¿Con o sin refrigeración?

Las cámaras termográficas con detector refrigerado ofrecen ventanas con respecto a cámaras termográficas con detector sin refrigeración. Sin embargo, son más caras. Una cámara termográfica refrigerada moderna tiene un sensor generador 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 inducido térmicamente a un nivel por debajo del de la señal de la escena de la que se están generando imágenes.

Los refrigeradores criogénicos son piezas móviles fabricadas con tolerancias mecánicas extremadamente ajustadas que se desgastan con el tiempo, así como el gas de helio que poco a poco se va escapando por las juntas de sellado de gas. Al final, se requiere una reposición del criorrefrigerador tras un periodo de 10 000 a 13 000 horas de funcionamiento.

Las ventajas de las cámaras sin refrigeración plantean la pregunta: ¿Cuándo es mejor utilizar cámaras termográficas sin refrigeración para aplicaciones de I+D?

La respuesta es: depende de la aplicación.

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

Ejemplos de comparaciones

Alta velocidad

Estas imágenes IR comparan los resultados de capturas de un neumático que gira a 32 km/h. La de la izquierda se tomó con una cámara termográfica refrigerada. Cabría pensar que el neumático no está girando, pero es el resultado de una velocidad de captura muy alta de la cámara refrigerada que ha detenido el movimiento del neumático. La captura de la cámara sin refrigeración simplemente es demasiado lenta para capturar el neumático que gira, lo que hace que los radios de la rueda parezcan transparentes.

Resolución espacial

Las imágenes térmicas anteriores comparan la mejor ampliación de acercamiento que puede conseguirse con un sistema de cámara refrigerada y sin refrigeración. La imagen de la izquierda se tomó con una lente de acercamiento de 4 aumentos y una combinación de cámara refrigerada de 13 μm de paso, lo que tiene como resultado un tamaño de punto de 3,5 μm. La imagen de la derecha se tomó con una lente de acercamiento de 1 aumento y un sensor sin refrigeración de 25 μm de paso, lo que tiene como resultado un tamaño de punto de 25 μm. Las cámaras refrigeradas suelen tener mayores capacidades de ampliación que las cámaras sin refrigeración porque detectan longitudes de onda de infrarrojos más cortas. Como las cámaras refrigeradas tienen mayores características de sensibilidad, lentes con más elementos ópticos o elementos más gruesos que pueden utilizarse sin degradar la relación de señal y ruido, lo que permite un mejor rendimiento de ampliación.

Sensibilidad

A menudo es difícil apreciar del todo el valor que ofrece la mejor sensibilidad de las cámaras térmicas refrigeradas. ¿Qué opina de la ventaja de una cámara térmica sin refrigeración con una sensibilidad de 50 mK en comparación con una cámara térmica refrigerada con una sensibilidad de 20 mK? Para ilustrar mejor esta ventaja, llevamos a cabo un rápido experimento de sensibilidad. Para esta comparación, pusimos la mano en una pared unos segundos para crear una huella térmica de la mano. Las primeras dos imágenes muestran la huella de la mano inmediatamente después de quitar la mano. Y el segundo conjunto de imágenes muestra la firma de la huella térmica de la mano transcurridos dos minutos. Como puede verse, la cámara refrigerada aún puede ver la mayoría de la firma térmica de la huella de la mano, mientras que las cámara sin refrigeración solo muestra restos parciales de la huella de la mano. La cámara refrigerada puede detectar claramente diferencias menores de temperatura y durante más tiempo que la cámara sin refrigeración. Esto significa que la cámara refrigerada proporcionará un mejor detalle del objetivo y le ayudará a detectar hasta las más ínfimas anomalías térmicas.

Filtrado espectral

Una de las mayores ventajas de las cámaras térmicas refrigeradas es la capacidad de realizar con facilidad un filtrado espectral para desvelar detalles y realizar mediciones que de otra forma serian inviables con cámaras térmicas sin refrigeración. En el primer ejemplo que se muestra aquí, estamos utilizando un filtro espectral, ya sea con un filtro colocado en un soporte de filtro tras la lente o integrado en el ensamblaje del detector del dewar, para generar imágenes a través de las llamas. El usuario final quería medir y caracterizar la combustión de partículas de carbón dentro de una llama. Utilizando un filtro de infrarrojos espectral «para ver a través de las llamas», filtramos la cámara refrigerada para una banda de onda espectral en la que la llama era transmisiva y, por tanto, podíamos generar imágenes de la combustión de las partículas de carbón. El primer vídeo no tiene el filtro de llamas y todo lo que vemos es la propia llama. El segundo tiene el filtro de llamas y podemos ver claramente la combustión de las partículas de carbón.

El segundo ejemplo utiliza un filtro de óxido nitrosos que filtra hasta donde el óxido nitroso es absorbente para los IR y, por tanto, podemos «verlo» con la cámara térmica refrigerada. La aplicación era para diseñar una máscara de óxido nitroso y un sistema de inspección mejores. Así pues, el primer vídeo genera imágenes con el diseño de máscara antiguo y el segundo, con el diseño de máscara nuevo. Como puede ver, el diseño de máscara antiguo deja escapar mucho gas nitroso a la estancia, lo que es preocupante por muchos motivos. El diseño de máscara nueva tiene un mínimo de fugas y parece ser una mejor solución.