Obturador automático de giro multifrecuencia para determinar la velocidad de fuentes celestes luminosas en movimiento,

como meteoros, bolas de fuego, aeronaves o ingenios espaciales.La presente invención describe un obturador automático de giro multifrecuencia para determinar la velocidad de fuentes celestes luminosas en movimiento, como meteoros, bolas de fuego, aeronaves o ingenios espaciales, y que permite su identificación, que comprende los siguientes elementos:- un objetivo (1) que proyecta imágenes sobre un detector CCD (7);- una hélice metálica (3) giratoria que tiene una pluralidad de aspas y que está dispuesta entre el objetivo (1) y el detector CCD (7) de tal modo que las aspas bloquean periódicamente las imágenes proyectadas por el objetivo (1) sobre el detector CCD (7); y- una caja metálica (6) que aloja la hélice metálica (3) y que comprende una superficie superior con un primer orificio al que está fijado el objetivo (1) y una superficie inferior con un segundo orificio, enfrentado al primero, al que está fijado el detector CCD (7)

Obturador automático de giro multifrecuencia para determinar la velocidad de fuentes celestes luminosas en movimiento, como meteoros, bolas de fuego, aeronaves o ingenios espaciales.

Sector de la técnica

La presente invención pertenece al sector de los aparatos, métodos, sistemas o dispositivos técnicos capaces de medir, o estimar, variables físicas (Metrología). Más en particular, esta patente describe un aparato que sirve para determinar en tiempo real, la velocidad y dirección de un cuerpo aéreo u objeto que sea observable desde cualquier punto del hemisferio celeste de un determinado lugar geográfico, ya sea terrestre o marítimo.

Estado de la técnica anterior

El primer instrumento inventado con el fin exclusivo de obtener una imagen panorámica consistió en una lente óptica objetivo que obtenía imágenes no extensas de un paisaje para luego, mediante un tratamiento informático, ensamblarlas y convertirlas finalmente en la representación gráfica de un amplio sector del campo visible (Poelstra, T.J, "Method and device for producing panoramic image and a method and device for consulting panoramic devices, US Patent 5563650, 1996). Bien se puede decir que este dispositivo era equivalente a un objetivo, de corto angular, que tomaba fotografías sucesivas durante un giro completo de 360º. Unos años después, se registro otra patente de un método capaz de corregir la distorsión entendible e insalvable introducida en cualquier imagen o vista panorámica de un paisaje cuando ésta se proyecta en una superficie plana (Mojaver M. et al., Panoramic imaging and display system with canonical magnifier" US Patent 6833843, 2004). Lo más novedoso de este trabajo es el particular tratamiento informático de la imagen.

Históricamente, el primer sistema empleado en el registro y seguimiento del cielo nocturno es la cámara denominada CONCAM (R.J. Nemiroff y J. B. Raffert, "Towards a continous record of the sky", PASP 111, página 886, 1999) que idearon los científicos de una universidad norteamericana. También han aparecido en el mercado, después, otros dispositivos o montajes que siguen los modelos anteriores y están pensados, preferentemente, para detectar masas nubosas (véase por ejemplo, M. J. Kosch, "The Skibotn a CCD All-Sky Imager and real time networking onto the WWW", MPAE-T-010-99-12, Max Plank Institute für Aeronomie, Lindau, Germany, 1999). En este modelo, una complicada disposición de espejos produce una imagen, casi hemisférica, proyectada sobre un detector de tamaño reducido. Recientemente, se ha presentado en la Oficina Española de Patentes y Marcas (OEPM) la patente registrada con el número 200501127 (Castro Tirado A. J., "Cámara digital nocturna y sus aplicaciones para la observación automática de todo el cielo") a la cual le han sido concedidos derechos de patente con fecha de 27 de Noviembre de 2007. Esta invención, que ya se utiliza en algunos observatorios astronómicos universitarios y profesionales, sirve para detectar, automáticamente, la aparición de meteoros y bólidos pues permite al técnico, obtener la panorámica del cielo de un lugar geográfico determinado, en una sola toma de imagen digital y en un tiempo corto. A tal fin dispone de un detector CCD (acrónimo en inglés de Charge Couple Device, o dispositivo de carga acoplada) refrigerado, en el rango óptico del espectro visible, de una relativamente alta superficie de exposición (4096 x 4096 píxeles o elementos de imagen) y eficiencia cuántica por encima del 50%. Una lente de ojo de pez, o gran angular, de alta luminosidad completa el prototipo el cuál es capaz de presentar una imagen del trazo luminoso dejado por el meteorito. El montaje de esta patente no permite hacer estimaciones de los parámetros físicos del vuelo de caída, es tan sólo un instrumento para avistamiento y observación automática de objetos móviles en el cielo nocturno.

Al mismo tiempo y sobre un tema bien distinto al de los instrumentos ópticos captores de imagen, se presentó un trabajo académico sobre el análisis de los elementos químicos que constituyen los meteoritos que, procedentes del espacio exterior producen brillantes bolas de fuego antes de caer a tierra (J. M. Trigo Rodríguez "Análisis espectroscópico de fragmentos cometarios y asteroidales a la entrada a la atmósfera terrestre". Tesis doctoral. Publicaciones de la Universidad de Valencia, 2002). En esta publicación, el autor recomienda a los especialistas en el tema, determinar, a ser posible de inmediato, el lugar de caída de estos cuerpos, testigos de primera mano de los procesos físico-químicos acontecidos durante la formación de los planetas, para así evitar su contaminación o, lo que sería peor, su perdida.

