Metrología y Calibración

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A novel design of deep space 25KW water-cooled feeder at X-band and high power test campaign aspects
(The European Space Agency, 2017-04-06) García Patrón Mendiburu, Martín; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)
"Future deep-space missions will generate increasing quantities of data from hundreds of millions of kilometres, requiring much higher RF power level as well as higher frequency bands to increase data transmission capacity. The European Space Agency (ESA) operates a network S/X/Ka-band antennas for Telemetry, Tracking and Command (TT&C) operations of different categories of spacecraft. Present ESA Deep Space Stations are (DSS) equipped with a 20 KW X Band High Power Amplifier (HPA). Future missions will demand larger uplink power levels, for distant spacecraft or for critical phases like entry descending and landing or for emergency situations of missions. This paper presents a part of the work done in the frame of an ESA TRP activity ""X-band Cryogenic Feed Prototyping"". The emphasis is given on development of the transmitting part that has to deal with minimum 25KW of RF power as well as on the preparation of the testing campaign. In order to prove target properties of the feeder, as a main task appears definition of the corona discharge and power handling test. A novel feeder concept is applied and developed with objective to provide a compact solution that offers superior properties as well as a simple interface with cryogenic receiver. The RF design of the feeder components is refined using SPARK3D software to assure absence of the corona discharge under operational conditions. The transmitting part of the feeder shall be equipped with fully integrated and efficient water-cooling system maintaining the complete system on the optimal temperature. The envisaged tests shall be performed in pressurized chamber with 1KW RF power."
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A simple geometrical model for calculation of the effective emissivity in blackbody cylindrical cavities
(Springer Link, 2015-10-15) De Lucas Veguillas, Javier; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)
A simple geometrical model for calculating the effective emissivity in blackbody cylindrical cavities has been developed. The back ray tracing technique and the Monte Carlo method have been employed, making use of a suitable set of coordinates and auxiliary planes. In these planes, the trajectories of individual photons in the successive reflections between the cavity points are followed in detail. The theoretical model is implemented by using simple numerical tools, programmed in Microsoft Visual Basic for Application and Excel. The algorithm is applied to isothermal and non-isothermal diffuse cylindrical cavities with a lid; however, the basic geometrical structure can be generalized to a cylindro-conical shape and specular reflection. Additionally, the numerical algorithm and the program source code can be used, with minor changes, for determining the distribution of the cavity points, where photon absorption takes place. This distribution could be applied to the study of the influence of thermal gradients on the effective emissivity profiles, for example. Validation is performed by analyzing the convergence of the Monte Carlo method as a function of the number of trials and by comparison with published results of different authors.
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A subcell FDTD Scheme implementation for thin slot modeling
(Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2022-07-08) Cabello, M. R.; Martín Valverde, A. J.; Plaza Gallardo, B.; Frövel, M.; Poyatos Martínez, D.; Rubio Bretones, Amelia; González García, S.; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA); Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN); Agencia Estatal de Investigación (AEI); Junta de Andalucía
The finite-difference time-domain (FDTD) method is not able to efficiently model thin features without a drastic reductions of the spatial mesh size, potentially yielding an unfeasible use of memory and CPU requirements. In this work we propose two stable and efficient techniques for dealing with thin apertures in FDTD, one based on conformal and one based on subgridding. These are compared, in two different scenarios, with the classical dispersive magnetic material approximation [DMMA] based on Gilbert-Holland's models.
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Aperturas efectivas en calibración y comparación de termómetros de radiación
(Federación de Asociaciones de Ingenieros Industriales de España, 2020-09-15) De Lucas Veguillas, Javier; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)
Los termómetros de radiación (TR) se calibran con cuerpos negros (CN) cuya apertura debe cubrir suficientemente el blanco nominal del termómetro. Debido a posibles imperfecciones en su sistema óptico, radiación proveniente de regiones exteriores al blanco puede llegar al detector. Es el efecto del tamaño de la fuente (ETF) y constituye una limitación importante en el uso de TR en aplicaciones especialmente en un entorno industrial y fuente entre otras de incertidumbre de medida.
