ES2905404T3 - Sistema de inspección por vídeo intrínsecamente seguro - Google Patents

Abstract

Cámara de vídeo intrínsecamente segura, para su utilización en entornos peligrosos (104) con una atmósfera inflamable y volátil, que comprende: un chasis de cámara (402) que define una carcasa; un conjunto de lente (210, 404) fijado al chasis de cámara (402); un dispositivo de formación de imágenes (208, 406) acoplado ópticamente al conjunto de lente (210, 404), en el que el dispositivo de formación de imágenes (208, 406) está alojado dentro de la carcasa; un controlador (408) en comunicación con el dispositivo de formación de imágenes (208, 406), en el que el controlador (408) está alojado dentro de la carcasa; una memoria (204, 412) en comunicación con el controlador (408), en el que la memoria (204, 412) está alojada dentro de la carcasa; una batería (212, 414) conectada al controlador (408), en la que la batería (212, 414) está alojada dentro de la carcasa; una interfaz eléctrica a óptica (410) en comunicación con el controlador (408) y configurada para convertir señales digitales en señales ópticas, estando la interfaz eléctrica a óptica (410) alojada dentro de la carcasa; un transmisor de interfaz óptica (420) en comunicación con la interfaz eléctrica a óptica (410), estando el transmisor de interfaz óptica (420) alojado dentro de la carcasa; y un cable de interconexión (108) configurado para ser fijado de manera amovible a un ordenador anfitrión (102) situado fuera del entorno peligroso (104) con una atmósfera inflamable y volátil y en comunicación con el mismo; caracterizada por que dicho cable de interconexión (108) consiste en un cable óptico (422) en comunicación con el transmisor de interfaz óptica (420), en el que el cable óptico (422) se extiende a través del chasis de cámara (402) y está configurado para ser utilizado en el entorno peligroso (104) con una atmósfera inflamable y volátil; un cable eléctrico configurado para ser fijado de manera amovible al ordenador anfitrión (102) y en comunicación con el mismo; y un módulo de acondicionamiento de cable (106) entre el cable óptico (422) y el cable eléctrico, presentando el módulo de acondicionamiento de cable (106) una interfaz eléctrica-óptica-eléctrica para convertir señales ópticas recibidas del transmisor de interfaz óptica (420) a través del cable óptico (422) en señales eléctricas para su transmisión al ordenador anfitrión (102) a través del cable eléctrico y para convertir señales eléctricas recibidas del ordenador anfitrión (102) en señales ópticas para su transmisión al transmisor de interfaz óptica (422), estando el módulo de acondicionamiento de cable (106) situado fuera de un entorno peligroso (104) con una atmósfera inflamable y volátil; y por que dicha cámara de vídeo intrínsecamente segura comprende asimismo una célula fotovoltaica (430) para convertir energía óptica en energía eléctrica para cargar la batería (212, 414), estando la célula fotovoltaica (430) alojada dentro de la carcasa; un primer conducto de luz (428) en comunicación con el transmisor de interfaz óptica (420) configurada para entregar luz del cable óptico (422) a la célula fotovoltaica (430), estando el primer conducto de luz (428) alojado dentro de la carcasa; un segundo conducto de luz (426) en comunicación con el transmisor de interfaz óptica (420) configurado para entregar luz del cable óptico (422) a una pluralidad de emisores de luz (418) situados en el conjunto de lente (404).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de inspección por vídeo intrínsecamente seguro

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a cámaras de vídeo y a sistemas de inspección que incluyen cámaras de vídeo. La presente invención está relacionada, en particular, aunque no de forma exclusiva, con sistemas de inspección por vídeo para su utilización en entornos peligrosos y, en especial, aquellos entornos peligrosos que tienen vapores volátiles con un alto riesgo de incendio o explosión.

Antecedentes de la invención

Con los avances tecnológicos que se han efectuado en la tecnología de las cámaras, incluido el desarrollo de cámaras digitales de estado sólido y en miniatura, la incorporación de cámaras de vídeo en equipos de diagnóstico comunes está siendo cada vez más habitual. Una de las aplicaciones específicas de las cámaras actuales se encuentra en el campo de la robótica, y los sistemas de inspección remota. Por ejemplo, se pueden incorporar cámaras en sistemas de fabricación de electrónica controlados robóticamente para la inspección de uniones de soldadura con aporte o soldadura por fusión, para examinar la colocación correcta de componentes en un conjunto electrónico, y otras utilizaciones en las que resultaría ventajosa una retroalimentación visual.

Otra aplicación práctica de la tecnología de las cámaras actuales incluye la inspección de entornos peligrosos. Por ejemplo, un sistema de inspección por vídeo puede proporcionar una inspección más detallada que la simple vista, se puede exponer a entornos incompatibles con la vida humana, y, normalmente, puede identificar defectos mucho tiempo antes de que los mismos resulten claros para sistemas de inspección menos sofisticados. Estos defectos, si pasan inadvertidos, pueden dar como resultado peligros significativos relacionados con la seguridad, y, en algunos entornos, pueden derivar en catástrofes. Uno de estos entornos se sitúa en la inspección de depósitos usados para el transporte y almacenamiento de materiales peligrosos, tales como depósitos de combustible, depósitos de petróleo u otros productos químicos peligrosos.

