Cámaras de Efecto Corona: Detección de Problemas Ocultos
Descarga Corona
Tabla de contenidos
- La corona es un tipo de descarga parcial en la que se emiten electrones al aire.
- El mecanismo de emisión de electrones pertenece al ámbito de la física.
- Todo el proceso comienza cuando los rayos cósmicos ionizan las moléculas del aire que rodea a los equipos de alta tensión al desviar un electrón de su órbita.
- Ver el efecto de la ionización
- El electrón libre liberado en el proceso es repelido por el campo eléctrico que rodea al hardware durante su fase negativa.
- Y atraído durante la fase positiva.
- Si la fuerza de repulsión empuja al electrón a una velocidad suficientemente alta, entonces hará que más de un electrón se libere durante una colisión con otra molécula de aire.
- Cuando dos o más electrones se liberan por colisión, se forma una avalancha.
- La avalancha continuará hasta que el campo eléctrico haya disminuido su intensidad hasta el punto en que no acelere el electrón a una velocidad lo suficientemente rápida como para liberar un electrón durante una colisión.
- En esta fase, la colisión provoca la excitación de la molécula.
- La molécula quiere volver a su estado neutro.
- Para ello, emite el exceso de energía en forma de fotones de luz.
- La frecuencia de los fotones depende de los átomos y de los tipos de enlace de la molécula excitada.
En el caso del N2 (el principal componente del aire que nos rodea), las frecuencias de luz emitidas se sitúan principalmente en la gama UV, con sólo un 5% por encima de 400 nm, que se considera el extremo inferior del azul visible.
El espectro luminoso de la fluorescencia de N2, después de haber sido estirado verticalmente 1000 veces más grande.
Detección de descargas Corona
Las descargas de corona tienen varias firmas que pueden detectarse:
Las cámaras UV son las mejores para detectar descargas de corona.
El Sol emite luz ultravioleta en todas las bandas.
La capa de ozono sólo deja pasar algunas frecuencias en varios volúmenes.
| Tipo de radiación UV | Longitud de onda | Efecto | Transmisión a través de la Zona O |
| UVA, onda larga | 400-315 nm | Bronceado de la piel | 95% |
| UVB, gama de onda media | 315-280 nm | Daños en el ADN | 5% |
| UVС, Gama de onda corta | 280-100 nm | Muerte celular | 0% |
Por debajo de 280 nm la luz de la fluorescencia del N2 es únicamente visible
Por debajo de 280 nm queda muy poca luz, por lo que se utiliza un intensificador de imagen para amplificar la luz hasta niveles en los que la cámara pueda percibirla.
Intensificadores de imagen
Debido al espaciado y a la desalineación de las placas del microcanal, se produce cierta dispersión de los electrones durante la transición de una placa a la siguiente, lo que da lugar a puntos satélites alrededor de la proyección del lugar de descarga.
Funcionamiento del CCD
Cuando la pantalla de fósforo recibe el impacto de los electrones, se ilumina en verde.
La luz verde es detectada por los píxeles del CCD, donde se convierten de nuevo en electrones.
El CCD tiene una carga máxima que puede aceptar entre lecturas antes de desbordarse.
Cuando un píxel se "desborda" se denomina blooming.
Los electrones desbordados se abren paso hacia los píxeles vecinos, aumentando su valor de lectura, lo que provoca una imagen de aspecto borroso.
Cuando un píxel se satura y se "desborda", los valores de intensidad adicionales que se desbordan se pierden.
Lo ideal es reducir la ganancia hasta que el píxel no se sature, pero entonces se perderán señales de menor intensidad, lo que reducirá la sensibilidad de la cámara.
Tratamiento de imágenes - Visualización
La imagen en bruto de la corona no es útil para el inspector, ya que no contiene información estructural que le permita identificar la ubicación física de la descarga.
Detección de descargas Corona
Para poder visualizar las imágenes UVC y visibles de forma útil hay que utilizar 2 tipos de cámaras junto con ópticas adecuadas.
La imagen UV detectada se superpone a una imagen visible para mostrar dónde se produce la descarga. La mancha UV se colorea en falso para que sea observable.
Acercar
Una vez detectada una descarga, la cámara debe acercarse para mostrar al operador la causa física de la descarga.
El zoom es el término común para cambiar el campo de visión.
Campo de visión (FOV)
El campo de visión es el ángulo sólido a través del cual un detector es sensible a la luz.
FOV = Campo de visión
DFOV = Campo de visión diagonal
HFOV = Campo de visión horizontal
VFOV = Campo de visión vertical.
Cuando una cámara se acerca con el zoom, el FOV se reduce.
El marco negro es el FOV inicial
El marco verde muestra el FOV ampliado.
Zoom óptico
El zoom óptico es el resultado de cambiar el campo de visión (FOV) de la cámara, lo que se consigue cambiando mecánicamente la posición relativa de los elementos del objetivo.
Este es el mejor tipo de zoom, ya que hace visibles los detalles más pequeños.
La fuerza del zoom se puede expresar como "##x" zoom, pero esto no es útil ya que no conoces el FOV inicial o final.
Por lo tanto, es mejor indicar el FOV inicial y final.
es decir
Zoom digital
El zoom digital amplía cada píxel.
