Adquisición de datos en condiciones extremas: unas pruebas fiables son sinónimo de aplicaciones sólidas

Cuando se llevan a cabo ensayos en condiciones verdaderamente difíciles —con alta humedad, temperaturas fuera de lo normal y vibraciones extremas—, es preciso emplear equipos de medición y ensayo ultrarrobustos que garanticen resultados precisos. Por supuesto, solo es posible garantizar altas prestaciones sometiendo los equipos de adquisición de datos a pruebas exhaustivas antes de usarlos en condiciones reales. Este artículo explica en detalle algunos de esos procedimientos de pruebas, utilizando como ejemplo los nuevos módulos QuantumX. 

Pensemos en una palabra como “ultrarrobusto”. ¿Qué tiene el nuevo y robusto módulo QuantumX para garantizar resistencia  y fiabilidad de adquisición de datos en las aplicaciones con la climatología más variadas y en los terrenos más adversos?

A simple vista, se podría pensar que, para que un equipo de adquisición de datos resulte apto para cualquier entorno, basta con que tenga una carcasa metálica hermética y conectores robustos. Sin embargo, lo primero que hay que hacer —y no es fácil— es estudiar de cerca las aplicaciones objetivo y las condiciones ambientales específicas, porque todo puede influir en el diseño general de una unidad de adquisición de datos. Entre las aplicaciones que demandan equipos ultrarrobustos móviles y fijos cabe citar la construcción y la minería, la agricultura y las aplicaciones marinas. Y, por supuesto, las condiciones de laboratorio también pueden ser extremas. 

Trabajando en estrecha colaboración con los usuarios, HBM ha recopilado perfiles de carga típicos y los ha clasificado con el fin de desarrollar una gama de filtros capaces de optimizar la calidad de los datos. Los perfiles de carga son una combinación variable de amplitudes y frecuencias registradas a lo largo del tiempo, que influyen en el sistema de adquisición de datos.

Garantía de fiabilidad

HBM también ha llevado a cabo ensayos ambientales específicos, en los que se simulaban situaciones físicamente exigentes, con la finalidad de garantizar la fiabilidad de sus módulos de adquisición de datos en aplicaciones en entornos difíciles.

Dentro de esta línea de trabajo es muy importante desarrollar pruebas normalizadas. Este tipo de pruebas proporcionan una información muy valiosa acerca de la capacidad de un módulo para dar resultados reproducibles. Por ejemplo: ¿un módulo sigue estando plenamente operativo cuando se agrieta la carcasa o se rompe un cable?

Muchas de estas pruebas de fiabilidad se llevan a cabo en el propio laboratorio acreditado de ensayos ambientales de HBM. Este laboratorio cuenta con una cámara climática, un sistema electromecánicos de choques y vibraciones, tanques de agua e instalaciones de ensayo de interferencias electromagnéticas. Cuando se requieren comprobaciones de rendimiento adicionales también se recurre a centros de ensayo externos especializados.

Determinación de la influencia de la temperatura y la humedad

Imagen: prueba de punto de rocío

Durante el diseño de los nuevos módulos QuantumX de alta resistencia se especificó un intervalo de temperatura ambiental ampliado, comprendido entre -35 y +80 °C (-30 / +175 °F).

Las pruebas para verificar el correcto funcionamiento de los módulos a estas temperaturas extremas se llevaron a cabo en cámaras climáticas que evaluaban la influencia de los cambios rápidos de temperatura y humedad. Estas pruebas sirvieron para garantizar una funcionalidad continua en estas condiciones ambientales, con independencia de si los módulos se encuentran en tránsito, almacenados o en funcionamiento.  

Se llevaron a cabo ensayos de choque térmico para determinar la resistencia de las unidades a los cambios de temperatura repentinos. Este tipo de pruebas térmicas son las más exigentes en su clase, ya que implican variaciones de temperatura muy rápidas. Los módulos están diseñados para soportar variaciones de temperatura de 30 °C por minuto mientras funcionan. Estos ensayos son especialmente críticos, ya que en ocasiones estos módulos se utilizan en pruebas de vehículos invernales. En este tipo de situaciones, los módulos pueden estar congelados por completo cuando el motor del vehículo está apagado, y se calientan rápidamente una vez que el motor arranca.