Los entornos peligrosos que contienen gases, vapores o líquidos volátiles se clasifican, típicamente, por zonas. Específicamente, un entorno de Zona 2 no presenta ningún riesgo de incendio o explosión, la Zona 1 presenta un mayor riesgo de incendio o explosión y la Zona 0 presenta un riesgo alto de incendio o explosión. Los equipos se certifican, típicamente, de manera que funcionen en zonas específicas. Por ejemplo, un dispositivo se puede certificar únicamente para su utilización en entornos de la Zona 2, mientras que otro dispositivo se puede certificar para su utilización en la Zona 1. Típicamente, los dispositivos certificados para la Zona 1 también se pueden usar en la Zona 2 ya que la Zona 2 presenta unos requisitos menos rigorosos en cuanto a la seguridad en comparación con la Zona 1.

Para cumplir los requisitos correspondientes a la Zona 1 y la Zona 0, deben cumplirse ciertos requisitos de diseño eléctricos y mecánicos. Estos requisitos de diseño se centran, principalmente, en temas de seguridad, e incluyen las limitaciones de evitar un calor excesivo, fuego, chispas, electricidad estática u otras fuentes de ignición. Los dispositivos que están diseñados para usarse dentro del entorno de la Zona 0 se consideran “intrínsecamente seguros”.

La seguridad intrínseca es un modelo de protección utilizado en atmósferas potencialmente explosivas y se basa en diseñar el aparato eléctrico de manera que no pueda liberar suficiente energía, por medios ya sea térmicos o eléctricos, como para provocar una ignición de un gas inflamable. Puede encontrarse un análisis publicado de esta técnica de protección en www.iec.ch. Parte de la IEC 60079 especifica la construcción y las pruebas de aparatos intrínsecamente seguros destinados a usarse en una atmósfera de gas explosivo y para un aparato asociado, que está destinado a conectarse a circuitos intrínsecamente seguros que entran en estas atmósferas. Estos son lugares en los que hay presencia continua de concentraciones, susceptibles de ignición, de gases, vapores, líquidos, polvos inflamables o fibras fácilmente susceptibles de ignición, o las mismas están presentes durante periodos prolongados de tiempo.

Históricamente, se ha excluido la utilización de los sistemas de vídeo en aplicaciones de la Zona 0 debido a la posibilidad de explosión. Los sistemas de vídeo típico incluyen suficientes potenciales de voltaje y consumos de energía que pueden crear chispas excesivas, fuentes de calor localizadas, y, en algunos casos, un fallo de un circuito podría dar como resultado la aparición de un incendio dentro del propio sistema de vídeo provocando una explosión primaria. Esto es particularmente peligroso cuando se consideran los entornos de Zona 0 altamente volátiles en donde una explosión primaria daría como resultado necesariamente una explosión secundaria más catastrófica.

Para inspeccionar entornos de Zona 0 o Zona 1, se estima que se invierten millones de dólares cada año en la abertura, desgasificación e inspección de depósitos de almacenamiento y transporte de vapor y gas. Esta estimación no tiene en cuenta la cantidad de tiempo sustancial requerida para preparar permisos, asegurar el área, vaciar el depósito, y mandar una persona que lleve un equipo HAZMAT dentro del depósito con equipos convencionales de grabación y inspección. Muchas de estas no están planificadas y podrían haber sido innecesarias.

Teniendo en cuenta lo anterior, sería ventajoso proporcionar un sistema de inspección por vídeo que ofreciese un incremento exponencial de la eficiencia del proceso a partir de la reducción de tiempo y costes de abertura, desgasificación e inspección del depósito. Además, sería ventajoso proporcionar un sistema de inspección por vídeo que ofreciese un análisis de inspección cuantitativo y normalizado y resultados que no estuvieran sujetos al criterio, el error o la variabilidad humanos. Los ahorros de coste asociados a dicho sistema de inspección por vídeo incluirían una reducción sustancial de los costes laborales que están asociados típicamente a la entrada de inspectores formados en estos espacios confinados y a la innecesaria ventilación y mantenimiento repetido de los depósitos.

El documento CN201204662Y divulga una cámara de vídeo intrínsecamente segura de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona una cámara de vídeo intrínsecamente segura de acuerdo con la reivindicación 1. La presente invención incluye un sistema de inspección por vídeo intrínsecamente seguro destinado a usarse en un área de Clase I, Zona 0. El sistema de la presente invención es capaz de evaluar visualmente emplazamientos de áreas peligrosas; en estos emplazamientos existe la posibilidad de incendio o explosión debido a la existencia de gases, polvo o fibras fácilmente susceptibles de ignición en la atmósfera. Los ejemplos de estas áreas incluyen minas, depósitos de combustible, plantas de producción petrolífera y gasística y conducciones.

Debido a las condiciones extremas y a la posibilidad de pérdida o daños sobre personas y máquinas, estas áreas únicas exigen una valoración regular; por ejemplo, verificación del contenido, corrosiones, fallos en los materiales o construcción y objetos no deseados. Adicionalmente, estas aplicaciones presentan condiciones restrictivas, tales como una iluminación y un acceso deficientes, y una mayor posibilidad de gases y/o fluidos peligrosos o explosivos.

La cámara intrínsecamente segura de la presente invención tiene la clara capacidad de usarse en todas las áreas que requieren un aumento de la seguridad. Existen otros sistemas de inspección comercialmente disponibles, aunque ninguno cumple las condiciones de “Seguridad Intrínseca Tipo ia” certificada.