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C2CC Diseño conceptual de un criostato de calibración para el instrumento X-IFU de la misión ATHENA
(Instituto de la Ingeniería de España, 2022-06-24) Vera Trallero, I.; Añón Cancela, M.; Jiménez Lorenzo, María; López Sanz, Daniel; Martín Vodopivec, B.; Plaza Gallardo, B.; Poyatos Martínez, D.; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA); Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN)
Athena fue seleccionada en 2014 por la ESA como la segunda misión de clase L (L2) dentro de programa Cosmic Vision. La misión Athena [1] será el mayor observatorio de rayos X hasta la fecha, realizando espectroscopía de rayos X con resolución espacial e imágenes espectroscópicas de gran profundidad de campo en rayos X. Esta misión está llamada a revolucionar la astronomía al realizar observaciones con una resolución nunca antes alcanzada. Cuyos resultados ayudarán a desvelar incógnitas sobre los procesos de altas energías que se producen en el universo, como por ejemplo las emisiones de agujeros negros.
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Caracterización electromagnética de materiales aeroespaciales
(Universidad de Granada, 2022-11-25) Plaza Gallardo, B.; Ramos Somolinos, D.; Cidrás Estévez, J.; Poyatos Martínez, D.; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA); Agencia Estatal de Investigación (AEI)
"Durante la última década, los materiales compuestos de nueva generación han ganado una mayor importancia como materiales de diseño en muchos sectores industriales, principalmente debido a su bajo peso y excelente desempeño estructural. Entre ellos destacan la impresión 3D por su facilidad de diseño y bajo coste y los materiales compuestos debido al bajo peso manteniendo una buena rigidez y resistencia estructural. Es por eso que son ampliamente utilizados tanto en la industria aeroespacial como en la automotriz. La necesidad de una caracterización electromagnética (EM) adecuada de estos materiales se puede demostrar en un par de ejemplos. En comparación con las superficies metálicas clásicas utilizadas en los aviones, los compuestos de fibra de carbono presentan un blindaje menos efectivo, por lo que estudiar esta característica es fundamental para preservar el buen funcionamiento de los dispositivos ubicados dentro de esas plataformas. Aparte de eso, las características EM de los materiales impresos en 3D difieren con respecto a las materias primas iniciales, como resultado del cambio de fase de estado líquido a sólido cuando se imprimen y, la densidad de relleno en las muestras finales, podría modificar propiedades como su permitividad o la tangente de pérdida. Además de esta proliferación en el uso de materiales avanzados, los componentes electrónicos utilizados en las plataformas aeroespaciales han aumentado en número y en importancia, volviéndose imprescindibles incluso para el uso seguro de la aeronave. Esto hace que la caracterización electromagnética de estos materiales sea indispensable. El INTA, en el marco del proyecto eSAFE (PID2019-106120RB-C32), financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN), trabaja en la caracterización electromagnética de materiales. En concreto, el Laboratorio de Electromagnetismo Computacional y Aplicado (CAEM-Lab) del INTA cuenta con diferentes sistemas de medida para caracterización electromagnética, adaptados cada uno de ellos a las necesidades de cada material, frecuencia y aplicación. Teniendo en cuenta todo lo anterior, el objetivo de esta comunicación es la descripción de algunos de los métodos de medida desarrollados y disponibles en el CAEM-Lab para la caracterización de materiales y estructuras aeroespaciales. Adicionalmente, se van a presentar las líneas de investigación actuales y los avances que se quieren conseguir en este campo durante los próximos años."
