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Circuitos Integrados de Aplicación Específica (ASIC)

¿Qué son los Circuitos Integrados de Aplicación Específica (ASIC)?

Circuitos Integrados de Aplicación Específica (Asic)

ASIC son las siglas de “Application Specific Integrated Circuit” (Circuitos Integrados de Aplicación Específica) y se refieren a un circuito integrado creado específicamente para una aplicación concreta, como el procesamiento a alta velocidad de comunicaciones o imágenes.

Las ventajas de los ASIC son que ofrecen un alto rendimiento, pueden fabricarse de forma compacta y permiten reducir costes durante la producción. Sin embargo, una desventaja con respecto a las FPGA es que el tiempo y los costes de desarrollo son mayores porque el software y los circuitos no se pueden reescribir.

Usos de los Circuitos Integrados de Aplicación Específica (ASIC)

Los Circuitos Integrados de Aplicación Específica (ASIC) se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, como electrodomésticos, equipos de comunicaciones, procesamiento de imágenes, equipos industriales y ordenadores.

  • Circuitos integrados de procesamiento de alta velocidad para comunicaciones de Internet de alta velocidad en routers.
  • CI de procesamiento de alta velocidad para imágenes de alta calidad y resolución en cámaras digitales.

Los Circuitos Integrados de Aplicación Específica (ASIC) tienen un alto rendimiento y un bajo coste unitario porque están especializados en funciones específicas. Sin embargo, hay que tener en cuenta si se pueden recuperar los costes de tiempo de desarrollo y creación de prototipos de diseño.

Principios de los Circuitos Integrados de Aplicación Específica (ASIC)

Dado que generalmente se emplean ASIC semipersonalizados, a continuación se presentan los principios de los Circuitos Integrados de Aplicación Específica (ASIC) basados en matrices de puertas y en células.

1. Circuitos Integrados de Aplicación Específica (ASIC) Gate-Array

Los circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) gate-array utilizan obleas de silicio existentes hasta el proceso de interconexión en el proceso de fabricación de semiconductores, y personalizan las interconexiones para adaptarlas a la aplicación en el proceso de interconexión. Como durante el desarrollo sólo se diseña la disposición del circuito de cableado, esto tiene la ventaja de reducir los costes y el tiempo de desarrollo.

2. Circuitos Integrados de Aplicación Específica (ASIC) Basados en Células

Los circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) basados en células son un método de personalización de los circuitos de un CI en todos los procesos de enmascaramiento, como elementos transistores, resistencias y condensadores en el proceso de fabricación de semiconductores. La optimización del diseño es posible, lo que permite un alto grado de libertad y la creación de circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) con buenas prestaciones. Sin embargo, los costes y el tiempo necesarios para el desarrollo son más elevados que en el caso del tipo de matriz de puertas.

Más información sobre los Circuitos Integrados de Aplicación Específica (ASIC)

1. Minería de Circuitos Integrados de Aplicación Específica (ASIC)

Perspectiva General de la Minería de Circuitos Integrados de Aplicación Específica (ASIC)
La minería ASIC se refiere al uso de circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) para cripto activos (anteriormente conocidos como moneda virtual). En el mundo de los criptoactivos, se requiere un proceso llamado minería (excavación) para asegurar todas y cada una de las transacciones de criptoactivos.

La minería utiliza una función hash, que busca diferentes valores y tiene éxito si se cumple un valor determinado. La secuencia de cálculos es enorme y sólo una minería exitosa puede autorizar la transacción de un criptoactivo. Para realizar estos enormes cálculos se utilizan circuitos integrados de aplicación específica (ASIC).

Requisitos para los Mineros ASIC
Los dispositivos equipados con un ASIC dedicado, en el que el algoritmo para ejecutar la función hash está compilado en un circuito o chip IC, se conocen como mineros ASIC. El proceso de minería ASIC también se conoce como potencia de hash, ya que requiere una enorme cantidad de procesamiento aritmético.

En todo el mundo se está debatiendo activamente sobre la potencia necesaria para soportar este hash power en el contexto de los recientes problemas medioambientales. Por lo tanto, hay grandes expectativas de nuevas mejoras en las características de computación de alta velocidad, menor tamaño y menor consumo de energía de los circuitos integrados de aplicación específica (ASIC). 2. Tiempo de desarrollo y costes de desarrollo de los Circuitos Integrados de Aplicación Específica (ASIC).

2. Tiempo y Costes de Desarrollo de los Circuitos Integrados de Aplicación Específica (ASIC)

El periodo de desarrollo de los ASIC suele ser más largo que el de los FPGA y los procesadores. Ello se debe a que el diseño de los circuitos integrados se requiere individualmente para cada aplicación especializada, y a que las modificaciones del circuito y de la disposición no pueden realizarse una vez que se han enviado las máscaras. El mayor impacto en el tiempo de desarrollo y las horas de trabajo es el número de prototipos y la optimización de las características.

Sin embargo, la ventaja de los chips ASIC es que están especialmente diseñados, por lo que pueden eliminarse funciones innecesarias y los costes de fabricación son más bajos que en el caso de los FPGA, y pueden conseguirse características superiores.

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Sensores de contacto

¿Qué es un Sensor de Contacto?

Un Sensores de contacto es un instrumento de medida que mide la distancia al objeto a medir mediante el contacto directo con un detector específico.

La ventaja de los sensores de contacto es que son más precisos que los sensores sin contacto porque la distancia se mide poniendo el detector en contacto con el objeto que se va a medir. Sin embargo, tienen el inconveniente de que el detector debe colocarse contra el objeto que se va a medir, lo que puede causar pequeños daños.

Además, suelen ser más baratos que los Sensores de contacto.

Usos de Los Sensores de Contacto

Los sensores de contacto se utilizan mucho en aplicaciones industriales. Los siguientes son ejemplos de aplicaciones de los Sensores de contacto

  • Medición del desplazamiento, por ejemplo, del grosor de productos y piezas de prueba
  • Inspección de productos y control de posición de equipos de transporte y procesamiento
  • Control del nivel de líquido en depósitos de almacenamiento de agua
  • Envío de señales de retorno para abrir y cerrar válvulas y amortiguadores.

Los Sensores de contacto son el tipo más común de sensores de contacto. Los Sensores de contacto por desplazamiento se utilizan principalmente para medir el espesor de productos y piezas de prueba. Además del desplazamiento, también pueden utilizarse para medir niveles de líquidos.

La mayoría de los Sensores de contacto miden distancias proyectando un láser o similar y recibiendo la luz reflejada. La ventaja de los Sensores de contacto es que también pueden medir grandes superficies inclinadas en las que es imposible recibir la luz reflejada. Esta ventaja puede utilizarse para medir el perfil de la superficie de objetos con forma tridimensional que deben medirse.

También se utiliza para medir el desplazamiento real de la platina gruesa en la que está montado el objeto que se va a medir y se controla su movimiento, y para medir la excentricidad cuando la platina se mueve en una dirección. También puede utilizarse para el control de realimentación a partir de la medición y la comprensión de los errores para el ajuste.

Principio de Los Sensores de Contacto

Los Sensores de contacto, típicos entre los sensores de contacto, se suministran generalmente con una sonda específica. La sonda tiene una construcción de husillo y se extiende y retrae mecánicamente de forma vertical. Cuando la sonda no está en contacto con nada, está extendida al máximo por la fuerza de un muelle.