El sistema de cámara intrínsecamente seguro funciona en diversos entornos peligrosos, permitiendo que los usuarios tengan la capacidad de visionar e inspeccionar de manera remota diversas minas, silos y depósitos de almacenamiento. Debido a que se trata de una solución de baja potencia y con una alta resolución de 3.2 megapíxeles, se puede usar en otras aplicaciones, tales como sumergibles, vigilancia, plataformas petrolíferas, etcétera. La capacidad de zoom digital permite la inspección y el examen cercanos de áreas específicas con mayor detalle y proporciona una solución de menor peso en comparación con la utilización de un zoom óptico. Utilizando un conducto de luz de fibra con LED para las necesidades de iluminación, el sistema de inspección por vídeo de la presente invención proporciona la iluminación en cavidades de diferente tamaño, al tiempo que reduciendo el riesgo de accidentes no deseados.

Breve descripción de los dibujos

La naturaleza, los objetos y las ventajas de la presente invención se pondrán más claramente de manifiesto para los expertos en la materia después de considerar la siguiente descripción detallada en relación con los dibujos adjuntos, en los que los números de referencia equivalentes designan partes equivalentes en todos ellos, y en el que:

la figura 1 es un diagrama de bloques a nivel de sistema correspondiente al sistema de cámara intrínsecamente seguro de la presente invención, que muestra un entorno peligroso con clasificación en Zona 0, Zona 1 y Zona 2, y que es inspeccionado por la cámara intrínsecamente segura en comunicación con un ordenador local, y que se comunica con un ordenador base remoto;

la figura 2 es un diagrama de bloques de la cámara intrínsecamente segura de la presente invención que muestra la circuitería de protección y la fuente de alimentación en combinación con un procesador que recibe entradas de un sensor de vídeo, y, como respuesta a señales de reloj pertinentes, almacena y transmite a través de una interfaz de USB, los datos de imágenes o vídeo al ordenador anfitrión;

la figura 3 es una representación esquemática de un sistema de cámara intrínsecamente seguro del estado de la técnica que muestra un conjunto de cámara que tiene un conjunto de lente adyacente a un dispositivo de formación de imágenes, y que captura vídeo de un área de imagen, retransmitiendo esa información a un controlador, una memoria y una interfaz de entrada/salida, y, a continuación, transmitiendo esta información al ordenador anfitrión a través de circuitos de seguridad de protección contra fallos; y

la figura 4 es una representación esquemática de una forma de realización del sistema de cámara intrínsecamente seguro de la presente invención que muestra el conjunto de cámara con un conjunto de lente adyacente a un dispositivo de formación de imágenes, y que captura vídeo de un área de imagen, retransmite esa información a un controlador, una memoria y una interfaz de entrada/salida, convierte esta información en una señal óptica y, a continuación, transmite esta información ópticamente a través de un transmisor/receptor óptico al ordenador anfitrión.

Descripción detallada de una forma de realización preferida

Haciendo referencia inicialmente a la figura 1, se muestra un diagrama de bloques a nivel de sistema correspondiente al sistema de cámara intrínsecamente seguro de la presente invención y el mismo se indica de manera general con la referencia 100. El sistema 100 incluye un ordenador anfitrión 102 u otro dispositivo de visualización de vídeo, un entorno peligroso 104, un módulo de acondicionamiento de cable 106 y un cable de interconexión 108 que se extiende hasta el conjunto de cámara intrínsecamente seguro 110 que tiene un área de imagen de vídeo 112.

En algunos casos, el entorno peligroso 104 puede incluir una cámara o depósito 120 que tiene un espacio interno 124 designado como Zona 0. Este representa un entorno extremadamente peligroso. Adyacente a la abertura de la cámara 120 y la abertura 122 se encuentra un área menos peligrosa 126 designada como Zona 1, y el área de menor peligrosidad 128 designada Zona 2.

Tal como se muestra en esta figura, el cable 108 se extiende desde el ordenador anfitrión u otro dispositivo de visualización de vídeo y el módulo de acondicionamiento de cable 106, a través de la abertura 122 y hacia la Zona 0, 124. Como puede apreciarse, es importante que el cable 108 se realice de manera que evite cualquier cortocircuito sea el que sea, y que evite la generación de cualquier chispa o la conducción de toda electricidad estática sea cual sea. Cualquiera de estas condiciones podría dar como resultado una explosión primaria dentro del entorno de Zona 0.

En un ejemplo que no está situado bajo el alcance de la invención según se reivindica, el cable 108 puede ser un cable eléctrico de pares trenzados blindados que usa un protocolo de comunicaciones típico de la norma USB 2.0, con baja potencia, y protección contra fallos en cada extremo del cable. Por ejemplo, en el extremo del conjunto de cámara del cable 108, se puede hacer que el sistema sea intrínsecamente seguro incorporando un resistor limitador en la línea USB que tenga una resistencia de 4.7 ohmios a 5 voltios DC. Además, se pueden usar diodos Zener en paralelo y redundantes sobre las líneas de señal y alimentación para eliminar cualquier condición de sobrevoltaje. Adicionalmente, se pueden usar conversores DC a DC para convertir señales de bajo voltaje del cable 108 en voltajes mayores para su utilización en el conjunto de cámara 110.

De manera adicional o alternativa, el módulo de acondicionamiento 106 también puede incluir un resistor limitador de un valor determinado por la longitud del cable 108 y la caída de voltaje aceptable sobre el cable. También se pueden usar diodos Zener en paralelo y redundantes para evitar condiciones de sobrevoltaje. El módulo de acondicionamiento 106 también puede incluir un amplificador de señal de USB permitiendo así mayores longitudes del cable 108, y también puede incrementar la potencia de transmisión para longitudes mayores del cable.