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Caracterización electromagnética de redes miméticas multiespectrales a 94 GHz
(Ministerio de Defensa: Secretaria General Técnica, 2022-11-17) Ramos Somolinos, D.; Cidrás Estévez, J.; Díaz Mena, V.; Plaza Gallardo, B.; Poyatos Martínez, D.; Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN)
En el entorno militar existe la necesidad de reducir al máximo la visibilidad de diferentes sistemas y equipamientos. El requisito más antiguo referente a esta necesidad es que el objeto se confunda con el entorno en el que se encuentra. Esta reducción de la visibilidad se puede conseguir mediante distintas técnicas que dificulten la detección (reducción de emisiones infrarrojas, atenuación del ruido o reducción de firma radar, por ejemplo). Para ello es necesario el tratamiento de forma o de acabado superficial sobre el material, o una combinación de ambos (pinturas, revestimientos, paneles, mantas o redes). En estos elementos nombrados, la atenuación de potencia, junto con la reflexión de la señal incidente, son los factores que dan lugar a un comportamiento en servicio adecuado. Elementos como las redes miméticas multiespectrales (camouflage nettings) son capaces de reducir la visibilidad de los elementos que resguardan en los rangos ultravioleta (UV), visible (VIS), infrarrojo (IR) y radar. Estas suelen estar fabricadas a partir de fibras conductoras (metálicas o no metálicas) con una distribución uniforme y una tela base, ya que el tejido de camuflaje debe ser flexible para poder cubrir un objeto, con o sin un marco de apoyo. Además, debe ser lo suficientemente ligera para que pueda ser manejada fácilmente por una o varias personas y colocado en el lugar deseado. En este contexto, el presente trabajo se centra en la caracterización electromagnética de redes miméticas para protección de sistemas y equipos militares a distintas frecuencias (desde 2,6 GHz hasta 110 GHz) y la descripción de los sistemas de medida disponibles en el Laboratorio de Electromagnetismo Computacional y Aplicado del INTA.El equipo de Sistemas SAR espaciales y calibración de INTA es responsable del centro de Calibración y Validación de PAZ y del aseguramiento las prestaciones de los productos durante toda la vida útil de la misión. Para ello, se lleva a cabo un programa de monitorización de prestaciones continuo sobre los datos adquiridos y campañas de calibración específicas periódicamente. Estas actividades de monitorización y calibración se realizan sobre elementos de referencia cuya localización precisa y respuesta a la señal RADAR es conocida y exacta. Generalmente, los elementos de calibración más utilizados son reflectores de esquina, generalmente triedros metálicos, cuya sección transversal RADAR (RCS) se puede caracterizar estimando la energía interceptada por el área de sus caras. Por ser elementos pasivos no introducen retardos electrónicos, lo que les hace ideales para la calibración geométrica. La exactitud de la calibración radiométrica estará acotada por la estabilidad del instrumento, pero también por la exactitud en la determinación de la RCS de referencia de los elementos de calibración. Las fuentes de error que más afectan a esta determinación son los defectos de fabricación respecto a planitud, ortogonalidad o dimensionamiento y las condiciones ambientales de la medida, como pueden ser interferencias con el entorno o la climatología local, que se tratan de minimizar buscando ubicaciones de despliegue homogéneas y libres de elementos interferentes. El método más fiable para para minimizar los errores introducidos en el proceso de fabricación consiste en la medida en cámara de la RCS de cada uno de estos reflectores, pero este proceso puede resultar costoso y, especialmente con reflectores de gran tamaño, sujeto a la disponibilidad de instalaciones altamente especializadas. En este artículo se muestran las actividades realizadas junto con el Laboratorio de Electromagnetismo Computacional y Aplicado del INTA para la definición de un proceso de caracterización de los 40 reflectores del campo de calibración INTA de PAZ basado en su medida dimensional, la generación de un modelo 3-D de los mismos y la simulación de su RCS a partir de ellos. Los resultados se validan con medidas sobre imágenes PAZ, TerraSAR-X y TanDEM-X, obtenidos de los reflectores desplegados en campo.