Cuando la sonda entra en contacto con el objeto a medir, la sonda se contrae y se aplica una presión constante hacia el objeto por la fuerza del muelle. El desplazamiento del eje de la sonda en ese momento se detecta y se convierte en información de longitud. El rango que puede medirse está, por tanto, dentro del rango de expansión y contracción de la sonda.

La sonda suele estar enrollada con una bobina, y la parte del eje, que se expande y contrae, actúa como núcleo de hierro. Dependiendo de la posición de este eje, cambia la impedancia en la bobina y cambia la salida. Dado que la impedancia se determina en función de la posición del eje, se puede detectar la posición absoluta.

Tipos de Sensores de Contacto

Existen muchos tipos diferentes de Sensores de contacto en el mercado. Los siguientes son ejemplos de Sensores de contacto

1. Sensores de Desplazamiento de Transformador Diferencial (LVDT)

Este sensor convierte la cantidad de desplazamiento vertical generado al mover un contactor presionado contra el objeto a medir en una señal eléctrica y lee la forma del objeto que se está midiendo. Hay un núcleo de hierro sobre el contactor, que cambia la impedancia de la bobina en las proximidades debido al movimiento vertical del contactor y emite una señal eléctrica.

Debido a su estructura, se caracteriza porque los valores de medición rara vez saltan. Por otro lado, como se utiliza el campo magnético de la bobina, las características del campo magnético pueden no ser estables dependiendo de la posición del núcleo de hierro en la bobina.

2. Sensores de Desplazamiento de Tipo Escala

El tipo escala es un sensor que mide digitalmente el desplazamiento del contactor. Existen tipos de recuento magnético y óptico.

Tipo Magnético
El tipo magnético mide la cantidad de desplazamiento detectando el movimiento vertical de una escala con polos S y N alternos con un elemento sensor magnético. El tipo de recuento óptico, por otro lado, proyecta luz sobre una escala con numerosas rendijas y mide la cantidad de desplazamiento contando la luz que pasa a través de las rendijas con un elemento receptor de luz.

Tipo de Recuento ÓPtico
El tipo de recuento óptico es un método de medición digital, lo que significa que está libre de ruido y puede medir con gran precisión. Sin embargo, el movimiento rápido del contactor puede hacer que el elemento sensor magnético o el elemento receptor de luz reaccionen incorrectamente, en cuyo caso el valor medido saltará.

3. Finales de Carrera Y Microinterruptores

Los finales de carrera y los microinterruptores son Sensores de contacto que emiten la posición de un objeto como señal de contacto. En la punta se acopla un perro llamado actuador, que es accionado por el contacto con un objeto para abrir y cerrar los contactos internos. De construcción sencilla y robusta, estos componentes se utilizan ampliamente en la industria.

4. Sensores de Nivel de Tipo Flotador.

Estos sensores están equipados con un flotador, y el flotador se mueve hacia arriba y hacia abajo de acuerdo con el movimiento vertical del nivel de líquido para dar salida al nivel. Debido a su sencilla construcción y bajo coste, se utilizan en muchas situaciones para el control del nivel de líquido en tanques de almacenamiento. Sin embargo, como el flotador tiene que flotar en el depósito, no es adecuado para depósitos agitados.

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Sonda de Contacto de Resorte

¿Qué es una Sonda de Contacto de Resorte?

Sondas de Contacto de Resorte

Una sonda de contacto es una sonda portadora de corriente con una unión eléctrica retráctil por resorte para obtener continuidad eléctrica.

También puede denominarse sonda o contacto de órgano. Por ejemplo, cuando se aplican piezas metálicas entre sí para obtener continuidad eléctrica en una medición, los metales deben estar en contacto entre sí con un cierto grado de fuerza, ya que, de lo contrario, la conexión eléctrica será inestable y no se podrá obtener una conexión precisa.

Las sondas de contacto de resorte son sondas con una estructura en la que la unión se hace deslizar con un muelle, de forma que la conexión eléctrica se hace contactar con la presión de apriete del muelle y se estabiliza la conexión eléctrica.

Usos de las Sondas de Contacto de Resorte

Las sondas de contacto de resorte se utilizan para realizar pruebas de continuidad y de conducción de corriente en componentes electrónicos y placas de circuitos impresos. En la producción de componentes electrónicos y placas de circuitos impresos, las pruebas de continuidad y de conducción de corriente se incorporan a veces al proceso de producción para mejorar la calidad.

En estos casos, es necesario aplicar una tensión o corriente a cualquier parte del componente electrónico o placa de circuito impreso que se va a comprobar. Las sondas de contacto de resorte también se utilizan cuando no se requieren conexiones mediante soldadura o conectores y se desea una fácil extracción y fijación.

Las sondas de contacto de resorte suelen tener la posibilidad de elegir la forma y el grosor de la pieza de contacto, la presión del muelle y la carrera de deslizamiento, etc. Es importante seleccionar la adecuada en función del material y la forma de la contraparte a contactar y de la cantidad de corriente a aplicar.

Principio de las Sondas de Contacto de Resorte

Las sondas de contacto de resorte se utilizan en las máquinas de inspección denominadas máquinas de tijera y máquinas de inspección ICT (In-circuit Tester), que utilizan algo denominado tablero de clavijas. Los tableros de clavijas tienen una estructura en la que se proporciona una toma dedicada para la sonda de contacto, que se fija a una placa de resina de unos 10 mm de grosor con un orificio perforado en una posición que coincide con la posición de conexión del objetivo de inspección, se aplica el cableado eléctrico y se inserta una sondas de contacto de resorte en la toma.

Las máquinas de inspección denominadas máquinas de tijeras y máquinas de inspección ICT (In-circuit Tester) están equipadas con un mecanismo que eleva y baja verticalmente la placa de clavijas, de modo que la sonda de contacto puede aplicarse al punto a inspeccionar sujetando el objetivo de inspección entre la placa de clavijas y la sonda de contacto, lo que permite realizar pruebas de energización eléctrica.

Estructura de las Sondas de Contacto de Resorte

La sonda de contacto de resorte consta de un émbolo, que es la unión eléctrica en la punta, un tubo (o barril), que sirve de cuerpo de fijación, y un muelle en el tubo. Las sondas de contacto de resorte también tienen una toma dedicada, que puede fijarse a la toma y cablearse, de modo que sólo pueda sustituirse la sonda cuando ésta se desgaste.

Cómo seleccionar una Sondas de Contacto de Resorte

Las sondas de contacto de resorte se seleccionan principalmente en función de cuatro factores: tamaño, carrera, presión de la aguja y forma de la punta.

1. Tamaño

El tamaño se selecciona en función de condiciones como la densidad de la zona a sondear y la magnitud de la corriente a aplicar.

2. Carrera

La carrera se selecciona en función de condiciones como la cantidad de movimiento del mecanismo que sube o baja el tablero de agujas del dispositivo, la posición y altura del objetivo de inspección, etc. Generalmente, es preferible seleccionar una sonda con un volumen de deslizamiento que sea aproximadamente dos tercios de la carrera total.

3. Presión de Aguja

La presión de aguja se refiere a la fuerza del muelle, y se selecciona teniendo en cuenta el número de sondas de contacto de resorte y la fuerza aplicada al mecanismo que mueve el tablero de agujas y otras partes del dispositivo hacia arriba y hacia abajo. Por ejemplo, si la fuerza que puede ejercer el mecanismo es de 5 kgf, un tablero de clavijas con 100 sondas debe tener una presión de aguja (fuerza del muelle) de 50 g o menos por sonda, de lo contrario el equipo no funcionará correctamente.