La cámara intrínsecamente segura proporciona también la detección automática de cables usando planteamientos conocidos en la técnica, que incluyen, aunque sin carácter limitativo, el ajuste automático de voltaje, el control automático de ganancia (AGC), y similares. Esto se puede lograr dentro del módulo de acondicionamiento 106, y también puede proporcionar funciones de supervisión, tales como protección contra sobrevoltajes, protección contra sobrecorrientes, elevación y detección del nivel de la señal en la transmisión y recepción de USB, niveles de señal de vídeo, y puede tener indicadores de señal observables por el usuario, tales como luces LED para indicar el estado de las señales. Asimismo, el módulo 106 puede cambiar el tipo de señal de una norma de comunicación a otra en función de los requisitos del usuario o del sistema.

Para evitar la generación de chispas, electricidad estática y los efectos del desgaste y desgarros sobre el cable 108, el mismo se puede encamisar con materiales resistentes a productos químicos y a la corrosión, tales como un blindaje plástico que tenga propiedades antiestáticas. Asimismo, el cable 108 se puede realizar a partir de un cableado trenzado y blindado con un blindaje superior al 95% para evitar radiaciones parásitas y la acumulación de electricidad estática. También se pueden implementar una entubación de acero y una armadura corrugada para crear un cable 108 duradero sin fallos.

El conjunto de cámara intrínsecamente seguro 110 de la presente invención debe poder usarse en el entorno peligroso que presenta calificaciones de Zona 0, Zona 1 y Zona 2. En esta solicitud, el conjunto de cámara 110 se puede usar para inspeccionar el interior de la cámara 120, y, a continuación, los datos de inspección por vídeo son transmitidos por el cable 108 al ordenador anfitrión 102.

En algunos casos, resultará ventajoso que el ordenador anfitrión 102 se comunique con un ordenador base remoto 107, tal como para notificar datos de inspección, o recibir instrucciones de inspección. En dichas circunstancias, un enlace de comunicaciones 130, tal como un enlace de comunicaciones inalámbricas, proporciona un trayecto de comunicación entre el ordenador anfitrión y un ordenador base. Este enlace se puede lograr usando cualquier protocolo de comunicaciones conocido sin desviarse con respecto a la presente invención, que incluye, aunque sin carácter limitativo, la transmisión a través de canales por cable e inalámbricos, e Internet.

Haciendo referencia a continuación a la figura 2, se muestra un diagrama de bloques de la cámara intrínsecamente segura de la presente invención y el mismo se designa en general con la referencia 200. La cámara 200 incluye un procesador 202, tal como una matriz de puertas programable in situ (FPGA). Debe apreciarse que pueden usarse otros procesadores conocidos en la técnica, incluidos microprocesadores y microcontroladores. Se proporciona una memoria 204 para el almacenamiento de datos de programas y para permitir el almacenamiento de imágenes de vídeo y archivos. En una forma de realización preferida, la memoria 204 es un soporte de almacenamiento de estado sólido, tal como una memoria de solo lectura, programable y borrable eléctricamente (EEPROM), una memoria de acceso aleatorio (RAM) respaldada con batería, u otros soportes conocidos en la técnica y adecuados para su utilización en la presente memoria.

En una forma de realización preferida, la memoria 204 es RAM. Esta RAM se puede dividir en múltiples bloques de memoria (mostrados mediante la línea de trazos 205). En una configuración segmentada, la memoria 204 se puede usar para trabajar en paralelo con imágenes. Por ejemplo, se puede capturar una imagen en el banco 1 mientras se lee una imagen del banco 2. Cuando se realiza la transferencia de esa imagen, a continuación, se puede leer una imagen del banco 1 al tiempo que se almacena una imagen subsiguiente en el banco 2. De esta manera, puede acelerarse el proceso de captura y transmisión de imágenes.

El generador de señales de reloj 206 proporciona todas las señales de reloj a la cámara 200, y facilita la transmisión y captura de datos de imágenes desde el sensor de vídeo 208. El sensor de vídeo 208 recibe imágenes de la lente 210 y convierte estos datos de imágenes en datos digitales para su utilización por parte del procesador 202 y para su almacenamiento y transmisión. Se puede incluir un procesador de vídeo 209 con vistas a la compresión y a la mejora de vídeo de las señales de imágenes y vídeo provenientes del sensor de vídeo 208.

Una fuente de alimentación 212, tal como una batería, recibe carga eléctrica de la circuitería de carga 214, y los reguladores de baja caída de señal 216 mantienen niveles de voltaje adecuados dentro de la cámara 200. La circuitería de protección 218 proporciona el aislamiento eléctrico y la protección necesarios para evitar descargas electroestáticas (ESD), fallos eléctricos, y otras condiciones inaceptables dentro de un entorno de Zona 0.

Una interfaz de comunicaciones 220 que, en un ejemplo que no está situado bajo el alcance de la invención según se reivindica puede ser una interfaz de USB, y microcontrolador recibe datos del procesador 202 o la memoria 204, y transmite estos datos al ordenador anfitrión (no mostrado en esta figura). Este enlace se proporciona a través de una entrada/salida bidireccional 222.