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Caracterización y validación de reflectores del campo de calibración SAR INTA para la misión Paz
(Universidad de Valencia, 2022-09-23) Cuerda, Juan Manuel; Plaza Gallardo, B.; Poyatos Martínez, D.; Casal, Nuria; Gimeno, Nuria; Cifuentes, Patricia; García Rodríguez, Marcos; González Bonilla, María José; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)
La misión PAZ constituye el elemento radar del Programa Nacional de Observación de la Tierra por Satélite (PNOTS) para el desarrollo, operación y explotación de sensores espaciales de observación de la Tierra. La misión fue declarada operacional en septiembre de 2018 y se encuentra actualmente en fase de operaciones rutinarias dando servicio a usuarios de defensa y seguridad, comerciales y científicos. El equipo de Sistemas SAR espaciales y calibración de INTA es responsable del centro de Calibración y Validación de PAZ y del aseguramiento las prestaciones de los productos durante toda la vida útil de la misión. Para ello, se lleva a cabo un programa de monitorización de prestaciones continuo sobre los datos adquiridos y campañas de calibración específicas periódicamente. Estas actividades de monitorización y calibración se realizan sobre elementos de referencia cuya localización precisa y respuesta a la señal RADAR es conocida y exacta. Generalmente, los elementos de calibración más utilizados son reflectores de esquina, generalmente triedros metálicos, cuya sección transversal RADAR (RCS) se puede caracterizar estimando la energía interceptada por el área de sus caras. Por ser elementos pasivos no introducen retardos electrónicos, lo que les hace ideales para la calibración geométrica. La exactitud de la calibración radiométrica estará acotada por la estabilidad del instrumento, pero también por la exactitud en la determinación de la RCS de referencia de los elementos de calibración. Las fuentes de error que más afectan a esta determinación son los defectos de fabricación respecto a planitud, ortogonalidad o dimensionamiento y las condiciones ambientales de la medida, como pueden ser interferencias con el entorno o la climatología local, que se tratan de minimizar buscando ubicaciones de despliegue homogéneas y libres de elementos interferentes. El método más fiable para para minimizar los errores introducidos en el proceso de fabricación consiste en la medida en cámara de la RCS de cada uno de estos reflectores, pero este proceso puede resultar costoso y, especialmente con reflectores de gran tamaño, sujeto a la disponibilidad de instalaciones altamente especializadas. En este artículo se muestran las actividades realizadas junto con el Laboratorio de Electromagnetismo Computacional y Aplicado del INTA para la definición de un proceso de caracterización de los 40 reflectores del campo de calibración INTA de PAZ basado en su medida dimensional, la generación de un modelo 3-D de los mismos y la simulación de su RCS a partir de ellos. Los resultados se validan con medidas sobre imágenes PAZ, TerraSAR-X y TanDEM-X, obtenidos de los reflectores desplegados en campo.
Restringido
Characterization of absolute cavity radiometers for traceability to SI of solar irradiance
(IOP Science Publishing, 2022-08-12) Balenzategui, José Lorenzo; De Lucas Veguillas, Javier; Cuenca, José; González Leiton, Ana María; Molero García, María; Fabero, Fernando; Silva, José Pedro; Mejuto, Eduardo; Muñoz, R.; Arce, A.; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)
Solar-type cavity radiometers are instruments of the highest metrological level for measuring solar direct normal irradiance. To ensure their traceability and performance, they are periodically compared to the World Group of Standards, which realizes the World Radiometric Reference (WRR), in the International Pyrheliometer Comparisons (IPCs). Additionally, they can be characterized in an absolute way, with direct traceability to SI units and with their measurement uncertainty calculated. This paper describes the different techniques and procedures applied for the characterization and calibration of solar cavity radiometers, with the main results obtained to date in the case of an Automatic Hickey–Frieden (AHF) radiometer. Voltmeters, resistors, temperature sensors and the area of the precision apertures have been calibrated, while the effective absorptance, temperature coefficients, optical scattering and non-equivalence factor have been evaluated. The temperature dependence of the electrical current in the cavity heater has also been analysed. The resulting corrections obtained for the AHF by characterization are compatible with the WRR factors obtained by this instrument in the past IPCs. An uncertainty of 0.42% (k = 1) has been obtained, and this paper discusses further improvements that may be able to reduce this figure to the desired expanded uncertainty of U = 0.1% (k = 2).