4. Forma de la Punta

La forma de la punta debe ser adecuada al material, tamaño, forma y flujo de corriente que se vaya a aplicar a la sondas de contacto de resorte.

Otras Informaciones sobre Sondas de Contacto de Resorte

Preparación de la Almohadilla de Ensayo

Cuando se diseña con antelación un dispositivo que va a someterse a pruebas de conducción de corriente en el proceso de producción, se recomienda prever los puntos de medición al diseñar el circuito. Al diseñar una placa de circuito impreso, la incorporación de almohadillas de prueba para sondas de contacto puede facilitar la aplicación de las sondas de contacto y la extracción de señales de componentes con pasos sin tensión o más rígidos.

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Osciloscopios

¿Qué es un Osciloscopios?

Un osciloscopios es un instrumento que emite señales eléctricas en forma de ondas en una pantalla y se caracteriza por su capacidad de observar los cambios de la señal a lo largo del tiempo en dos dimensiones.

Los osciloscopios se clasifican a grandes rasgos en osciloscopios analógicos y osciloscopios digitales.

1. Osciloscopios analógicos

Este término se refiere a los Osciloscopios que dibujan formas de onda mediante el barrido de un haz de electrones sobre la superficie de un tubo de rayos catódicos para observar la señal de entrada. La señal de entrada al Osciloscopios se muestra inmediatamente como una forma de onda con sólo un pequeño retardo.

2. Osciloscopios digitales

Osciloscopios que convierten la señal de entrada en datos digitales mediante un convertidor A/D, almacenan los datos en la memoria y, a continuación, muestran la forma de onda en la pantalla. A diferencia de los Osciloscopios analógicos, se trata de una colección de datos discretos, por lo que los datos se complementan entre sí y se muestran como una curva suave.

Usos de los Osciloscopios

Los osciloscopios observan las señales eléctricas como formas de onda, lo que permite al usuario comprobar visualmente el funcionamiento de los circuitos electrónicos. Los osciloscopios pueden utilizarse para comprobar las formas de onda de la señal en circuitos electrónicos y verificar que funcionan según lo previsto en el diseño.

En la verificación del funcionamiento de circuitos digitales de alta velocidad, las señales deben capturarse con una temporización fiable que no se vea afectada por las fluctuaciones de la señal digital (jitter), y los Osciloscopios se utilizan para establecer esta temporización.

Los osciloscopios también son un instrumento de medida eficaz para reparar equipos electrónicos, ya que si la causa del fallo del equipo reside en los circuitos electrónicos, se puede localizar la pieza defectuosa trazando las formas de onda de la señal de las distintas partes de los circuitos electrónicos.

Principio de los Osciloscopios

En los Osciloscopios analógicos convencionales, la señal de entrada procedente de la sonda se transmite al circuito de amplificación vertical del osciloscopio. La señal se atenúa o amplifica en el circuito amplificador vertical y, a continuación, se transmite a la placa deflectora vertical del tubo de rayos catódicos.

La tensión aplicada a la placa deflectora vertical hace que el haz de electrones se escanee hacia arriba y hacia abajo. Esta secuencia de eventos es el principio de los Osciloscopios. La señal de entrada se transmite simultáneamente al circuito de disparo, y el haz de electrones comienza a barrer horizontalmente en el momento en que la señal coincide con la condición de disparo establecida.

En los Osciloscopios digitales, la señal de entrada se convierte en datos digitales mediante un convertidor A/D y los datos se almacenan secuencialmente en la memoria. A continuación, una vez transcurrido un tiempo especificado desde el momento en que la señal de entrada cumple la condición de disparo, se detiene el almacenamiento de nuevos datos.

Como resultado, la memoria anterior registra las señales antes y después del momento en que se cumple la condición de disparo, y estas señales se muestran como formas de onda en la pantalla. En otras palabras, también se puede observar la forma de onda de la señal antes del disparo.

Los datos de la memoria también pueden utilizarse para el análisis de formas de onda, por ejemplo, el análisis de frecuencia de señales mediante operaciones FFT. Además, los datos pueden enviarse a una tarjeta de memoria para su análisis y almacenamiento en un PC.

Cómo seleccionar un Osciloscopios

Al seleccionar un modelo, es importante que el Osciloscopios tenga especificaciones suficientes para la tarea de medición. En concreto, hay que tener en cuenta la respuesta en frecuencia, la frecuencia de muestreo, el número de canales, la longitud de la memoria y los tipos de sonda disponibles.

Además del uso básico de los Osciloscopios para observar formas de onda, las aplicaciones actuales de los Osciloscopios se están ampliando para incluir la verificación de temporización, el análisis de formas de onda y las pruebas de conformidad, y el rango de medición y la funcionalidad están aumentando en consecuencia. En consecuencia, es necesario seleccionar un modelo con funciones adecuadas al propósito de uso.

Cómo utilizar los Osciloscopios

Además de observar las variaciones de tensión a lo largo del tiempo, los Osciloscopios también pueden medir la frecuencia de señales repetidas y dibujar curvas de Lissajous. Se utilizan ampliamente para pruebas de evaluación de circuitos electrónicos, observación de formas de onda de señales de vídeo y audio, comprobación de las características de respuesta de dispositivos de potencia, medición del margen de temporización de circuitos digitales de alta velocidad y evaluación en productos mecatrónicos.

La preparación para la medición incluye el ajuste de fase de las sondas y el ajuste de desviación entre sondas. El ajuste de la inclinación es particularmente esencial cuando se utilizan conjuntamente sondas de corriente y tensión, ya que la sonda de corriente tiene un gran tiempo de retardo. También es esencial esperar unos 30 minutos después de conectar la fuente de alimentación antes de medir para garantizar una precisión de medición suficiente.

El truco para observar realmente la forma de onda deseada es el ajuste del disparo. En los Osciloscopios analógicos, los únicos factores de ajuste son la selección de la pendiente, el nivel de disparo y el retardo de disparo, pero en los Osciloscopios digitales, además de éstos, pueden ajustarse diversas condiciones de disparo, como la anchura de impulso y el intervalo.

Además, también está disponible el disparo secuencial, en el que las señales se capturan cuando se cumplen varias condiciones de disparo. Se requieren técnicas para utilizarlos con el fin de capturar la señal que se desea observar.

Otra información sobre los Osciloscopios

1. características y diferencias entre Osciloscopios analógicos y digitales

Las características de ambos tipos de osciloscopios pueden resumirse como sigue

Osciloscopios analógicos

  • Excelentes prestaciones en tiempo real, con un tiempo muerto corto entre la captura y la visualización de una nueva señal.
  • La frecuencia de aparición de formas de onda idénticas puede determinarse por el brillo de la señal.
  • No es adecuado para observar fenómenos puntuales o de baja frecuencia de repetición.
  • Requiere equipo fotográfico para guardar los resultados de la observación.
  • No es posible el análisis mediante formas de onda.

