de datos.

La nueva serie de cámaras ofrece una nueva funcionalidad de lente motorizada, que permite que la lente de la cámara enfoque de forma remota. De esta manera, si un usuario tiene un sistema de cámara desplegado de forma remota en un campo o en un túnel de viento, por ejemplo, puede ajustar de forma remota su enfoque con el tiempo; no tendrán que coordinarse con alguien en el sitio para realizar ajustes en la lente de enfoque manual. Las cámaras también pueden aplicar calibraciones de fábrica desde las opciones de selección dentro del software.

Otra ventaja de la grabación remota es la rueda de filtros integrada de cuatro posiciones incluida en cada cámara. Según el comunicado de prensa, la rueda se puede cargar con filtros espectrales o densidad neutra para mejorar la calidad de grabación.

La lente motorizada de las cámaras de la Serie X puede hacer que estos dispositivos sean más utilizables en diseño y pruebas electrónicos, donde los usuarios pueden acceder de forma remota a este sistema de cámara a través de la red y monitorear un conjunto de chips desde casa.

Las generaciones anteriores de estas cámaras sólo ofrecían un búfer de RAM capaz de almacenar unos 30 segundos de datos. Sin embargo, la nueva Serie X aprovecha una interfaz Camera Link para evitar este búfer y escribir datos de 512 GB directamente en un SSD, lo que permite hasta 15 minutos de datos almacenados a la vez, una mejora de 30 veces.

Camera Link es un estándar oficial de la Automated Imaging Association (AIA) que define la comunicación de alta velocidad en tiempo real entre cámaras de alta velocidad y capturadores de fotogramas. Esta interfaz ofrece un gran ancho de banda de 255 Mbytes/s para un cable y hasta 850 Mbytes/s para dos cables. En comparación, Ethernet ofrece un ancho de banda de hasta 10 Mbits/s.

“Nuestro búfer de RAM de 30 segundos ha sido utilizado por muchos de nuestros clientes de campos de pruebas de defensa que capturan eventos muy rápidos, como ataques con misiles. Al omitir la RAM integrada y grabar directamente en el SSD intercambiable en caliente, un usuario con la unidad estándar puede grabar 15 minutos a fotograma completo y a máxima velocidad, lo que debería ser suficiente para muchas aplicaciones”.

Al grabar directamente en el SSD para esas grabaciones extendidas, los usuarios pueden ahorrar integración y costos, especialmente en comparación con métodos más antiguos de aprovechar grabadores de datos y capturadores de fotogramas. Una vez que los datos se transfieren desde el SSD a una computadora conectada, el procesamiento de datos se puede ejecutar a través de FLIR Research Studio o FLIR Science Camera SDK.

Las cámaras de la serie X pueden ser un activo útil en el diseño y las pruebas electrónicas, ya que proporcionan datos térmicos para la investigación de PCB, la identificación de fallas de componentes y el análisis de placas. Las cámaras pueden activarse y sincronizarse electrónicamente y ofrecen una alta sensibilidad de 20 mikelvins o más.

También cuentan con un tamaño de píxel pequeño de 12 micrones. Esto implica que cuando la cámara se combina con una óptica de microscopio, los usuarios pueden capturar imágenes de datos de hasta cuatro micrones por píxel. Esto permite a los diseñadores identificar puntos calientes en componentes pequeños y realizar algo llamado termografía de bloqueo.

A diferencia de la termografía pasiva, donde los usuarios simplemente apuntan una cámara infrarroja a una placa de circuito para identificar puntos calientes, la termografía de bloqueo sincroniza la fase de un pulso de excitación y la captura del cuadro. Como resultado, todas las demás señales desaparecen, aumentando la sensibilidad. Usando las cámaras de la Serie X, los usuarios pueden resaltar fallas minúsculas en áreas de circuitos que normalmente son demasiado pequeñas para visualizarlas incluso con resoluciones de píxeles de cuatro micrones.

Más allá de la termografía de bloqueo, Lamont también informa haber visto a clientes utilizar las nuevas cámaras de la serie X en aplicaciones aerotérmicas, específicamente en túneles de viento y túneles de choque para investigaciones hipersónicas en varias universidades y sitios de defensa.

"También hemos visto estas cámaras montadas en aviones para la investigación de cultivos porque, nuevamente, se trabaja en infrarrojos", comenta Lamont. "Entonces, se puede observar la salud de los cultivos y cosas de esa naturaleza". Otro investigador incluso informó que utilizó captura estereoscópica 3D de proyectos de impresión 3D.

Lamont concluye: “Las cámaras de la Serie X son los productos científicos emblemáticos y de más alto nivel que tenemos. Son las más flexibles, tienen la mayor conectividad, las velocidades de cuadros más altas y los mejores niveles de comando y control de nuestros modelos de cámaras científicas”.