La microelectrónica, la óptica y la informática son las tres especialidades técnicas que permiten hacer frente y resolver el problema científico reseñado en el párrafo anterior. El poder saber con precisión y rapidez suficientes el lugar de caída de estos restos requiere determinar la velocidad con la que surcan la atmósfera, sobre todo en el tramo final de su trayectoria, en el que dejan de emitir luz visible al ser decelerados. En esta fase final que los especialistas denominan "vuelo oscuro", el meteorito o los diferentes trozos en los que puede haberse dividido durante su vuelo, avanzan hasta caer al suelo. No es posible estimar el punto o área de caída sin conocer la velocidad terminal exacta de la primera fase luminosa registrada por el dispositivo de observación. Hasta la fecha, no son numerosas las patentes o publicaciones científicas basadas en la determinación de la velocidad de los objetos registrados.

En esta Memoria de invención se presenta un dispositivo que instalado en cualquier sistema de avistamiento o seguimiento, en general, de objetos volantes, visibles permite determinar la velocidad de caída y que en tándem con un sistema igual, localizado a una cierta distancia, sirve para determinar la trayectoria. El prototipo empleado en la preparación de los ejemplos consignados aquí, fue montado, en un primer ensayo, en la "Cámara digital nocturna" patentada por el Dr. D. Alberto J. Castro-Tirado.

Descripción de la invención

La presente invención consiste en un mecanismo compuesto básicamente por una hélice plana giratoria que interrumpe, con una cierta periodicidad, el haz luminoso que proviene de un objetivo óptico. El movimiento controlado de este obturador se logra merced a un motor de velocidad angular constante y regulable a voluntad, al cual está unido por un eje rotor acoplado a ambas caras internas de la caja o cubierta protectora. El ajuste de la periodicidad de la extinción de la imagen del objeto a observar, y con ayuda de un cálculo inmediatamente posterior a la toma de datos, permite conocer la trayectoria y el lugar de caída del objeto, si es que finalmente cae a tierra.

La metodología seguida en esta patente de invención está basada en una concepción generalizada del efecto estroboscópico que permite visualizar, y analizar, cualquier objeto que se mueva, mediante el fraccionamiento del hecho físico (real) del movimiento en una serie de cortos acontecimientos en los cuales, el movimiento queda ausente. En efecto, visto a simple vista por un observador ocasional, si el paso de un meteoro es percibido por él como un punto luminoso, muy brillante, que atraviesa veloz el cielo del lugar, lo que esta técnica nos hace ver en una pantalla, finalmente, es una imagen, estática, en la cual el trazo dejado por el cuerpo aparece y desaparece periódicamente.

Un cálculo informático sobre la imagen digital permite conocer la velocidad instantánea del meteoro, a partir de esa sucesión de "segmentos de trayectoria visualizados durante las no extinciones" y en función de cuáles sean los parámetros de diseño, y de giro, del obturador elegidos por su operador.

Las figuras 1a (sección lateral) y 1b (sección recta vista desde arriba) presentan, de manera general, el obturador multifrecuencia inventado. La figura 2, igualmente, describe con detalle la hélice plana giratoria (3) que extingue, periódicamente, la imagen proyectada por la lente, o las lentes, objetivo gran angular (1). Una caja metálica (6), figuras 1a y 1b, cuadrangular, hueca y plana, guarda la pieza más esencial del dispositivo que es una hélice (3) metálica, plana y giratoria (Figura 2) que en su movimiento efectúa las extinciones de la imagen proyectada por el objetivo (1) en el detector CCD (7). La forma y dimensiones de la caja (6), o... [Seguir leyendo]

1. Un obturador automático de giro multifrecuencia para determinar la velocidad de fuentes celestes luminosas en movimiento, como meteoros, bolas de fuego, aeronaves o ingenios espaciales, y que permite su identificación, caracterizado porque comprende:

- un objetivo (1) que proyecta imágenes sobre un detector CCD (7);

- una hélice metálica (3) giratoria que comprende una pluralidad de aspas, que está dispuesta entre el objetivo (1) y el detector CCD (7) de modo que las aspas bloquean periódicamente las imágenes proyectadas por el objetivo (1) sobre el detector CCD (7); y

- una caja metálica (6) que aloja la hélice metálica (3), que comprende una superficie superior con un primer orificio al que está fijado el objetivo (1) y una superficie inferior con un segundo orificio, enfrentado al primero, al que está fijado el detector CCD (7).

2. El obturador automático de la reivindicación 1, donde la hélice metálica (3) comprende 6 ó 12 aspas.

3. El obturador automático de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el espesor de la hélice metálica (3) es de 2 milímetros.

4. El obturador automático de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la caja metálica (6) tiene forma cuadrangular plana.

5. El obturador automático de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la hélice metálica (3) es movida por un motor eléctrico "paso a paso" (2).

6. El obturador automático de cualquiera de la reivindicación 5, donde la velocidad del motor eléctrico "paso a paso" (2) es de entre 1 y 10 rpm.