Gene expression analysis

En esta parte del capítulo dos se presenta una breve descripción de los componentes del sistema PIV de manera detallada; así como su operación básica.

Cámara CCD

Como se mencionó anteriormente el propósito de la cámara es capturar las posiciones iniciales y finales de las partículas (semillas) en el campo de flujo que está siendo estudiado. A partir del procesamiento de estas imágenes es posible obtener el vector desplazamiento. La dispersión de la luz emitida por las partículas del primer pulso de la hoja de luz es detectada por la cámara como una señal brillante en un fondo oscuro. Las cámaras CCD son usadas para suministrar una señal digital instantánea del mapa de imágenes de la posición de las partículas.

Básicamente la arquitectura de la cámara CCD puede ser usada para capturar imágenes en auto o correlación cruzada. La primera había sido la más usada en (PIV), debido a que las cámaras no eran lo suficientemente rápidas para registrar imágenes con un corto intervalo de tiempo entre ellas en diferentes fotografías. Ahora, la tecnología esta más avanzada; por lo que la correlación cruzada es posible. Así, la correlación cruzada es técnicamente viable siendo teóricamente más robusta y ofrece información acerca de la dirección de la velocidad [19].

Cámara Kodak MegaPlus ES 1.0

Este tipo de cámara es empleada durante la presente investigación, posee las siguientes características: alta resolución, captura de imágenes en tiempo real, tecnología de imagen digital para capturar aproximadamente 30 imágenes por segundo con una resolución espacial sobre un millón de píxeles (1008 x 1016 píxeles). La transferencia intercalada de cámara CCD MegaPlus ES 1.0 con un sistema de lectura tipo escáner y micro-lentes provee una alta sensibilidad sin sacrificar velocidad. La cámara produce una imagen digital de 8 bits con 256 niveles de grises por píxel, resultando en excelentes detalles de contraste [18].

La MegaPlus ES 1.0 tiene un disparador interno que permite obtener tiempos de exposición tan cortos como 127 microsegundos para máxima flexibilidad y cuando los objetos de las imágenes se mueven rápidamente. Con estas velocidades y resoluciones extraordinarias, la MegaPlus Es 1.0 es ideal para un aparato de visión, PIV, inspección industrial y otras aplicaciones que requieren captura de imagen en tiempo real [15]. Una fotografía de este tipo de cámara se observa en la figura 2.3.

El número de vectores que se puede obtener en un campo de velocidad es dependiente del número de píxeles en la cámara CCD y del tamaño del área de interrogación usada. La formula para obtener el número de vectores es:

int int

No de píxeles en un renglón No de píxeles en una columna _x

N N (2.2)

Donde Nint es el tamaño del área de interrogación en píxeles.

Figura 2.3 Cámara CCD MegaPlus ES 1.0 del sistema PIV

En la práctica el número de vectores es mayor al obtenido de la ecuación 2.2 cuando se usa el traslape de ventanas adyacentes. Un traslape de 25 % en cada lado de la ventana de interrogación provoca que la ecuación 2.2 se transforme en la ecuación 2.3. Esto permite una mayor utilización de la información contenida en las imágenes.

int int

No de píxeles en un renglón No de píxeles en una columna x

(1 0.25)N− (1 0.25)N− (2.3)

Láser Nd: YAG

Muchas aplicaciones de PIV requieren iluminación con alta densidad de energía. La iluminación PIV sólo se requiere en los periodos cortos, cuando la cámara está registrando una imagen, y podría ser económicamente costoso mantener una intensidad de luz constante cuando la mayor parte del tiempo de experimentación no es necesaria. Esto justifica la aplicación del láser pulsante Nd: YAG, debido a que concentra la energía de la luz dentro de cortos pulsos, de ese modo se aprovecha mucho mejor el uso de la energía disponible. Este tipo de láser es observado en la figura 2.4 [19].

El Nd:YAG es un láser de estado sólido y es el más empleado en la técnica PIV. Una lámpara y un cristal YAG son colocados en cada uno de los dos orígenes (focos) de una calidad elíptica reflejante, con el fin de maximizar la transferencia de energía de la lámpara al cristal.

La lámpara excita la cavidad por un periodo corto de tiempo y el exceso de calor es disipado continuamente por un intercambiador de calor que emplea agua como fluido refrigerante (ver figura 2.5). Los láseres modernos tienen una lámpara

que excita la cavidad por un tiempo de 250 µs y una frecuencia de 10 Hz. En el

PIV existe un interruptor que se conoce como interruptor Q, el cual evita que la energía del láser sea emitida durante la excitación completa de la lámpara y solo permite que la cavidad se abra por un breve periodo de tiempo. Esto permite liberar una energía muy elevada en un corto tiempo.

Espejo de cavidad elíptica 100ms 250µs Energía de la lámpara de destello Cristal YAG Tiempo Lámpara de destello

Figura 2.5 Diagrama del Nd: YAG láser [19]

Los modelos de láseres encontrados hoy en día tienen un valor típico de energía en función de interruptor Q de 10 a 400 mJ por pulso y la duración del pulso es solamente de 5 a 10 ns. Existe un balance entre permitir que la energía crezca por acción de la lámpara y la tasa de disipación natural de la cavidad de tal

manera que el interruptor Q es disparado normalmente alrededor de 50-200 µs

después del encendido de la lámpara (ver figura 2.6).

La mayor ventaja del interruptor Q es que toda la energía es liberada en un pulso de alta energía y como la duración del rayo láser es muy corto, las partículas solo se desplazan lo suficiente durante la iluminación.

Cambio Q