Módulo 04
La cámara por dentro
El número que lee la cámara no es la temperatura del objeto: sale de una ecuación con la radiación que llegó al detector, los parámetros que usted ingresó y los límites del sensor. Este módulo abre esa caja para que sepa cuándo el número es medible y cuándo no.
Objetivos
- Saber qué mide el FPA (radiancia, no temperatura) y cómo cuidar la lente de germanio.
- Distinguir sensibilidad (NETD) de precisión (±2 °C) al juzgar un ΔT pequeño.
- Calcular el punto medible (3 × 3 píxeles) con el IFOV y la distancia.
- Enfocar y elegir rango antes de disparar; ingresar bien ε, Trefl y distancia, sabiendo por qué el error explota con ε baja.
Detector y lente: qué llega al sensor
Una cámara de inspección (8 a 14 µm) usa una matriz de microbolómetros en el plano focal (FPA): miles de puentes micrométricos cuya resistencia cambia al calentarse unos milikelvin. El FPA no mide grados: mide radiancia, y la cámara la convierte en temperatura con los parámetros que usted le da.
Resoluciones habituales: 160 × 120, 320 × 240 y 640 × 480. Más píxeles no «ven más lejos» por sí solos: lo que decide si un borne se puede medir es el IFOV (más abajo).
La lente es de germanio con recubrimiento antirreflejante; el vidrio es opaco en onda larga. El recubrimiento se raya con un paño seco o un solvente de taller: limpie solo como indica el fabricante. Al sol la lente se desenfoca y pierde transmisión, y al pasar del vehículo al cubículo la cámara necesita aclimatarse antes de medir.
NETD: sensibilidad, no precisión
La NETD es el ruido del detector expresado en temperatura: 30, 50 o 100 mK (0,03 a 0,10 °C). Dice qué ΔT entre dos puntos vecinos se puede ver. Un ΔT de 0,5 °C con NETD de 50 mK es diez veces el ruido: se ve. Uno de 0,05 °C, no.
La precisión es otra cosa: ±2 °C o ±2 %. Un objeto a 80 °C puede leerse 78 u 82 °C y estar en especificación. Por eso la severidad se juzga con ΔT entre fases, no con temperaturas absolutas.
Ejemplo · ¿alcanza para un pararrayos?
En un pararrayos, 1 °C ya es significativo. Con NETD = 50 mK son 20 veces el ruido: se ve. Con una cámara de 100 mK recién salida del vehículo y sin NUC, el ruido de la imagen llega a 0,2 o 0,3 °C y ese grado es dudoso. La NETD de ficha supone cámara aclimatada y NUC hecha.
IFOV y la regla de 3 × 3
El IFOV es el ángulo que cubre un píxel, en miliradianes. A una distancia d, ese píxel cubre un cuadrado de lado s. Para medir (no solo ver) un componente, este debe llenar al menos 3 × 3 píxeles; si no, su valor se promedia con el fondo.
IFOV en mrad y d en metros dan s en mm. Si la ficha solo da el FOV: IFOV ≈ FOV (rad) / píxeles horizontales; 25° y 320 píxeles dan 1,36 mrad.
Ejemplo · pararrayos a 25 m
Zona caliente de 60 mm, lente de 25° (1,36 mrad). A 25 m: s = 1,36 × 25 = 34 mm; punto medible 102 mm. Los 60 mm no cubren 3 × 3: se ve diluida, no se mide. Con teleobjetivo de 12° (0,65 mrad): s = 16 mm, medible 49 mm. Ahora sí.
| Componente | Lente 25° (1,36 mrad) | Tele 12° (0,65 mrad) |
|---|---|---|
| Borne de 12 mm | hasta 2,9 m | hasta 6,1 m |
| Tuerca o casquillo de 25 mm | hasta 6,1 m | hasta 12,8 m |
| Cabeza de pararrayos, 60 mm | hasta 14,7 m | hasta 30,8 m |
Distancia máxima para que el componente cubra 3 × 3 píxeles: d = tamaño / (3 · IFOV).
Laboratorio 1
Distancia y lente: la regla de 3 × 3
Una zona caliente de 60 mm (ΔT real 3 °C) se proyecta sobre la malla de píxeles. Cambie lente y distancia. El laboratorio se completa cuando, a 25 m, el punto medible cabe en esos 60 mm: solo el teleobjetivo lo logra. La escena es el pararrayos de media tensión.