Acceso Abierto
Diseño y fabricación de una antena LPD entre 100 y 6000 MHz para ensayos de emisión radiada en una cámara reverberante
(Universidad de Valencia, 2023-11-22) Añón Cancela, M.; Díaz Acosta, Laura; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA); Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN)
De forma opcional, la Section 21 de la norma RTCA/DO-160G (EUROCAE ED-14G), contempla la posibilidad de medir la emisión radiada de los equipos de aviónica en un una cámara reverberante (ver apartado 21.6 de la norma). El rango de frecuencias que cubre la Section 21 para los ensayos de emisión radiada, va desde los 100 MHz hasta los 6 GHz y la norma no especifica que tipo de antenas se tienen que usar, por lo que normalmente se utiliza una antena LPD entre 100 y 1000 MHz y una antena bocina de banda ancha entre 1 y 6 GHz. En el INTA se ha desarrollado una antena LPD específica que cubre en un único rango entre 100 MHz y 6 GHz, para la realización de los ensayos arriba mencionados en la cámara reverberante de la que se dispone, de esta forma se puede realizar el ensayo con un único barrido en frecuencia sin que tener que cambiar la configuración en 1 GHz. En la presentación, se discutirán los criterios de diseño, se comentarán los problemas de fabricación, los resultados de las medidas de emisión radiada realizadas con esta antena en la cámara reverberante y por último, las ventajas y los inconvenientes. De forma adicional, aunque sólo se necesitan dos antenas para la realización de este ensayo, se comentará que en total se han fabricado tres unidades iguales de tal forma que se puedan obtener sus factores (expresados en dB1/m) mediante el método las tres antenas deducido de la norma ARP-958E, pudiendo así ser usadas también en un ensayo clásico de emisión radiada en una cámara semianecoica convencional (ver el apartado 21.5 de la norma arriba mencionada). Por último, se comentarán posibles alternativas de uso para esta antena, como por ejemplo los ensayos de medida de apantallamiento de cables, conectores y elementos pasivos de RF de acuerdo con la norma UNE-EN IEC 61726:2022.
Restringido
Evaluation of a Portable Apparatus for the Realization of the Triple Point of Argon
(Springer Link, 2014-06-21) De Lucas Veguillas, Javier; Benyon, R.; Benyon Puig, Robert
In this paper, the evaluation of the performance of a portable triple-point-of-argon apparatus, via the analysis of the calibration history of selected working (fused silica) standard platinum resistance thermometers (SPRTs), is presented. These have an extensive calibration history, both internally (using different apparatus) and externally at two National Measurement Institutes. A special procedure had to be developed, for the calibration of metal-sheathed SPRTs, in order to ensure adequate thermal contact between the SPRT and the well and to minimize the influence of stem conduction, inherent in the compact design of the maintenance system. The results show good agreement between the measurements performed with this system and those with the previously used apparatus, to a level of uncertainty consistent with the INTA calibration and measurement capability (CMC) of 3.0 mK (k = 2). This CMC is given by the Spanish accreditation body (ENAC), under accreditation No. 16/10.007, for the routine calibration of SPRTs at the triple point of argon. It is concluded that the portable apparatus is suitable for use as a transfer standard for the comparison of local realizations of the triple point of argon. This avoids the need to shipping fragile SPRTs, with a valuable long calibration history, and eliminates the contributions due the long-term stability of the thermometers subjected to transportation. The long-term stability of the portable apparatus reported in this work has only been determined in laboratory conditions.
Restringido
Geometrical and thermal optimization of cylinder-conical blackbody cavities to uniform radiance temperature profiles in the infrared
(Elsevier, 2023-04-07) De Lucas Veguillas, Javier; Segovia, José Juan; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)
Large-area blackbody cylinder conical cavities are generally used as primary radiation sources for calibrating and characterizing radiation thermometers and quantitative thermal imagers in the infrared, both in metrology laboratories or for industrial applications. The radiation temperature of the emitted radiation depends on effective emissivity and surface (contact) temperature. The instrument’s field of view generally only covers the cavity bottom since this is where contact temperature is best measured. A non-uniform effective emissivity profile at the bottom poses a problem if instruments with a different field of view have to be calibrated with the same blackbody. Spatial uniformity depends principally on the cone angle and temperature gradient along the cavity. In this paper, we analyse blackbody optimization in terms of uniform radiance temperature profiles as a function on geometric parameters and temperature. For the isothermal case, we conclude that angles between 160° and 170° are the optimum, depending on intrinsic emissivity and length-to-diameter ratio of the cavity. For non-isothermal cavities, the effect of the temperature gradient on uniformity is relatively small, with only the temperature near the bottom proving significant. The use of multi-zone maintenance furnaces would allow temperature gradients to be designed that can improve uniformity in addition to geometric optimization.