Osciloscopios digitales

  • Permite visualizar información complementaria sobre fenómenos puntuales.
  • Los resultados de la observación pueden tratarse como datos electrónicos, lo que facilita su almacenamiento.
  • Las formas de onda pueden tratarse como datos digitales y analizarse mediante un procesador.
  • El tiempo real de observación es relativamente corto debido al largo tiempo muerto necesario para el procesamiento de la señal.
  • La información sobre la frecuencia de las formas de onda se pierde en las formas de onda repetidas

Hoy en día, no existen Osciloscopios analógicos disponibles únicamente para aplicaciones de medida industriales, y los Osciloscopios digitales son casi el 100% de la elección.

<p.Esto se debe a la amplia disponibilidad de convertidores A/D y procesadores de alta velocidad para el procesamiento de formas de onda, así como a los avances tecnológicos que compensan las deficiencias de los Osciloscopios digitales, lo que ha llevado a la disponibilidad de productos altamente funcionales a precios relativamente bajos.

2. puntos a tener en cuenta sobre los Osciloscopios

A la hora de utilizar un Osciloscopios para observar formas de onda correctas, hay que tener en cuenta varios puntos, y es especialmente importante seleccionar un modelo con una respuesta en frecuencia que cubra suficientemente la banda de frecuencias que se va a medir.

La respuesta en frecuencia de un Osciloscopios se define como la frecuencia a la que la amplitud cae a -3 dB, por lo que para una medición precisa de la amplitud, se debe seleccionar un modelo con una respuesta en frecuencia de aproximadamente cinco veces la frecuencia de la señal bajo prueba.

En el caso de los Osciloscopios digitales, también debe prestarse atención a la frecuencia de muestreo de los datos. Si la frecuencia de muestreo es inferior al doble de la frecuencia de la señal bajo prueba, se producirá aliasing y se mostrarán formas de onda falsas.

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Analizador de Espectro

¿Qué es un Analizador de Espectro Óptico?

Analizadores de Espectro

Un analizadores de espectro óptico, es un espectrómetro que mide el espectro óptico.

El espectro óptico se refiere a la distribución de intensidad por longitud de onda, con la longitud de onda trazada en el eje horizontal y la intensidad de la luz en el eje vertical. Un dispositivo similar es el medidor óptico de longitud de onda, pero el analizador óptico de espectro tiene una función para corregir los valores medidos y un espejo para escanear las longitudes de onda.

El sistema óptico suele ser más complejo que el de un medidor óptico de longitud de onda, pero es multifuncional y muy versátil. Por ello, el precio del equipo es relativamente elevado.

Los analizadores de espectro ópticos se utilizan en el desarrollo de semiconductores ópticos, como las comunicaciones ópticas en red y los fotoacopladores. Otras aplicaciones son el análisis basado en la luz, la medición del contenido de humedad, la medición del grosor de las películas y todos los campos de componentes relacionados con la luz, incluidos la biotecnología y la química, como la farmacéutica y la biología.

Aplicaciones de los Analizadores de Espectro Ópticos

Los analizadores de espectro ópticos se utilizan principalmente para evaluar el rendimiento de los sistemas ópticos. Las fuentes de luz láser y LED, en particular, tienen una gama muy amplia de aplicaciones en la industria, aplicaciones médicas, telecomunicaciones e investigación académica, por lo que es muy importante investigar sus características de longitud de onda.

Los siguientes son ejemplos de aplicaciones de los analizadores de espectro ópticos

  • Evaluación de las características de longitud de onda de fuentes de luz monocromáticas, como láseres y LED, y fuentes de luz blanca, como lámparas de mercurio y xenón.
  • Evaluación de la reflectancia y transmitancia de componentes ópticos en función de la longitud de onda.
  • Controles de calidad en las comunicaciones por fibra óptica, por ejemplo en las comunicaciones ópticas por multiplexación por división de longitud de onda.

Principio de los Analizadores de Espectro Óptico

El principio de los analizadores de espectro óptico puede clasificarse a grandes rasgos en los dos tipos siguientes en función del método espectral: dispersivo e interferométrico.

1. Analizadores de Espectro Óptico Espectral Dispersivo

La espectroscopia dispersiva es un método de resolución espacial de componentes de longitud de onda que utiliza un elemento espectral y mide la intensidad en cada longitud de onda.

Como elementos espectrales se utilizan prismas y rejillas de difracción. Otros espectrómetros constan de un espejo y una lente llamados colimador, y una cámara u objetivo para enfocar.

En el caso de los prismas, la espectroscopia se basa en la diferencia del índice de refracción en función de la longitud de onda. La luz que incide en el prisma se emite con diferentes ángulos de refracción en función de la longitud de onda. Esto permite resolver espacialmente la componente de longitud de onda de la luz que se desea medir.

En el caso de las rejillas de difracción, la espectroscopia aprovecha la diferencia del ángulo de difracción en función de la longitud de onda. Cuando la luz entra en la rejilla de difracción, se emite en un ángulo que satisface las condiciones de difracción y es diferente para cada longitud de onda.

2. Espectroscopia de Interferencia Analizadores de Espectro Óptico

La espectroscopia interferométrica es un método que consiste en interferir la luz que se desea medir y medir el espectro a partir del patrón de interferencia.

Existen dos métodos de interferencia de flujo luminoso, uno que utiliza un divisor de haz para interferir con la luz que se desea medir y otro que utiliza espejos opuestos altamente reflectantes. En la interferometría de dos fotones, se varían las longitudes del camino óptico de los dos flujos de luz, se mide el cambio de intensidad de la luz que interfiere (interferograma) y se puede calcular el espectro mediante la transformación inversa de Fourier.

En la interferometría multiflujo, sólo se puede extraer el componente de longitud de onda resonante mediante la reflexión múltiple de la luz que se desea medir. Como la longitud de onda de la luz resonante puede modificarse cambiando la separación entre espejos, el espectro puede medirse repitiendo este proceso.

En comparación con la espectroscopia dispersiva, que detecta la intensidad de la luz separada por la longitud de onda, el rendimiento del rango dinámico es inferior, pero se puede obtener una gran precisión de la longitud de onda.

Más Información sobre Analizadores de Espectro Ópticos

Rendimiento de los Analizadores de Espectro Ópticos

La resolución de longitud de onda es la medida más importante del rendimiento de los analizadores de espectro ópticos. La resolución de longitud de onda es un término que se refiere al límite de la anchura de la longitud de onda sobre la que se puede resolver el espectro óptico.

1. Analizadores de Espectro Óptico de Espectroscopía Dispersiva
En espectroscopia dispersiva, la resolución de la longitud de onda depende del tipo de rejilla de difracción utilizada, de la distancia del camino óptico y de la anchura de la rendija. Por esta razón, los instrumentos con alta resolución de longitud de onda son grandes.

El estrechamiento de la anchura de la rendija por la que pasa la luz al detectar aumenta la resolución, pero también reduce la intensidad de detección, por lo que es importante ajustar el sistema óptico teniendo en cuenta la anchura de resolución requerida. Si la cámara está equipada con un sistema de refrigeración, es posible medir con un fondo más bajo, como la corriente oscura.

2. Analizadores de Espectro Ópticos de Espectroscopia de Interferencia
En el caso de la espectroscopia de interferencia, la resolución de la longitud de onda viene determinada por la anchura del paso cuando se modifica la longitud del camino óptico. Por lo tanto, cuando se requiere una alta resolución de longitud de onda, se necesitan más pasos para la medición, lo que se traduce en tiempos de medición más largos.

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Medidores de Longitud

¿Qué son los Medidores de Longitud?

Una máquina de medir longitudes es, como su nombre indica, un dispositivo para medir longitudes.