- Este es el peor tipo de zoom, ya que no aumenta el detalle observado.
- Por lo general, el zoom digital sólo se aplica después de que las cámaras hayan alcanzado su zoom óptico máximo.
- El método matemático utilizado para ampliar los píxeles tiene un efecto enorme en el resultado final.
La ampliación puede ser interpolativa o no interpolativa. La interpolativa da bordes degradados en lugar de la no interpolativa, que da bordes nítidos en bloque.
Visualización del vídeo
La mayoría de las cámaras modernas tienen sensores de imagen de mayor resolución que la pantalla de la cámara.
Zoom de visualización - Muestreo descendente
El flujo de vídeo puede reducirse para ajustarse a la altura o anchura de la pantalla mediante un muestreo descendente.
Sensibilidad
La sensibilidad de la cámara es un aspecto importante. Sin embargo, no existe una prueba estandarizada para la sensibilidad de las cámaras Corona.
La sensibilidad puede expresarse de diversas maneras:
- W/cm2 (vatios por cm cuadrado): la luz UV necesaria para que aparezca una mancha en la pantalla de la cámara.
- pC (picoCoulomb): número de electrones necesarios para generar (mediante ionización) la luz ultravioleta necesaria para que aparezca una mancha en la pantalla de la cámara.
- RIV (Radio Influence Voltage): el ruido radioeléctrico generado por la ionización causada por los electrones necesarios para generar la luz ultravioleta necesaria para que aparezca una mancha en la pantalla de la cámara.
Unidades de sensibilidad:
- W/cm2 Vatios por cm cuadrado.
- pC (picoCoulomb) Pico es un prefijo de unidad en el sistema métrico que denota un factor de 10-12 . El culombio se define como la cantidad de electricidad transportada en un segundo por una corriente de un amperio.
- RIV (Radio Influence Voltage) Tensión de alta frecuencia, generada por cualquier fuente de corriente de ionización que aparece en los bornes de los aparatos de energía eléctrica o en los circuitos de potencia.
Factores que afectan a la intensidad de la descarga y a la cantidad de UV generada:
- La tensión aplicada
- La carga extraída
- La frecuencia de repetición de las descargas
- La longitud de la aguja
- El filo de la aguja
- El material de la aguja
- El estado de la superficie de la aguja
- La temperatura de la aguja
- La capacidad de conducción del aire ambiente, que depende de la temperatura del aire, la humedad, la presión y las partículas en suspensión.
- La velocidad del flujo de aire
- Tanto si la descarga se ve de frente como si no
Ninguna de las anteriores se controla en las pruebas de la cámara corona; sus efectos tampoco se comprenden del todo.
RIV - En teoría, en realidad se calcula a partir de pC
IEC 60270:2000 - se refiere a cómo se midió el pC, no a la configuración para generar la descarga. La norma se redactó antes de que existieran las cámaras corona de protección solar y no aborda ninguna de las variables que afectan al uso de las cámaras corona.
NEMA 107-1987 - se refiere a cómo se midió el RIV, de nuevo fue escrito mucho antes de que las cámaras corona estuvieran disponibles.
Dado el número de variables no controladas (y sus efectos), no es adecuado utilizar un punto de descarga como fuente de luz ultravioleta para las pruebas de sensibilidad de las cámaras.
El uso de un dispositivo llamado cuerpo negro es más adecuado, ya que pocas de las variables que afectan a las descargas afectan al cuerpo negro.
El cuerpo negro se utiliza en física como fuente estable de luz en toda una gama de frecuencias. La intensidad de la luz por frecuencia se controla fácilmente y con precisión ajustando la temperatura del dispositivo.
La única variable es la distancia a la que se mantiene la cámara de la abertura del cuerpo negro.
Lo único que hay que hacer bien es el cálculo de la luz ultravioleta emitida por la BB a través de su abertura.
¿Qué interpreta la detección?
La mayoría de los usuarios prácticos consideran que una mancha en el mismo lugar en el 50% de los fotogramas por segundo es una indicación de que hay una fuente UV en ese lugar.
Contando
Se necesitaba una expresión de la intensidad de la descarga para calcular la tasa de decaimiento de los componentes afectados.
Inicialmente se aplicó el recuento de manchas.
Sólo resultó eficaz en descargas de baja intensidad cuando la cámara está desenfocada, ya que las manchas superpuestas o en contacto sesgaban los resultados.
La suma de intensidades resultó ser un enfoque mejor, ya que sus resultados sólo se sesgaban cuando la imagen alcanzaba la saturación.
Se suman los valores de escala de grises de todos los píxeles y se resta un valor de "imagen en blanco".
A continuación, este valor se ajusta a la irradiación UVc necesaria para generar la misma intensidad.
Cambiando el área de muestreo se puede medir la intensidad de la luz recibida de las descargas individuales.
Intensidad de descarga
Para obtener la intensidad de descarga aparente hay que tener en cuenta una serie de factores:
- Distancia entre la cámara y la fuente de descarga
- La densidad del aire (temperatura y presión del aire) y su composición, es decir, gases, humedad, partículas en suspensión, etc.
- El flujo de aire
- Actividad de ionización presente de forma natural (depende de la altitud)
- Los ajustes de la cámara
- El tipo de corona
- La tensión aplicada
- El punto de vista del observador