Acceso Abierto
In-flight calibration of the MEDA-TIRS instrument onboard NASA's Mars2020 mission
(Elsevier, 2024-11-09) Sebastián, E.; Martínez, Germán M.; Ramos, Miguel; Smith, Michael D.; Peinado, V.; Mora Sotomayor, L.; Lemmon, M. T.; Vicente Retortillo, Álvaro; De Lucas Veguillas, Javier; Ferrándiz, R.; Rodríguez Manfredi, J. A.; Ferrándiz, Ricardo
This article describes a novel procedure and algorithm used for the in-flight calibration of the Thermal Infrared Sensor (TIRS) onboard the Mars 2020 mission. The purpose is to recalibrate the responsivity of TIRS’ IR detectors as they degrade following surface operations and exposure to harsh environmental conditions. Using data from in-flight calibration campaigns conducted through sol 800 of this mission, we report the time evolution of the responsivity for the different IR detectors, as well as the final performance achieved by the algorithm in the real operating environment. Moreover, we analyzed changes in responsivity as a function of TIRS geometric design and environmental factors, e.g., detector orientation, direct exposure to prevailing winds and solar radiation, electrostatic properties of the detector filter, and atmospheric dust concentration. We concluded that dust deposition on the detectors' filter during landing, and later during operation is the most likely cause of the degradation observed in the various channels, with gravitational sedimentation and the capacity of the filters to accumulate electrostatic charge being key factors. The relative and absolute degradation of the TIRS is similar to those reported by other Martian missions and instruments with similar orientations, and to date, it has shown no signs of cleaning after more than a year on the surface of Mars. Accounting for changes in responsivity during the mission is critical to maintaining the reliability of TIRS measurements, which will later be made available in NASA's Planetary Data System for the benefit of the scientific community.
Acceso Abierto
Infraestructura metrológica para la caracterización de fuentes de radiación utilizadas en calibración de sistemas de termometría y termografía infrarroja
(Ministerio de Defensa: Secretaria General Técnica, 2018-08-28) De Lucas Veguillas, Javier
El Laboratorio de Temperatura y Humedad, perteneciente al Centro de Metrología y Calibración (CMyC) de la SDG de Coordinación y Planes del INTA, ha desarrollado y puesto en marcha en los últimos años, una infraestructura científico tecnológica para la caracterización metrológica y calibración acreditada por ENAC, (norma UNE-EN ISO/IEC 17025:2005, acreditación N.º 16/LC10.007), de fuentes de cuer po negro, termómetros de radiación y cámaras termográficas (indicación de temperatura). Consta de un conjunto de cuerpos negros patrón de alta emisividad efectiva (mayor que 0,9995), cuya temperatura se determina con termómetros de resistencia de platino y termopares de metales nobles. Ambos tipos son calibrados internamente con trazabilidad a patrones nacionales mantenidos en el Centro Español de Me trología (CEM), en puntos fijos de la EIT-90. Los cuerpos negros tienen una configuración de cavidad cilindro-cónica con relación L/D elevada y cubren el margen entre -60 ºC y 1100 ºC. Junto con ellos se dispone de modelos numéricos propios para el cálculo de la emisividad efectiva espectral no isoterma y de radiómetros de transferencia de 0,9 mm, 1,6 mm y (8 a 14) mm. Esta infraestructura es esencial para dar trazabilidad a ensayos de sensores y sistemas optrónicos y de guiado. Dentro del INTA, estas actividades se encuadran en el Departamento de Optoelectrónica y Acústica de la SDG de Sistemas Te rrestres y concretamente en el Laboratorio de Sistemas de Contramedidas IR y el Laboratorio de Firma Multiespectral. En estos laboratorios, los cuerpos negros de área extensa y cavidad se utilizan para cali brar radiómetros y espectroradiómetros y para obtener las correcciones de no uniformidad y calibración de las cámaras infrarrojas. Así mismo la instalación es utilizada para dar trazabilidad a ensayos de firma infrarroja en el Laboratorio de Guiado y Control de la SDG de Sistema Espaciales del INTA
Acceso Abierto
Investigación del efecto del tamaño de la fuente en equipos de termografía infrarroja y termómetros de radiación
(Gobierno de España: Ministerio de Defensa, 2018-10-03) De Lucas Veguillas, Javier; Alonso, S.; Bernal, M.; Ángeles Sierra, M.; Macías, R.