Hoy en día, la longitud se define como la distancia recorrida por la luz en una unidad de tiempo, en función de la velocidad de la luz. Los métodos de medición de la longitud se distinguen entre métodos directos e indirectos.

  • Método Directo
    Se trata de un método de medición de la longitud que consiste en compararla con una longitud estándar, una escala o un baremo utilizando herramientas de medición de uso común, como una regla, una cinta métrica, un calibre o un micrómetro.
  • Método Indirecto
    Se trata de un método de medición de la longitud mediante otras magnitudes físicas relacionadas con la longitud o mediante métodos eléctricos u ópticos.

En muchos casos, la longitud puede medirse utilizando el método directo, pero en el caso de estructuras largas u objetos microscópicos del orden de las micras, se utiliza el método indirecto porque es difícil preparar una longitud estándar (escala). Los métodos indirectos también se utilizan cuando el objeto tiene una forma compleja, es inaccesible o no se puede tocar.

Usos de los Medidores de Longitud

Los medidores de longitud se utilizan en diversos campos, pero hay que elegir el más adecuado para cada aplicación.

  • De unos pocos milímetros a varias decenas de milímetros y lo suficientemente grandes como para caber en la palma de la mano o sobre una mesa: reglas y calibres.
  • Algo más grandes y largos, de varios cientos de milímetros a varios metros: cinta métrica, etc.
  • Elementos con una precisión de acabado del orden de las micras, cuyo resultado puede observarse al microscopio: micrómetro.
  • Distancias de varios metros a varias decenas de metros sobre el terreno: métodos ópticos (triangulación, medición de longitud por láser).
  • Medición de irregularidades finas en productos industriales de precisión, como lentes u obleas de semiconductores: interferometría láser.

Además, se aplican tecnologías como la tomografía computarizada por rayos X para medir el interior de objetos inaccesibles por la luz o el estilete. Además, la industria nanotecnológica requiere mediciones a nivel nanométrico, que se miden con métodos en los que se aplica la microscopía electrónica de barrido. Como aplicación práctica, también se están desarrollando métodos de medición de longitud basados en el análisis de imágenes, como el reciente desarrollo de aplicaciones de medición de longitud a partir de cámaras de smartphones.

Principio de los Medidores de Longitud

La definición de un metro es “la longitud que recorre la luz en el vacío en 1/299.792.458 de segundo”. El prototipo de metro basado en esto es el estándar para la longitud. En principio, el método directo es una comparación con este prototipo métrico.

Un principio de medición basado en la definición de longitud consiste en medir el tiempo de vuelo (ToF) de la luz. Debido a la altísima velocidad de la luz, se requiere una sofisticada tecnología electrónica. En la actualidad, muchos instrumentos de tipo láser (ToF) emplean habitualmente un método de medición basado en la diferencia de fase entre la luz incidente de intensidad modulada y la luz reflejada.

Por definición, éste es el comportamiento de la luz en el vacío, por lo que en la práctica se requiere una corrección para el índice de refracción del aire. La interferometría láser utiliza el fenómeno de interferencia entre haces láser.

Analizando las franjas de interferencia producidas cuando la luz reflejada por la superficie de referencia y la luz reflejada por la superficie de medición para la misma radiación láser interfieren entre sí, se puede medir la distancia de la superficie de medición con respecto a la superficie de referencia en el orden de nm. A modo de ejemplo, se muestran algunos instrumentos de medición de longitud, pero existen muchos métodos.

Otra Información sobre Medidores de Longitud

1. Cómo Utilizar los Medidores de Longitud

La máquina horizontal de medición de longitudes utilizada en muchas máquinas de medición de longitudes consta de una bancada, una mesa alternativa con una escala patrón incorporada que se mueve sobre la bancada, un microscopio de medición para observar la escala patrón, una superficie de medición sobre la que se coloca la probeta bajo una fuerza de medición constante y una mesa de medición que soporta la probeta que se va a medir. Se conocen dos tipos de medidores de longitud horizontal: los que satisfacen el principio de Abbe y los que satisfacen el principio de Eppenstein.

En los medidores de longitud horizontal con una estructura que satisface el principio de Abbe, la medición se lleva a cabo colocando el eje de medición de la probeta y la cara de la escala de la escala estándar en la misma línea recta, de modo que se pueden ignorar los errores de medición debidos a la desviación angular del eje de medición de la mesa reciprocante basada en la falta de rectitud de la cama.

Por otra parte, en los medidores de longitud horizontales con una estructura que satisface el principio de Eppenstein, la medición se lleva a cabo para eliminar los errores de medición debidos a la falta de rectitud de la bancada configurando la distancia focal de la lente del objetivo para la escala estándar de modo que sea igual a la distancia entre el eje de medición de la muestra y la escala estándar cuando están separadas, y colocando ópticamente el plano focal de la lente en la escala estándar. La medición se realiza colocando ópticamente el plano focal de la lente sobre la escala patrón.

2. Medidores de Longitud por Láser

Los medidores de longitud por láser emiten un rayo láser sobre un objeto de prueba y utilizan la luz reflejada para medir la distancia del objeto de prueba. Los medidores de longitud por láser se denominan “Sensores de Desplazamiento” o “Sensores de Distancia”, dependiendo de la distancia a medir.

  • Sensor de Desplazamiento
    Máquinas de medición de longitudes que miden distancias cortas (de decenas a centenares de milímetros) en micras.
  • Sensores de Distancia
    Se trata de máquinas de medición de longitud que miden distancias largas (de varios milímetros a varios metros) en milímetros.

Los dos métodos de medición conocidos para los Medidores de Longitud mencionados son los métodos de triangulación y de tiempo de vuelo (ToF).

Triangulación
Se trata de un método de medición que utiliza el principio de triangulación basado en la luz reflejada, y consiste en un medidores de longitud con un elemento emisor de luz y un elemento receptor de luz. Como elemento emisor de luz se utiliza un láser semiconductor. En el método de medición, un haz láser enfocado desde el láser semiconductor a través de una lente de proyección se irradia sobre la muestra. Parte de la reflexión difusa de la luz láser irradiada sobre el objeto de ensayo forma una imagen puntual en el elemento receptor de luz a través de la lente receptora de luz. El desplazamiento de la muestra puede medirse detectando y calculando la posición de la imagen puntual.

Un sistema que utiliza un elemento receptor de luz CMOS (Complementary Metal Oxide Semi-conductor) se denomina sistema CMOS, mientras que un sistema que utiliza un elemento receptor de luz CCD (Charge Coupled Device) se denomina CCD. El método CCD utiliza un CCD (Charge Coupled Device) como elemento receptor de luz.

Tiempo de vuelo (ToF)
Este método mide la distancia midiendo el tiempo que tarda la luz irradiada en reflejarse en la muestra y ser recibida por el elemento receptor de luz. Existen dos métodos conocidos: el método de distancia por diferencia de fase, que utiliza la diferencia de fase entre las longitudes de onda emitidas y recibidas, y el método de propagación de impulsos, que emite un haz láser con una anchura de impulso fija.

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Analizadores de Redes

¿Qué es un Analizador de Redes?

Analizadores-de-RedesUn analizador de redes (Network Analyzer en inglés) es un dispositivo utilizado para caracterizar las propiedades de una red en un dispositivo bajo prueba (DUT, Device Under Test).