Enfoque: no se corrige después
Enfoque cada toma, no «el tablero en general». Desenfocado, cada punto se reparte en una mancha: el máximo baja y el ΔT de un objeto pequeño se subestima. En un borne de 8 mm, un desenfoque moderado se come 10 o 15 °C de un ΔT real de 25 °C y baja el hallazgo de categoría.
A diferencia de ε, Trefl o la paleta, que el software recalcula, el enfoque queda grabado en el archivo y no se deshace.
Laboratorio 2
El enfoque no se recupera en el software
Desenfoque, mida el máximo de un punto de 8 mm con la caja, y vuelva a enfocar. El perfil muestra cómo la PSF ancha aplasta el pico. El laboratorio se completa cuando ha visto la pérdida y ha recuperado el foco.
Rangos de medición y NUC
La cámara tiene rangos de medición (por ejemplo −20 a 120 °C, 0 a 350 °C y 200 a 1200 °C), cada uno con su calibración. Elija el más bajo que cubra el máximo esperado: en baja tensión suele bastar el de −20 a 120 °C; un borne a 150 °C exige el medio. Un objeto saturado no da número válido; un rango más amplio de lo necesario empeora la NETD efectiva. Cambiar de rango dispara una NUC: espere unos segundos.
La NUC iguala la respuesta de los bolómetros, que derivan con la temperatura del cuerpo de la cámara. Un obturador tapa la lente y la imagen se congela un instante: es normal. Si la cámara se está aclimatando, la NUC se repite y las lecturas bailan; espere al equilibrio.
Ecuación de medición: qué calcula la cámara
Al detector llegan tres cosas: lo que emite el objeto, lo que refleja del entorno y lo que emite el aire del camino. La cámara despeja la primera con los parámetros que usted ingresa:
W radiancia en 8–14 µm. Usted ingresa ε, Trefl, distancia y humedad (de ahí sale τ) y Tatm; con ventana IR, además su transmisión y temperatura. La cámara despeja W(Tobj) dividiendo entre ε·τ.
Ese denominador es el problema. Con ε = 0,10, el reflejo que se resta es el 90 % de la señal y cualquier error de Trefl entra casi entero.
Ejemplo · el mismo error, dos superficies
Objeto a 70 °C, Trefl = 30 °C, τ = 0,95. Con ε = 0,90 (pintura), el 90 % de la señal es del objeto; +10 °C de error en Trefl mueve la lectura menos de 1 °C. Con ε = 0,20 (cobre deslustrado), el objeto aporta el 29 % y el reflejo el 67 %: el mismo error baja la lectura de 70 a ≈ 35 °C, y +0,05 en ε la baja a ≈ 63 °C. Por eso, con ε < 0,5, se mide sobre cinta o pintura o se declara cualitativo.
La atmósfera rara vez decide un hallazgo: a 1 m, τ ≈ 0,99. A 25 m con humedad alta, τ ≈ 0,95 y dejar la distancia en 1 m resta unos 2 °C a un objeto a 90 °C. A decenas de metros, ingrese distancia y humedad reales.
Laboratorio 3
Ecuación de medición y sensibilidad del error
Mueva al menos tres parámetros de la ecuación. La barra apilada muestra de dónde sale la radiancia; la gráfica, el |error| frente a ε cuando se equivoca ε en +0,05 o Trefl en +10 °C. Debajo, la calculadora de error permite cargar casos (aluminio pulido medido con ε = 0,95 ingresada, cobre, cinta, Trefl mal puesta). El laboratorio se completa al responder la pregunta del gráfico.
Todo esto queda en el archivo radiométrico: la radiancia de cada píxel más ε, Trefl, distancia y humedad. Esos parámetros se corrigen después; el enfoque, la saturación o un IFOV insuficiente, no. Una captura de pantalla no guarda nada de esto (módulo 5).
Resumen
- El FPA mide radiancia, no temperatura. Cuide la lente de germanio y aclimate la cámara.
- NETD es sensibilidad; la precisión es ±2 °C. Clasifique con ΔT comparativos.
- s = IFOV · d; el componente debe cubrir 3 × 3 píxeles. La distancia la fija NFPA 70E; el IFOV se gana con el lente.
- Enfoque, rango y NUC se deciden antes de disparar; ε, Trefl y distancia se corrigen después.
- La cámara divide entre ε·τ: con ε < 0,5 el error se amplifica. Mida sobre cinta o declare cualitativo.