Las cámaras y los sistemas de termografía infrarroja son utilizados en múltiples aplicaciones en sectores de seguridad y defensa: optrónica, sensores, contrame didas, estudio termográfico del estrés del combatiente, etc. Su evolución ha sido espectacular, especialmente desde la introducción del microbolómetro como detector elemental. En el pasado se utilizaban básicamente para medidas cualitativas, interesando únicamente el contraste térmico, la búsqueda de puntos calientes o fugas de calor, etc. Hoy son más las aplicaciones cuantitativas, combinando la imagen térmica con medidas absolutas de temperatura. La necesidad de garanti zar la trazabilidad al SI de los valores de temperatura proporcionados exige a los laboratorios de calibración investigar los factores de influencia que afectan a los resultados de las medidas realizadas. La incertidumbre en la medida depende de multitud de factores (por ejemplo, la emisividad) y uno de los más significativos es el efecto del tamaño de la fuente (ETF), por el cual, debido a imperfecciones en el sistema óptico (difracción, reflexiones internas, etc.), radiación proveniente de zonas fuera del blanco correspondiente a un píxel pueden llegar a este. En termografía se habla del efecto sobre la temperatura indicada por el píxel y de valores leídos por detectores vecinos. Es equivalente a considerar que el tamaño de la fuente incide en el valor de temperatura que proporciona un termómetro de radiación. El laboratorio de Temperatura y Humedad del INTA (Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial) tiene acreditación ENAC (Entidad Nacional de Acreditación) para la calibración de termómetros de radiación y la indicación de temperatura de cámaras termográficas, y actúa en este ámbito como laboratorio metrológico del Ministerio de Defensa. En este trabajo se presentan resultados de la investigación realizada sobre el ETF y se analiza su influencia en la incertidumbre y sobre los valores de temperatura proporcionados por estos instrumentos.
Restringido
Measurement and analysis of the temperature gradient of blackbody cavities, for use in radiation thermometry
(Springer Link, 2018-03-24) De Lucas Veguillas, Javier; Segovia, José Juan; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)
Blackbody cavities are the standard radiation sources widely used in the fields of radiometry and radiation thermometry. Its effective emissivity and uncertainty depend to a large extent on the temperature gradient. An experimental procedure based on the radiometric method for measuring the gradient is followed. Results are applied to particular blackbody configurations where gradients can be thermometrically estimated by contact thermometers and where the relationship between both basic methods can be established. The proposed procedure may be applied to commercial blackbodies if they are modified allowing secondary contact temperature measurement. In addition, the established systematic may be incorporated as part of the actions for quality assurance in routine calibrations of radiation thermometers, by using the secondary contact temperature measurement for detecting departures from the real radiometrically obtained gradient and the effect on the uncertainty. On the other hand, a theoretical model is proposed to evaluate the effect of temperature variations on effective emissivity and associated uncertainty. This model is based on a gradient sample chosen following plausible criteria. The model is consistent with the Monte Carlo method for calculating the uncertainty of effective emissivity and complements others published in the literature where uncertainty is calculated taking into account only geometrical variables and intrinsic emissivity. The mathematical model and experimental procedure are applied and validated using a commercial type three-zone furnace, with a blackbody cavity modified to enable a secondary contact temperature measurement, in the range between 400 °C and 1000 °C.
Acceso Abierto
Measurement, Validation and Uncertainty of an Experimental Procedure to Characterize the Size-of-Source Effect of Radiation Thermometers, in the Framework of an Industrial Calibration Laboratory
(Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI), 2022-10-28) De Lucas Veguillas, Javier; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)
An experimental procedure for characterizing the size-of-source effect (SSE) is proposed. Such an effect is the cause of one of the main influence variables generating uncertainty in the measurement, both in calibration and use, of direct reading radiation thermometers (RT). The procedure and uncertainty calculation described in the paper are aligned in terms of metrological traceability, with the requirements generally imposed to ensure the accuracy of measurements in industry and science. Results of application and validation of this particular procedure with equipment, including black body (BB) sources normally used in radiation thermometry calibration laboratories in the industrial field, are shown.