En particular, el analizador de redes puede medir la atenuación y la impedancia de la señal que ingresa al DUT. Es especialmente útil para evaluar las características de alta frecuencia de componentes electrónicos y tiene una amplia gama de aplicaciones, incluyendo dispositivos de transmisión.

La salida del analizador de redes se representa mediante parámetros S (parámetros de dispersión). Los parámetros S incluyen magnitudes físicas como la reflexión directa (S11), la transmisión directa (S21), la transmisión inversa (S12) y la reflexión inversa (S22). Estos parámetros proporcionan información sobre cómo se comporta la señal en la red y son fundamentales para analizar y caracterizar el rendimiento de los dispositivos y sistemas.

Usos de los Analizadores de Redes

Los analizadores de redes se clasifican en dos categorías principales: los analizadores de redes escalares y los analizadores de redes vectoriales (VNA). Los analizadores de redes vectoriales (VNA) son especialmente versátiles, ya que proporcionan información tanto de amplitud como de fase, lo que amplía su campo de aplicación.

Los analizadores de redes son ampliamente utilizados en el desarrollo de circuitos de adaptación para amplificadores de alta frecuencia, aprovechando sus ventajas en aplicaciones de alta frecuencia. En este contexto, el diseño se basa en los precisos parámetros S del amplificador, la antena y el filtro, respectivamente.

Además, los analizadores de redes también se emplean frecuentemente para evaluar la adaptación de impedancias. El desajuste de impedancias en las líneas de transmisión de cada dispositivo o cable en una red de circuitos que maneja altas frecuencias puede resultar en pérdidas de potencia y distorsión de la señal. Por lo tanto, los analizadores de redes son útiles para detectar y evaluar estos desajustes de impedancias, permitiendo mejorar la eficiencia y calidad de la transmisión de señales en dichos sistemas.

Principios de los Analizadores de Redes

Un analizador de redes está equipado con una fuente de señal, un separador de señal, un acoplador direccional y al menos tres receptores.

  • Fuente de señal
    La fuente de señal se encarga de suministrar señales al sistema y la proporciona un sintetizador.
  • Separador de señales
    El separador de señales utiliza un divisor de resistencias para dividir la señal de entrada en señales de circuito y receptores (señal de referencia R).
  • Acoplador direccional
    El acoplador direccional separa la onda de entrada de la onda reflejada, que se mide en el receptor (señal de referencia A).

La salida del DUT se mide en un tercer receptor (señal de transmisión B). La evaluación se realiza comparando las señales, por ejemplo, S11 se define por A/R y S21 por B/R.

La elevada precisión de medida del analizador de redes también se garantiza mediante una calibración precisa. La calibración se realiza utilizando patrones con características conocidas. Un método de calibración muy utilizado es el método SOLT, en el que un patrón de cortocircuito, circuito abierto o carga de adaptación se acopla a un plano de referencia en una conexión directa (pasante).

La medición es muy precisa, por lo que hay que tener cuidado para evitar errores de medición en varios aspectos, como el par de apriete del conector, la temperatura ambiente, la señal de entrada y la estabilidad del cable, etc.

Más Información sobre los Analizadores de Redes

1. Conocimientos Básicos sobre los Analizadores de Redes

Existen dos tipos de analizadores de redes: los analizadores de redes vectoriales (VNA, por sus siglas en inglés) y los analizadores de redes escalares. Sin embargo, los analizadores de redes vectoriales son los más utilizados en la actualidad.

Los analizadores de redes utilizan parámetros S (parámetros de dispersión) para medir los cambios de amplitud en las mediciones de transmisión y reflexión. Estos parámetros también se conocen como matrices S y se define un sistema de numeración para ellos. El esquema de numeración es “Sij, donde i es el puerto de salida y j es el puerto de entrada”. Por ejemplo, S11 representa una medición de una señal incidente en el puerto 1 que se transmite al puerto 1, mientras que S12 significa una medición de una señal incidente en el puerto 2 que se transmite al puerto 1.

Los parámetros S se pueden medir utilizando un analizador de redes vectoriales. Sin embargo, antes de realizar las mediciones, es necesario calibrar el VNA utilizando diferentes métodos de calibración.

El método básico de calibración de un VNA implica el uso de tres instrumentos de calibración estándar. Entre los métodos de calibración más comunes se encuentran el método SOLT (Short-Open-Load-Thru), el método UnKnown Thru y el método TRL (Thru-Reflect-Line), tal como se mencionó anteriormente. Estos métodos permiten obtener mediciones precisas y confiables con el VNA.

2. Sobre la Medición de la Impedancia

La impedancia es un parámetro importante utilizado en la caracterización de circuitos electrónicos, componentes electrónicos y materiales electrónicos, y es la cantidad de corriente alterna que interrumpe un circuito u otro dispositivo a algunas frecuencias. Existen varios tipos de métodos de medición de la impedancia, cada uno con sus propias ventajas e inconvenientes.

El método de medición debe seleccionarse teniendo en cuenta el rango de frecuencias necesario para la medición y las condiciones de medición del rango de medición de la impedancia. Los métodos de medición incluyen el método de puente, el método de resonancia, el método I-V, el método de análisis de red, el método de análisis de red en el dominio del tiempo y el método de puente equilibrado automático.

El método del puente se describe a modo de ejemplo. Las ventajas del método del puente son su gran precisión (en torno al 0,1%), su capacidad para cubrir una amplia gama de frecuencias con múltiples instrumentos de medición y su bajo coste. Por otro lado, las desventajas son que requiere una operación de equilibrado y que una sola unidad sólo puede cubrir un estrecho rango de frecuencias. La gama de frecuencias de medición del método del puente es aproximadamente de hasta 300 MHz CC.

3. Tendencias en la Extensión de Frecuencia

La máxima extensión de frecuencia de los analizadores de redes se extiende ahora hasta la banda sub-THz (220 GHz). Esto se debe a que se prevé que la próxima generación de estándares de comunicación, 6G, utilizará con toda probabilidad la banda de 140 GHz, conocida como banda D.

Sin embargo, la banda sub-THz es susceptible a errores de longitud eléctrica y elementos parásitos debido a su alta frecuencia, lo que hace que la precisión total de calibración, incluyendo sondas y cables de RF, sea extremadamente importante.

En realidad, el rango de frecuencias que puede calibrarse de una sola vez suele ser limitado, y los fabricantes compiten por desarrollar instrumentos de medida fáciles de usar, incluyendo el manejo de datos entre calibraciones y la adición de extensores de frecuencia dedicados a la banda de ondas milimétricas.

4. Adición de Funciones de Evaluación de Potencia Modulada

Los analizadores de redes se utilizan generalmente para evaluar la impedancia de los DUT y los parámetros S, que son evaluaciones de pequeña señal, pero recientemente el análisis de modulación y la evaluación de gran señal y el análisis de evaluación de pequeña señal se realizan a menudo como un conjunto. En el futuro, los analizadores de redes se utilizarán como una herramienta sencilla y fácil de usar para el análisis de modulación.

En el futuro, los analizadores de redes se utilizarán no sólo para la evaluación de impedancias y parámetros S, sino también para la evaluación de conmutadores, filtros, amplificadores de alta frecuencia (RF), amplificadores de bajo ruido (LNA) y otros frontales de RF, incluido el análisis de grandes señales y modulación.