Los ingenieros de HBM simulan condiciones reales exponiendo el módulo a temperaturas de -40 °C durante tres horas. A continuación, lo calientan hasta 85 °C en un corto espacio de tiempo. La temperatura se mantiene a este nivel durante tres horas más antes de restablecer la temperatura ambiental de la sala. En este proceso se pasa el punto de rocío, con lo que se produce condensación de agua y se comprueba su efecto sobre el módulo. La prueba se repite un mínimo de diez veces.

Pruebas de vibración e impactos

Durante las pruebas de vibración, se agita o golpea un componente o unidad. De este modo se comprueba la resistencia de los módulos cuando se utilizan en aplicaciones de campo en terrenos muy escabrosos. Los daños suelen aparecer cuando el dispositivo vibra a su frecuencia natural o en una frecuencia de resonancia.

Imagen: pruebas de vibración

Para garantizar una vida útil máxima, el módulo se monta en un sistema vibrador. Seguidamente se somete a un perfil de vibración con una amplitud de 5 g durante 35 minutos, a un frecuencia de entre 55 y 2000 Hz en los tres ejes direccionales. Cada vez que se detecta una frecuencia de resonancia, la prueba se repite durante cinco minutos más a la frecuencia en cuestión con una amplitud constante de 0,06 pulgadas. Las frecuencias más bajas entre 10 y 55 Hz se barren en pasos de un minuto. Las pruebas duran en total dos horas en cada dirección. 

Imagen: pruebas de vibración (barrido sinusoidal en vibración)

Asimismo, los módulos se han sometido a pruebas de impacto con amplitud de 35 g. Para este ensayo, el módulo se montó en un sistema de vibración y se sometió a choques de 35 g durante 6 ms en cada uno de los tres ejes. 

Imagen: pruebas de impacto

Por último, la unidad se sometió a una prueba de caída desde un metro de altura, y se comprobó que seguía funcionando correctamente tras el impacto.

Pruebas de penetración de agua, polvo y suciedad

HBM lleva a cabo estos ensayos en dos fases. Para los grados IP65 e IP67, el módulo se sitúa primeramente en una cámara de polvo herméticamente sellada, en la cual una bomba hace circular polvo de talco extremadamente fino. Para garantizar que el módulo en sí se encuentre por debajo de la presión atmosférica ambiental, se utiliza una bomba de vacío. Los resultados de estas pruebas fueron muy positivos, puesto que no se detectó penetración de polvo en la unidad. 

Para la segunda parte de la prueba IP65, el módulo se sometió a un chorro de agua a alta presión durante varias horas. Para comprobar la protección IP67, el módulo se sumergió a una profundidad de un metro durante 24 horas. No se produjo filtración de agua en ninguna de las pruebas.  

Imagen: pruebas IP (cámara de polvo)

Imagen: pruebas IP (agua proyectada a alta presión)

Pruebas de interferencias e inmunidad electromagnética

Fuera de la posible influencia del radar de un barco, las aplicaciones típicas de los nuevos módulos de alta resistencia de HBM no plantean requisitos específicos de inferencia electromagnética. No obstante, HBM ha comprobado las interferencias electromagnéticas con arreglo a la norma EN61326, y las unidades han obtenido la marca CE de conformidad con las Directivas de baja tensión e interferencias electromagnéticas.

Criterios ambientales adicionales

A pesar de que HBM somete sus módulos QuantumX a pruebas muy exigentes, existen criterios adicionales que no se han considerado esenciales para el diseño o las pruebas de estos módulos.

Por ejemplo:

  • Baja presión (altitud): los módulos están equipados con una membrana especial que no se ha probado en condiciones de baja presión o vacío.
  • Sustancias químicas, susceptibilidad a fluidos, salinidad.
  • Exposición a luz solar directa.
  • Efectos magnéticos.
  • Explosión e inflamabilidad.

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Versión de alta ressitencia de QuantumX

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