En un ejemplo que no está situado bajo el alcance de la invención según se reivindica, también se contempla la comunicación inalámbrica entre el conjunto de cámara 200 y el ordenador anfitrión 102. Esta comunicación podría incluir tecnologías de Bluetooth, WiFi, banda ultraancha (UWB) y red en malla. En aquellas aplicaciones que incluyen una comunicación inalámbrica, las antenas podrían plantear problemas en relación con la creación de chispas. En tales aplicaciones, resultaría ventajoso incorporar la antena en el chasis de la cámara 200. En este caso, la antena se moldearía en el chasis con plástico aislado lo cual evitaría la generación de descargas eléctricas. Alternativamente, a la antena se le podrían aplicar recubrimientos resistentes a chispas.

Haciendo referencia a continuación a la figura 3, se muestra una representación esquemática de un sistema de cámara intrínsecamente seguro del estado de la técnica, correspondiente a un ejemplo que no se sitúa bajo el alcance de la invención según se reivindica, y el mismo se designa en general con la referencia 300. La cámara 300 incluye un chasis de cámara 302 que tiene un conjunto de lente 304 adyacente a un dispositivo de formación de imágenes 306. El dispositivo de imágenes 306, en un ejemplo preferido, es un panel de imagen de dispositivo acoplado por carga (CCD) de alta resolución. El dispositivo de formación de imágenes 306 recibe imágenes de un área de imagen 112 a través del conjunto de lente 304.

El dispositivo de formación de imágenes 306 convierte las imágenes en una señal eléctrica digital que, a continuación, se comunica al controlador 308, a la memoria 312 y a la circuitería de entrada/salida 310. Una vez que se presentan señales de imagen o vídeo a la circuitería de entrada/salida 310, las mismas a continuación se pueden transmitir, a través del circuito de seguridad y protección contra fallos 316, al cable eléctrico 320 para su transmisión al ordenador anfitrión 102 (no mostrado en esta figura).

El enlace de comunicaciones sobre el cable 320 se puede sustituir por una señal de comunicaciones inalámbricas, tal como la correspondiente transmitida desde la antena 322 de vuelta al ordenador anfitrión 102. En esta configuración, las señales inalámbricas de vídeo e imágenes se pueden retransmitir desde la cámara 300 al ordenador anfitrión 102 usando una variedad de protocolos de comunicación conocidos en la técnica.

La lente adyacente 304 es una pluralidad de fuentes de luz, tales como diodos emisores de luz (LED) que iluminan selectivamente el área de imagen. Esta fuente de luz puede ser de longitud de onda variable, de intensidad variable o una combinación de longitud de onda e intensidad variables con el fin de iluminar de la forma más precisa las áreas con vistas a la inspección.

La figura 4 es una representación esquemática de una forma de realización del sistema de cámara intrínsecamente seguro de la presente invención designado de manera general con la referencia 400. La cámara 400 incluye un chasis de cámara 402 que tiene un conjunto de lente 404 adyacente a un dispositivo de formación de imágenes 406, y que captura vídeo de un área de imagen 112. Estos datos de imagen están disponibles para el controlador 408, la memoria 412 y la interfaz de entrada/salida 410.

La interfaz 410 es un dispositivo de conversión eléctrica a óptica que recibe datos digitales eléctricos de la memoria 412, del controlador 408 y del dispositivo de formación de imágenes 406 y los convierte en un flujo continuo de datos ópticos para su transmisión, a través del transmisor y receptor de interfaz óptica 420, a la fibra óptica 422. En una aplicación de este tipo, el módulo de acondicionamiento de cable 106 convierte las señales ópticas recibidas de la cámara 400 en señales eléctricas para su transmisión al ordenador anfitrión 102, y convierte señales eléctricas del ordenador anfitrión 102 en señales ópticas para su transmisión a la cámara 400. La conversión de esta información entre señales eléctricas y ópticas se puede lograr a través de una interfaz eléctrica-óptica-eléctrica (EOE).

El cableado óptico 422 puede incluir una interfaz de bus serie óptica de alta velocidad (enlace de comunicación bidireccional) entre el conjunto de cámara 400 y el ordenador anfitrión 102. Por ejemplo, puede usarse una comunicación bidireccional tal como la interfaz de IEEE 1394. Este enlace óptico eliminará cualquier transmisión de señales eléctricas entre el conjunto de cámara y el ordenador anfitrión. Esto resulta particularmente ventajoso cuando se consideran los riesgos de entorno de la Zona 0, y los problemas inherentes a las chispas y la radiación electromagnética generadas por la transmisión de señales eléctricas a lo largo de un cable conductor. De hecho, cuando se utilizan fibras ópticas para la comunicación, ni siquiera una brecha de la cubierta del cable dará como resultado una chispa o un peligro de incendio.

La batería 414 proporciona alimentación local a la cámara 400 y, en un ejemplo que no se sitúa bajo el alcance de la invención según se reivindica, se puede retirar del chasis de cámara 402 para su carga. En un ejemplo alternativo, la batería 414 se puede cargar dentro de la cámara 400 a través de medios de carga de tipo enchufe eléctricos o inductivos. Según la invención, se reciben señales ópticas de la interfaz óptica 420, y una parte de la iluminación se deriva a través de la fibra 428, tal como un conducto de luz, a una célula fotovoltaica 430. La célula PV 430 obtiene alimentación eléctrica a partir de cualquier luz dentro de la fibra 428 proporcionando, así alimentación para la cámara, aunque sin tener conexiones eléctricas materializadas a través de la fibra óptica 422.