スポットクーラー

スポットクーラーとは

スポットクーラーとは、取り込んだ空気を内部で冷却して送風する局所的な空調機器のことです。

冷風機、スポットエアコン、ポータブルクーラーとも呼ばれます。一般的なエアコンはエリア全体を冷却しますが、スポットクーラーは一部のエリアだけを冷やすためエアコンよりも電気代を節約できます。工事不要で設置でき、窓や壁面に取り付ける窓用エアコンやルームエアコンが置けない場所でも使用可能です。

スポットクーラーには家庭用や業務用があります。家庭用はサイズがコンパクトで、持ち手やキャスターが付いた機種も多いです。卓上に設置可能な小型モデルもあり、排熱用ホースが長いため、移動しながら場所を選ばず使用できます。家庭用のコンセントにも対応している100V程度が一般的です。

それに対して、業務用の対応電圧は200Vが一般的で、家庭用よりも冷房能力が優れています。暑い場所をしっかり冷却できますが、家庭用よりも大きい場合が多いです。そのため屋外や工場での使用に適しています。

スポットクーラーはエアコンのような涼しさや扇風機のような手軽さを兼ね備えています。しかし一般的なクーラーと比較すると、機体がコンパクトなため、冷房能力も小さいです。家庭用クーラーの場合には部屋が涼しいと消費電力は大きく低下しますが、スポットクーラーには温度設定はなく、消費電力がほぼ一定です。使用状況次第ではスポットクーラーの方が、家庭用クーラーより総合的な消費電力が多いときもあります。

スポットクーラーの使用用途

エアコンでは大規模なエリアでの効率的な冷房が難しく、天井が高くて広い空間に冷房装置を設置すると莫大な費用が必要です。その一方でスポットクーラーは、冷房装置を置けない場所や全体の冷房が困難な場所でも、冷気を集中的に送る際に優れています。具体例として、工場、倉庫、組み立てライン、機械室、クリーニング店、ゴルフ練習場、体育館などが挙げられます。

スポットクーラーは一般家庭用のクーラーとしても利用可能です。例えば、部分的にケージ内のペットや作業中のガレージを冷却したり、料理中、風呂上り、アイロンがけのように、部屋全体を冷やす必要がない場合に適しています。

大型のスポットクーラーであれば、工場の作業員や飲食店厨房の調理人の近くだけを冷やすためによく利用されます。夏の工場内は、熱溜まりを建屋外へ排熱しても、熱源が多いため非常に暑いです。スポットクーラーによって夏でも快適に作業ができ、作業員の発汗量も減って、職場環境が改善されます。警備員の詰め所や駐車場の管理人室のほか、屋外での作業や販売に従事する場合でも使用可能です。

スポットクーラーの構造

スポットクーラーは小型のルームエアコンや窓用クーラーに似ています。熱交換器やコンプレッサーがあり、周りの空気をファンで取り込みます。正面から冷風を放出し、裏側から熱風を排出するため、冷えるのは正面の狭い範囲だけです。背面からは熱風が出ているため、締め切った屋内で使うと、室温が上がります。したがってエアコン代わりとして、リビングダイニングなどの広い空間での使用には不向きです。

冷却器から生じる水はタンクに溜まります。満水になると停まるため、水の処理が必要です。一般的なクーラーと同様に、定期的にフィルターを掃除する必要があり、冷風取り入れ口や熱風取り入れ口にフィルターがあります。定期的に清掃しない場合には、ホコリが放熱器に溜まって、性能の低下に繋がります。

スポットクーラーの種類

スポットクーラーは冷風を出すだけでなく、除湿、暖房、衣類乾燥などの機能を併せ持ったタイプもあります。多機能な製品を選べば、小型のエアコンのように使用可能です。

また、特定の季節だけ用いる夏の扇風機や冬のストーブは片付ける必要がありますが、オールシーズン使用できる家電は便利です。さらに複数の部屋で用いるためにはエアコンは部屋の数だけ必要ですが、スポットクーラーは1台でも使い回せます。

スポットクーラーの選び方

締め切った室内全体を冷却できる通常のクーラーに対して、スポットクーラーは開放された場所での使用に適しています。スポットクーラーには室外機がなく、熱風と冷風のいずれも本体から出るため、密閉した室内では熱風がこもるので注意が必要です。

防雨型のスポットクーラーを選べば、屋外のイベントなどで急な雨に遭遇したときにも役立ちます。ただし騒音や振動が大きいスポットクーラーもあるため、静音性の高さを確認する必要があります。家庭用のスポットクーラーの動作音は、静音性が高い製品では、静かな事務所の音と同じ50dB程度です。

水の気化熱を用いて冷却する装置は、冷風扇や水冷式冷風機と呼ばれています。スポットクーラーと冷風扇は原理や効果が全く異なり、冷風扇ではスポットクーラーや家庭用クーラーのような冷却効果が期待できません。ただし冷風扇は水を使用するため環境にやさしく、スポットクーラーよりも騒音や消費電力が小さい場合が多いです。

熱中症対策スポットクーラー

熱中症対策スポットクーラーとは

熱中症対策スポットクーラーとは、熱中症を予防するための局所冷房装置のことです。

スポットエアコンや冷風機とも呼ばれます。空気を吸い込み、クーラー内部で冷やして送風しています。局所的に冷風が当たる場所を冷却する際に効果的です。取り付ける必要がなく、取っ手やキャスターが付いた機種も多いため、容易に設置や移動が可能です。したがって熱中症対策スポットクーラーは、エアコンのような涼しさと扇風機のような手軽さを兼ね揃えています。

熱中症の発症リスクは7月〜9月に高く、節電意識によってエアコンの使用を控えることで、熱中症の増加が懸念されています。熱中症は屋外だけでなく室内でも発症し、命に関わるほど危険な疾患であり、家庭や職場での熱中症の予防が重要です。エアコンは熱中症対策に効果的ですが、エアコンが設置できない場合には、熱中症対策スポットクーラーが適しています。

熱中症対策スポットクーラーの使用用途

通風管を有する大型のスポットクーラーは、飲食店厨房の調理人や工場の作業員の周りのみを冷やすためによく使用されます。工場内には熱源が多く、熱溜まりを建屋外に排熱しても、夏は非常に暑いです。

熱中症対策スポットクーラーを設置すると、夏でも快適に整備作業が可能です。発汗量が減って、熱中症を予防でき、職場環境を改善できます。屋外で作業や販売に従事する以外にも、駐車場の管理人室や警備員の詰め所などでも利用可能です。

学校施設の屋内外の熱中症対策にも役立ちます。例えば、冷房がない校舎の昇降口や体育館のコーナーなどにも使用可能です。一般的なクーラーが使えない場所でも、冷気を集中的に送って、熱中症のリスクを軽減できます。通常のクーラーは締め切った室内全体を冷却するため、スポットクーラーは密閉できない場所での利用に適しています。

家庭用のスポットクーラーとしても使用可能です。具体的には、作業中のガレージやケージ内のペットを、部分的に冷やすために役立ちます。料理中、アイロンがけ、風呂上りなど、部屋全体の冷却が不要なときにも使用可能です。家庭用クーラーとは違って、取り付け施工業者に設置を依頼する必要もありません。

熱中症対策スポットクーラーの原理

熱中症対策スポットクーラーの原理は、ルームエアコンや窓用クーラーに近いです。家庭用クーラーと同様に、熱中症対策のための小型クーラーと見なせます。熱交換器とコンプレッサーがあり、周辺の空気をファンで取り込み、正面から冷風が放出されて裏側から熱風が排出されます。したがって冷えるのは正面の狭い範囲のみです。背面から熱風が出るため、締め切った屋内で使用した際には室温は上昇します。

