La ciencia detrás de la imagen óptica de gases

La ciencia detrás de la imagen óptica de gases

Una cámara de imagen óptica de gases (OGI) es una versión especializada de una cámara termográfica o infrarroja. Consiste en una lente, un detector, componentes electrónicos para procesar la señal del detector y una pantalla o visor para que el usuario vea la imagen producida por la cámara.

Detectores en cámaras OGI

Las cámaras OGI utilizan detectores cuánticos que requieren enfriamiento a temperaturas criogénicas (alrededor de 70 K o -203 °C). Las cámaras de onda media que detectan gases como el metano suelen operar en un rango de 3 a 5 μm y utilizan un detector de antimoniuro de indio (InSb). Las cámaras de onda larga que detectan gases como el hexafluoruro de azufre suelen operar en un rango de 8 a 12 μm y utilizan un foto detector infrarrojo de pozos cuánticos (QWIP).

Método de enfriamiento

Los detectores de la mayoría de las cámaras OGI se enfrían mediante refrigeradores Stirling. El proceso Stirling elimina el calor del "dedo frío" y lo disipa en el lado caliente. Aunque la eficiencia de este tipo de refrigerador es relativamente baja, es suficiente para enfriar un detector de cámara infrarroja.

Adaptación espectral

La cámara OGI utiliza un método de filtro espectral que le permite detectar compuestos gaseosos. El filtro se instala frente al detector y se enfría junto con este para evitar el intercambio de radiación entre el filtro y el detector. El filtro restringe las longitudes de onda de la radiación que puede pasar al detector a una banda muy estrecha llamada banda de paso. Esta técnica se conoce como adaptación espectral.

Espectro de absorción infrarroja de los gases

Para la mayoría de los compuestos gaseosos, las características de absorción infrarroja dependen de la longitud de onda. Por ejemplo, el propano y el metano tienen picos de absorción en ciertas longitudes de onda específicas. Las regiones en amarillo en las figuras correspondientes representan un filtro espectral de muestra utilizado en una cámara OGI, diseñado para coincidir con el rango de longitud de onda en el que la mayoría de la energía infrarroja de fondo sería absorbida por el gas de interés en particular.

Detección de hidrocarburos

La mayoría de los hidrocarburos absorben energía en un rango cercano a 3,3 μm, por lo que el filtro de muestra mencionado se puede utilizar para detectar una amplia variedad de gases. Los factores de respuesta de más de 400 compuestos adicionales están disponibles en el sitio web correspondiente.

Detección de etileno

El etileno tiene dos bandas de absorción fuertes, pero un sensor de onda larga detectará este gas con mayor sensibilidad que un sensor de onda media, dependiendo de la curva de transmitancia mostrada en las figuras correspondientes.

Efecto de una nube de gas

Para visualizar una nube de gas en relación con el fondo, debe haber un contraste radiante entre la nube y el fondo. Es decir, la cantidad de radiación que sale de la nube no debe ser igual a la cantidad de radiación que entra en ella. Si la radiación emitida y la absorbida por la nube son iguales, la nube será invisible.

Factores clave para la detección efectiva de gases

• El gas debe absorber la radiación infrarroja en la banda de onda que la cámara puede detectar.
• La nube de gas debe tener un contraste radiante con respecto al fondo.
• La temperatura aparente de la nube debe ser diferente a la del fondo.
• El movimiento de la nube facilita su visualización.
• La calibración del equipo OGI para medir la temperatura es crucial para evaluar el Delta T (diferencia de temperatura aparente entre el gas y el fondo).

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