El cableado óptico 422 también proporciona la iluminación requerida para la cámara 400. Por ejemplo, el cable óptico 422 puede incluir un conducto de luz que, además de uno o más canales de datos digitales, también puede incluir una fuente de luz en estado estable. Esta fuente puede ser recibida por la interfaz óptica 420 y se puede alimentar al conducto de luz 426 para su transmisión a emisores de luz 418 adyacentes a la lente 404. Esta fuente de luz puede ser de longitud de onda e intensidad seleccionables para proporcionar una variedad de opciones de iluminación con vistas a las inspecciones. Específicamente, las longitudes de onda pueden variar, y pueden incluir fuentes de luz visible, ultravioleta (UV) e infrarroja (IR). La utilización de la solución del conducto de luz de fibra con LED proporciona varias ventajas. La ventaja principal es ayudar a crear una solución de baja potencia. La segunda ventaja consiste en proporcionar varios niveles de luz para iluminar diversos tamaños de la cavidad. Asimismo, la utilización de un haz de fibra proporciona un sistema de cámara de menor peso, lo cual hace más sencillo su manejo.

Soluciones de iluminación alternativas podrían incluir, en un ejemplo que no se sitúa bajo el alcance de la invención según se reivindica, una iluminación local, tal como iluminación por LED contenida dentro del chasis 402 ó del conjunto de lente 404. Alternativamente, se pueden usar conductos de luz, tales como el conducto de luz 426, para canalizar luz desde una lámpara de xenón ubicada remotamente. Esto proporcionaría una luz de alta intensidad con vistas a la formación de imágenes, aunque eliminaría las lámparas de alta potencia en el conjunto de cámara 400. En su lugar, estas lámparas de alta potencia se pueden mantener fuera de la peligrosa Zona 0. La utilización de un conducto de luz de fibra con LED permite una iluminación en diversos tamaños de la cavidad, al tiempo que reduciendo el riesgo de accidentes no deseados.

Además de la iluminación de longitud de onda variable y el conjunto de lente de enfoque 404, cada cámara 400 puede estar equipada con un dispositivo de control de movimiento. Específicamente, este control de movimiento podría incorporar un dispositivo de movimiento neumático y/o hidráulico, y podría incluir movimiento de panoramización, inclinación y rotación, y módulos de accionamiento lineal. Estos dispositivos que incorporan neumática y/o hidráulica no presentarían ningún riesgo para un entorno de Zona 0 ya que no habría ninguna posibilidad de chispas o explosión. Alternativamente, se pueden incorporar dispositivos de control de movimiento eléctricos, tales como motores sin escobillas o sistemas microelectromecánicos (MEMS) para proporcionar control de movimiento a la cámara 400.

En relación de nuevo con la figura 2 como referencia, el sistema de inspección por vídeo de la presente invención 100 es intrínsecamente seguro, e incluye una cámara 200 que cumple normas de diseño intrínsecamente seguras del IES 60079-11 del año 2009. Usando técnicas de diseño innovadoras, se ha creado una cámara intrínsecamente segura de baja potencia y alta resolución que incorpora circuitería de protección clave en las áreas de limitación de corriente en caso de cortocircuito y circuitería de protección contra sobrevoltajes para minimizar la posibilidad de chispas. Con la posibilidad de que se transmitan grandes flujos de datos sobre el puerto de USB, se puede usar una compresión de vídeo para gestionar el intercambio de información de datos entre la cámara y el ordenador anfitrión o un dispositivo de comunicaciones remoto.

La cámara de la presente invención utiliza técnicas de compresión de vídeo para enviar múltiples imágenes por segundo, y también tiene la capacidad de enviar vídeo sin procesar con una frecuencia de imagen menor. El protocolo de comunicación implementado en la presente invención contiene cabeceras de I/O adicionales para permitir la adición de diferentes características, tales como proporcionar la capacidad de usar una lente de zoom motorizada.

Una de las características principales del diseño de la presente invención es el funcionamiento de baja potencia. Específicamente, se seleccionaron componentes sobre la base de los requisitos de baja potencia, y las capacidades de llevar a cabo diversas funciones tales como seguridad y rendimiento. Por ejemplo, el sensor de vídeo 208, tal como un dispositivo de formación de imágenes de CCD, se seleccionó sobre la base de las capacidades de baja potencia y de resolución de vídeo. El sensor de un cuarto de pulgada tiene un formato de vídeo de 2048 x 1536 píxeles a 15 cuadros por segundo (fps) con una buena calidad de la imagen, aunque funcionando a menos de 300 mW. La utilización de las capacidades de alta resolución, de manera individual y en combinación con la manipulación de la lente mecánica 210, permite la implementación de un zoom digital y manual para ver áreas de cerca. El zoom digital proporciona un sistema de cámara de menor peso. Ningún componente eléctrico móvil que pueda provocar chispas o fallo de zoom mecánico con lo cual se incrementa la seguridad y se mejora la fiabilidad.

La utilización de la memoria interna 204 de la cámara permite el funcionamiento de diferentes esquemas de vídeo. Por ejemplo, se pueden distribuir vídeos sin procesar con una frecuencia de cuadro reducida. En esta configuración, la memoria 204 se puede usar como una memoria intermedia dual que permita escribir datos de sensor de vídeo provenientes del sensor 208 en una posición de la memoria 204 y el envío de los datos de otra posición al ordenador anfitrión o dispositivos de comunicación remotos por medio del Microcontrolador de USB 220.