冷却器から生じる水が本体に備え付けられたタンクに溜まり、満水になると停止するため水を処理する必要があります。一般的なクーラーと同じく定期的に冷風取り入れ口にあるフィルターの掃除が必要です。熱風取り入れ口のフィルターを定期的に清掃しないとホコリが放熱器に溜まり性能が低下します。

水の気化熱によって冷却する装置は冷風扇と呼び、スポットクーラーとは原理や効果が全く違います。冷風扇では家庭用クーラーやスポットクーラーほどの冷却効果は期待できません。

熱中症対策スポットクーラーの種類

熱中症対策スポットクーラーは、家庭用と業務用の2種類に分けられます。家庭用は一般家庭の室内での使用を考慮しているため、小型で移動が容易です。場所を選ばずに使用できるように、排熱用ホースが長いです。それに対して業務用は大きく、主に屋外や工場で用います。業務用は電圧が高くて、家庭用よりも冷却能力が高い場合が多いです。そして業務用はデザインのバリエーションも少ないです。

室外に排気するための専用ダクトと窓枠に取り付けるパネルなどが用意された熱中症対策スポットクーラーもあります。家庭用には吸気ダクトを備えた製品はほぼないため、排気ダクトだけを使っても、稼動によって部屋に外気が入って、部屋全体の冷房はできません。

熱中症対策スポットクーラーの選び方

熱中症対策にエアコンは有効ですが、大規模なエリアでは効率的な冷房が困難です。もし天井が高くて広い空間に冷房装置を設置した場合には、莫大な費用が必要です。その一方で、熱中症対策スポットクーラーは、冷房装置を置けない場所でも、空調として優れています。

具体的には、一般家庭を代表として、工場、倉庫、機械室、組み立てライン、体育館、クリーニング店、ゴルフ練習場など、全体の冷房が難しい場所で利用可能です。とくに防雨型のスポットクーラーであれば、運動会やお祭りなどで急な雨に遭遇した際にも役立ちます。

ただし一般的なクーラーと比べると、機体のサイズに制限があり、冷房能力が小さいです。温度設定がなく、消費電力はほとんど一定で、騒音や振動も無視できません。その一方で家庭用クーラーは、部屋が涼しくなると消費電力が大きく低下します。使う状況次第で総合的な消費電力は、家庭用クーラーよりもスポットクーラーの方が多くなる場合もあります。

セミドライ加工 (MQL加工)

セミドライ加工 (MQL加工) とは

セミドライ加工 (MQL加工) とは、​​金属の切削加工で大量の切削油の代わりに、非常にわずかな量の油剤を使って加工する方法です。

MQL (英: Minimum Quantity Lubrication) は微少量潤滑を意味します。半分ドライな状態で加工し、海外ではNDM (英: Near Dry Machining) 加工と呼ばれる場合もあります。

潤滑油を少量用いて金属加工を行うため、環境に優しいだけでなく省エネで経済的です。作業環境を改善し従業員の健康にも配慮できます。ノズルによってミストを工具の外部から塗布する方法以外にも、機械の内部から工具先端にミストを送り込む方法もあります。機械の内部からミストを送るとNC旋盤やマシニングセンタにも対応可能です。潤滑性が高くて生分解性のある植物油や合成エステルなどが、主に油剤に用いられています。

ウェット加工で低環境負荷を実現するために、1990年以降にセミドライ加工の研究開発が進められてきました。その一方で全く切削油剤を用いない加工をドライ加工と呼びます。ドライ加工と比較するとセミドライ加工では加工精度や表面仕上げが向上でき、切削工具の寿命を延長可能です。

セミドライ加工 (MQL加工) の使用用途

セミドライ加工 (MQL加工) では、加工点にわずかな油剤を塗布して金属などを加工します。わずかな量の潤滑油を加工箇所に噴霧するため、様々なメリットがあり、金属加工業界で注目されています。

セミドライ加工では材料の加工部分のみに加工油がかかり、もし付着した場合にも極微量であり、脱脂の必要もありません。加工油は全損式ですが、消費量はわずかで切削油に必要なコストが少ないです。廃油が出ず、大きなタンクも必要なく、廃油の処理コストも減ります。莫大なエネルギーを使用するクーラントシステムが必要ないため、節電効果も大きいです。多くのセミドライ加工専用油は植物性由来であり、環境負荷を低減できます。

その一方で、材料の熱変位や面粗度などが課題です。水溶性の切削油を用いたクーラント装置よりも冷却性が劣っています。流量が少なく切屑の排出に問題があり、供給ノズルの方法と数も検討が必要です。加工方法によっては利用が困難な場合もあり、専用工具が必要な場合もあります。

セミドライ加工 (MQL加工) の種類

セミドライ加工の潤滑方法には、水溶性ミストと油性ミストがあります。水溶性ミストでは水でミスト原液を20〜30倍に希釈して、切削点へおよそ10cc/分で高圧噴射します。潤滑と大きな冷却能が得られ、大型部品のドリルやウェット加工に使用可能です。

それに対して油性ミストでは、加工点へ5〜20cc/Hのような極微小の加工油を噴霧するため、加工熱の発生が小さい極小径ドリルや加工取代が小さいニアネット部品などに適しています。切刃蓄熱が大きい旋盤の連続切削では、冷却能が小さく適していません。機械の高速化や自動化に伴って、大流量かつ高圧のクーラントシステムに加工法が移ってきました。そして火災の危険性を考慮して、水溶性の切削油が多くなっています。

基本的にはミストはノズルから噴射されますが、ミストラインにミスト液を供給する多種多様な方法があります。具体的には、霧吹きタイプ、ルブリケータタイプ、定量ポンプ方式などです。霧吹きタイプは負圧によってミスト液を吸入し、ノズルでミストにしています。

ルブリケータタイプはミスト液タンクに加圧して、圧力差によってミスト液をミストラインに提供可能です。定量ポンプ方式では、市販のダイアフラムポンプを使用してミスト液を汲み上げて、ミストラインに提供します。

セミドライ加工 (MQL加工) の選び方

加工が容易な鋳鉄部品やアルミには、油剤を使わずに加工していた時期もありました。現在では生産性の向上や切屑の回収などの理由でウェット加工が一般的ですが、切削油剤を極限まで減らすために少しずつセミドライ加工が拡がってきました。

セミドライ加工では潤滑効果や冷却効果が得られますが、ウェット加工のように加工後の機械内部の洗浄効果や切屑回収機能はありません。ただしセミドライ加工に使うミスト液は微量なため、ほとんどの部品がドライ状態であり、洗浄工程は不要です。

ウェット加工では冷却関連の電力費が機械動力の4~6割ほどを占めると言われており、セミドライ加工では管理費や定期交換費用のようなあらゆる経費を削減できます。ウェット加工よりも、加工工程でのコストと環境負荷を大幅に減らせます。

さらにセミドライ加工では、潤滑剤をわずかしか用いないため職場をドライ状態に維持可能です。工場内の通路で滑ったり臭いが残る心配もありません。ミスト液には環境負荷物質が含まれておらず、ウェット加工よりも職場環境が良くなります。ただし、使用する工具刃具、加工の種類、材料の特性、加工対象の材質などで加工法を選択する必要があります。