Restringido
Medida de emisividad espectral para aplicaciones en optrónica en el ámbito Aeroespacial y Defensa
(Ministerio de Defensa: Secretaria General Técnica, 2019-10-13) De Lucas Veguillas, Javier; Balenzategui Manzanares, J. L.
La emisividad espectral es un parámetro termofísico que cuantifica la capacidad de las superficies para emitir y absorber energía en forma de radiación. Es esencial para modelizar el equilibrio térmico entre superficies de cargas útiles en plataformas espaciales. Su conocimiento es necesario en tecnologías de producción de energía solar fotovoltaica, tanto para aplicaciones terrestres como espaciales, para el estudio de reducción de firma infrarroja en vehículos y combatientes e incluso para la medida de ciertos parámetros psicométricos y de estrés del individuo que se manifiestan termográficamente. Depende de variables como: rugosidad, textura, composición, oxidación superficial, etc. y de la temperatura, ángulo de observación y longitud de onda. El Centro de Metrología y Calibración colaborando con varios departamentos del INTA y otros OPIs, pretende poner en marcha una instalación para medida de emisividad espectral y direccional en materiales y recubrimientos de interés aeroespacial, defensa y energía. Por otro lado el proyecto DEPRISAcr, de colaboración entre INTA y CIEMAT (Plan Nacional de I+D 2017, Proyectos Generación del Conocimiento) trata del desarrollo de radiómetros absolutos de cavidad con aplicaciones tanto energéticas como medioambientales. Nuevas técnicas de caracterización de cavidades de cuerpo negro, medida de temperatura superficial, etc. utilizadas en este proyecto, serán claves en el avance de la propuesta. En este trabajo se describen los diferentes elementos que formarán parte de la instalación, el trabajo tanto teórico como experimental llevado a cabo hasta la fecha y las diferentes fases del proyecto
Restringido
Numerical optimization of the radial dependence of effective emissivity in blackbody cylindrical cavities
(IOP Science Publishing, 2014-06-25) De Lucas Veguillas, Javier
The effective emissivity of a blackbody with cylindrical geometry has a definite radial dependence, at the bottom cavity, which is a function of the surface intrinsic emissivity, cavity geometry (L/D) and the temperature gradient along the cylinder walls. The optimal use of large aperture blackbody cavities, particularly in thermal imager calibration applications or for the characterization of size-of-source effect of radiation thermometers for example, requires quite precise control of the thermal gradient, in order to achieve sources as uniform as possible in effective emissivity, over the complete aperture. In this paper, we present a numerical model in which the radial profile of effective emissivity is optimized, by means of the theoretical modification of the temperature gradients in a cylindrical diffuse cavity. The distribution functions of secondary absorption impacts are defined and the criteria for a suitable choice of experimentally realizable temperature gradients are presented, including the uncertainty analysis.
Acceso Abierto
On the characterization of an AHF cavity radiometer and its traceability to WRR/SI
(CIEMAT, 2022-02-10) Balenzategui Manzanares, J. L.; De Lucas Veguillas, Javier; Cuenca, José; Molero García, María; Romero, M. C.; Fabero, Fernando; Silva, José Pedro; Mejuto, Eduardo; Ibañez, F.J.; Ministerio de Industria, Economía y Competitividad
In a complementary way to the comparison to WSG to get traceability to WRR (and consequently, to SI), a solar-type cavity radiometer can also be characterized, determining the deviations of the instrument from the ideal realization of the principle of electrical substitution and obtaining its total measurement uncertainty. This work summarizes different techniques and procedures applied for the characterization of an Eppley AHF radiometer. The approach for characterization is based on the analysis of the measurement model function of the instrument. Some results obtained from calibration and testing (voltmeter, area of the precision aperture, resistance of the leads, non equivalence factor), and from numerical simulation (effective absorptance, scattering) are presented. According to these results, current value of standard uncertainty for this instrument is about 0.28% but it is expected that further improvements in the equipment and tests can reduce this figure below 0.1% (1000 ppm) in the near future.

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