El procesador 202, tal como la FPGA, es el concentrador central entre los componentes clave: el sensor de vídeo 208, la memoria 204 y el microcontrolador de USB 220. Permite que fluyan datos sin interrupciones con diferentes frecuencias de reloj y de datos generadas por el generador de reloj 206. Una parte del procesador 202 se usa para ayudar a la compresión de las imágenes de vídeo del sensor 208 sobre la marcha. Asimismo, el procesador 202 dirige información de control del microcontrolador de USB 220, o bien al sensor de vídeo 208 o bien al módulo de memoria 204.

El microcontrolador de USB 220 proporciona la capacidad de comunicarse con otros concentradores o puertos de comunicaciones de USB. Por ejemplo, la cámara intrínsecamente segura de la presente invención se puede comunicar con el ordenador anfitrión 102, tal como un PC Portátil normalizado, por medio del puerto de USB. Por medio de este enlace 222 se puede enviar información de control y de configuración desde el ordenador anfitrión 102 al microcontrolador de USB 220. Una de las ventajas principales es poder transferir imágenes de cámara desde la cámara 200 al ordenador anfitrión 102 a velocidades de hasta 480 Mbps. Otra característica clave de usar el puerto de USB es poder proporcionar alimentación eléctrica y controlar el funcionamiento de la cámara. Por ejemplo, el usuario de la presente invención tiene la opción de enviar órdenes para cambiar de características manuales automáticas, tales como el control de la exposición, el balance de blancos y el nivel de negro. Otros controles de usuario pueden incluir el tamaño de la imagen, la calidad de la imagen, la frecuencia de cuadro y la cantidad de compresión de vídeo.

Se requieren diferentes relojes debido a los distintos requisitos de los dispositivos de sensor de vídeo 208 y de microcontrolador de USB 220. Este reloj múltiple proporcionado por el generador de señales de reloj 206 permite que los dispositivos funcionen con sus propias frecuencias de reloj internas y que proporcionen información apropiada de datos y vídeo que se puede compartir con y distribuir a otras partes del sistema de cámara. El procesador 202 también recibe señales de reloj para ayudar a alinear correctamente datos de imágenes de vídeo a medida que los mismos entran desde el sensor de vídeo 208 y se transmiten al ordenador anfitrión 102 a través de la interfaz de USB 220.

Se incluyen reguladores de baja caída de voltaje 216 para garantizar que se proporcionan voltajes estables a los componentes respectivos dentro de la cámara 200. Esto proporciona voltajes de salida estables a pesar de los voltajes de entrada variables (2.5 - 5.5 VDC), y proporciona protección contra corriente inversa de entrada, térmica y cortocircuitos.

La circuitería de protección 218 puede incluir un resistor limitador de corriente y 3 diodos Zener en paralelo. El resistor limitador de corriente garantiza que la corriente de la cámara se limite si se produce un cortocircuito. Los diodos Zener proporcionan protección de voltaje si este último es superior a 5 V. Cada una de estas características de seguridad contribuye a la seguridad total de la cámara intrínsecamente segura de la presente invención.

El diseño de la presente invención se centra principalmente en proporcionar un sistema de cámara intrínsecamente seguro que funcione en entornos atmosféricos de gas explosivo. Esto permite que los usuarios visionen e inspeccionen de manera remota áreas peligrosas con gases, tales como minas, silos para grano, refinerías petroleras, depósitos de almacenamiento de petróleo, compartimentos de combustible de barcos, camiones y coches, etcétera.

El sistema de cámara intrínsecamente seguro es de baja potencia y se puede usar en aplicaciones de baja potencia. Se ha diseñado para funcionar a menos de 1 vatio y proporcionar 3.2 megapíxeles de resolución. Utilizando una lente motorizada de baja potencia, se puede usar en muchos entornos, tales como sumergibles, vigilancia, plataformas petrolíferas, etcétera. Se pueden capturar y entregar imágenes sin procesar o con diversos niveles de compresión, proporcionando a los usuarios diferentes niveles de detalle de la imagen y frecuencias de imagen.

En un funcionamiento típico de la cámara intrínsecamente segura de la presente invención, la cámara se conecta a un ordenador anfitrión 102, que está fuera de la Zona 0 intrínsecamente segura, a través del puerto de USB. El puerto de USB del ordenador anfitrión proporciona alimentación y comunicaciones a la cámara. Al encender la cámara, esta se presentará con la última configuración conocida y a la espera de órdenes del ordenador.

El usuario selecciona y ejecuta el programa de interfaz gráfica de usuario (GUI) de la cámara en el ordenador. Una vez que se produce un enlace de comunicaciones entre el ordenador y la cámara, el operario puede comenzar a descargar, almacenar y visionar imágenes. La selección de diversas opciones del programa permitirá configurar la cámara para diferentes modos de funcionamiento. Por ejemplo, usando el control de imagen, el usuario puede aumentar y reducir el zoom para ver detalles específicos de un área de imagen. Alternativamente, el operario puede cambiar la calidad de la imagen para mostrar un detalle mayor o menor cambiando ajustes de calidad de la imagen. Se prevé que el usuario utilice el modo por defecto para un visionado y una grabación de propósito general.

La cámara intrínsecamente segura de la presente invención puede estar equipada con capacidades de postprocesado para los datos recuperados de imágenes de vídeo. Además, puede utilizar una intensidad y un color variables de la luz y puede estar equipada con funciones de alarma, detectores de defectos espectrales, y capacidades de visión por máquina, que cooperarán todos ellos para ayudar a un usuario a identificar defectos.

