Sistema portátil de medición térmica de alta precisión

Se contactó con 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 supervisar con exactitud cómo cambiaba la temperatura con el tiempo.

Los datos de decaimiento de temperatura resultantes podían pasarse después a los algoritmos propietarios del cliente, que les permitían interpretar las características del material analizado.

Aunque el principio parece sencillo, lograr la precisión necesaria en un dispositivo compacto y alimentado por batería planteó varios retos de ingeniería importantes.

Controlar la energía con precisión

El primer reto fue controlar el elemento calefactor.

En lugar de limitarse a aplicar potencia durante un periodo fijo, el dispositivo tenía que suministrar al calefactor una cantidad de energía controlada con gran exactitud.

Pequeñas variaciones de corriente, tensión o tiempo 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 supervisar la temperatura mientras descendía de forma natural.

El sistema debía captar este cambio con la precisión suficiente y a intervalos de medición ajustables, generando un perfil detallado de la temperatura a lo largo del tiempo.

Estos datos podían procesarse después en un formato adecuado para el software de análisis y los algoritmos propietarios del cliente.

En la práctica, la electrónica tenía que realizar extremadamente bien dos tareas muy distintas:

suministrar una ráfaga de energía controlada con precisión y, acto seguido, convertirse en un sistema de medición de alta exactitud.

Equilibrar esos requisitos dentro de un diseño compacto supuso una parte importante del trabajo de desarrollo.

Diseñado para funcionar a largo plazo con batería

El dispositivo también tenía que funcionar de forma remota durante periodos prolongados.

En algunas aplicaciones, las mediciones podían realizarse durante semanas o incluso meses, por lo que el consumo de energía era un aspecto importante del diseño.

No bastaba con optimizar la electrónica mientras estaba activa. También había que minimizar la energía consumida entre mediciones.

Por ello, 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 el consumo de energía

• gestionar de forma eficiente el almacenamiento de datos y las comunicaciones

El objetivo era permitir que el dispositivo realizara numerosos ciclos de medición durante un largo periodo sin necesidad de recargar o cambiar la batería con frecuencia.

Transferencia inalámbrica de datos de bajo consumo

El sistema puede almacenar los datos de medición internamente, pero también era necesario transferir la información recopilada a un ordenador.

La comunicación inalámbrica puede ser uno de los mayores consumidores de energía en un producto alimentado por batería, por lo que investigamos formas de utilizar métodos de comunicación Wi-Fi más recientes minimizando el tiempo que el sistema de radio debía permanecer activo.

Controlando con cuidado cuándo se activaban las comunicaciones, era 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

• funcionamiento con baja corriente en reposo

• despliegue prolongado alimentado por batería

El proyecto exigió desarrollo en medición analógica, control preciso de potencia, 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 práctico y portátil.