Sistema portátil de medición térmica de alta precisión
Suministro de energía de precisión, monitorización de temperatura y adquisición de datos de bajo consumo
Se acercaron a EMP Designs para desarrollar la electrónica de un dispositivo de medición portátil que requería un control extremadamente preciso tanto del suministro de energía como de la medición de temperatura.
La aplicación se basaba en un pequeño elemento calefactor alimentado con una cantidad de energía eléctrica cuidadosamente controlada. Una vez calentado, el sistema debía monitorizar con exactitud cómo evolucionaba la temperatura con el tiempo.
Los datos de decaimiento de la temperatura podían entonces pasarse a los algoritmos propios del cliente, que les permitían interpretar las características del material analizado.
Aunque el principio parece sencillo, lograr la precisión requerida en un dispositivo compacto y alimentado por batería planteaba varios retos de ingeniería importantes.
Controlar con precisión la energía
El primer reto fue controlar el elemento calefactor.
En lugar de aplicar potencia durante un tiempo fijo, el dispositivo tenía que entregar al calentador una cantidad de energía controlada con gran exactitud.
Pequeñas variaciones de corriente, tensión o temporización podían afectar a la temperatura inicial y, por tanto, influir en la medición posterior.
Por ello desarrollamos una electrónica capaz de controlar el ciclo de calentamiento de forma precisa y repetible, garantizando que cada medición partiera de una aportación de energía conocida y controlada.
Medir el decaimiento de la temperatura
Una vez terminado el ciclo de calentamiento, la siguiente etapa consistía en monitorizar la temperatura mientras descendía de forma natural.
El sistema tenía que captar este cambio con suficiente exactitud y a intervalos de medición ajustables, produciendo un perfil de temperatura detallado a lo largo del tiempo.
Estos datos podían procesarse después en un formato adecuado para el software de análisis y los algoritmos propios del cliente.
En la práctica, la electrónica debía realizar extremadamente bien dos tareas muy distintas:
entregar una ráfaga de energía controlada con precisión y, a continuación, convertirse de inmediato en un sistema de medición de alta exactitud.
Equilibrar ambos requisitos en un único diseño compacto fue una parte importante del trabajo de desarrollo.
Diseñado para funcionar a largo plazo con batería
El dispositivo también debía funcionar de forma remota durante periodos prolongados.
En algunas aplicaciones, las mediciones podían tomarse durante semanas o incluso meses, por lo que el consumo de energía era una parte fundamental del diseño.
No bastaba con optimizar la electrónica mientras estaba activa. También teníamos que minimizar la energía consumida entre mediciones.
Por eso se dedicó un esfuerzo considerable a:
reducir el consumo en estado de reposo
gestionar los distintos modos de funcionamiento del sistema
optimizar cuándo se alimentaba cada circuito
mantener la precisión de la medición reduciendo al mismo tiempo el consumo de energía
gestionar de forma eficiente el almacenamiento de datos y las comunicaciones
El objetivo era que el dispositivo pudiera realizar numerosos ciclos de medición durante mucho tiempo sin necesidad de cargar o cambiar la batería con frecuencia.
Transferencia inalámbrica de datos de bajo consumo
El sistema puede almacenar los datos de medición internamente, pero también se requería poder transferir la información recogida a un ordenador.
La comunicación inalámbrica puede ser uno de los mayores consumidores de energía en un producto a batería, por lo que estudiamos cómo utilizar métodos de comunicación Wi-Fi más recientes reduciendo al mínimo el tiempo que el sistema de radio debía permanecer activo.
Controlando con cuidado cuándo se activaban las comunicaciones, fue posible transferir los datos manteniendo bajo el consumo total de energía del dispositivo.
Convertir un requisito experimental en electrónica portátil
El resultado fue una plataforma electrónica compacta capaz de combinar:
suministro de energía altamente controlado
medición precisa de la temperatura
periodos de muestreo ajustables
registro de datos a largo plazo
almacenamiento interno de datos
transferencia inalámbrica a un ordenador
bajo consumo en reposo
funcionamiento prolongado con batería
El proyecto requirió desarrollo en medición analógica, control de potencia de precisión, firmware embebido, gestión de energía, adquisición de datos y comunicaciones inalámbricas.
Es un buen ejemplo del tipo de trabajo que realizamos en EMP Designs: tomar un requisito de medición especializado y desarrollar la electrónica y los sistemas embebidos necesarios para convertirlo en un dispositivo portátil práctico.
Diseño electrónico a medida
Si tiene una aplicación que requiere sensores poco habituales, medición de precisión, adquisición de datos o electrónica embebida de bajo consumo, EMP Designs puede desarrollar la electrónica, el firmware y el hardware necesarios para convertir la idea en un sistema funcional.