La cámara intrínsecamente segura puede estar contenida en un chasis, o carcasa, a prueba de explosiones. Situado estratégicamente en torno a la carcasa se encontrará el haz de fibra para proporcionar una iluminación uniforme en áreas oscuras. La montura del chasis está diseñada para permitir una rotación fácil de la cabeza, tanto en vertical como en horizontal, por parte del operario. Además, usando varillas extensoras, la cámara intrínsecamente segura de la presente invención se puede bajar o elevar a diferentes alturas para obtener una visión máxima del vídeo.

El sistema de cámara intrínsecamente seguro de la presente invención funcionará en diversos entornos peligrosos, concediendo a los usuarios la capacidad de visionar e inspeccionar de manera remota diversas minas, silos y depósitos de almacenamiento. Debido a que se trata de una solución de baja potencia, con una resolución de 3.2 megapíxeles de alta potencia, se puede utilizar en otras aplicaciones, tales como sumergibles, vigilancia, plataformas petrolíferas, etcétera. La capacidad de zoom digital permite mirar áreas con mayor detalle y proporciona una solución de menor peso en comparación con la utilización de un zoom óptico.

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1. Cámara de vídeo intrínsecamente segura, para su utilización en entornos peligrosos (104) con una atmósfera inflamable y volátil, que comprende:

un chasis de cámara (402) que define una carcasa;

un conjunto de lente (210, 404) fijado al chasis de cámara (402);

un dispositivo de formación de imágenes (208, 406) acoplado ópticamente al conjunto de lente (210, 404), en el que el dispositivo de formación de imágenes (208, 406) está alojado dentro de la carcasa;

un controlador (408) en comunicación con el dispositivo de formación de imágenes (208, 406), en el que el controlador (408) está alojado dentro de la carcasa;

una memoria (204, 412) en comunicación con el controlador (408), en el que la memoria (204, 412) está alojada dentro de la carcasa;

una batería (212, 414) conectada al controlador (408), en la que la batería (212, 414) está alojada dentro de la carcasa;

una interfaz eléctrica a óptica (410) en comunicación con el controlador (408) y configurada para convertir señales digitales en señales ópticas, estando la interfaz eléctrica a óptica (410) alojada dentro de la carcasa; un transmisor de interfaz óptica (420) en comunicación con la interfaz eléctrica a óptica (410), estando el transmisor de interfaz óptica (420) alojado dentro de la carcasa; y

un cable de interconexión (108) configurado para ser fijado de manera amovible a un ordenador anfitrión (102) situado fuera del entorno peligroso (104) con una atmósfera inflamable y volátil y en comunicación con el mismo;

caracterizada por que dicho cable de interconexión (108) consiste en un cable óptico (422) en comunicación con el transmisor de interfaz óptica (420), en el que el cable óptico (422) se extiende a través del chasis de cámara (402) y está configurado para ser utilizado en el entorno peligroso (104) con una atmósfera inflamable y volátil;

un cable eléctrico configurado para ser fijado de manera amovible al ordenador anfitrión (102) y en comunicación con el mismo; y

un módulo de acondicionamiento de cable (106) entre el cable óptico (422) y el cable eléctrico, presentando el módulo de acondicionamiento de cable (106) una interfaz eléctrica-óptica-eléctrica para convertir señales ópticas recibidas del transmisor de interfaz óptica (420) a través del cable óptico (422) en señales eléctricas para su transmisión al ordenador anfitrión (102) a través del cable eléctrico y para convertir señales eléctricas recibidas del ordenador anfitrión (102) en señales ópticas para su transmisión al transmisor de interfaz óptica (422), estando el módulo de acondicionamiento de cable (106) situado fuera de un entorno peligroso (104) con una atmósfera inflamable y volátil; y

por que dicha cámara de vídeo intrínsecamente segura comprende asimismo

una célula fotovoltaica (430) para convertir energía óptica en energía eléctrica para cargar la batería (212, 414), estando la célula fotovoltaica (430) alojada dentro de la carcasa;

un primer conducto de luz (428) en comunicación con el transmisor de interfaz óptica (420) configurada para entregar luz del cable óptico (422) a la célula fotovoltaica (430), estando el primer conducto de luz (428) alojado dentro de la carcasa;

un segundo conducto de luz (426) en comunicación con el transmisor de interfaz óptica (420) configurado para entregar luz del cable óptico (422) a una pluralidad de emisores de luz (418) situados en el conjunto de lente (404).

2. Cámara de vídeo intrínsecamente segura de la reivindicación 1, en la que el dispositivo de formación de imágenes (208, 406) comprende asimismo un procesador de vídeo (209) en comunicación con el dispositivo de formación de imágenes (208, 406), y en la que el controlador (408) comprende un procesador (202) en comunicación con el procesador de vídeo (202), en la que dicho procesador de vídeo (209) y el procesador (202) están alojados dentro de la carcasa y en la que el controlador (408) comprende asimismo un generador de señales de reloj (206) en comunicación con el procesador (202), estando el generador de señales de reloj (206) alojado dentro de la carcasa.

3. Cámara de vídeo intrínsecamente segura de la reivindicación 1, en la que la memoria (204, 412) tiene una configuración segmentada (205) que crea múltiples bloques de memoria para la captura y transmisión simultáneas de datos en comunicación con el procesador (202), en la que la captura y la transmisión de datos se alterna entre los múltiples bloques de memoria.