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硬科普:热成像仪在硬件检测中的应用

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发表于 2019-9-21 02:04:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
发现很多朋友的实验室中都没有配备一样设备:热成像仪。这让DJ有点好奇:是因为价格太贵呢?还是你们没有正确的打开方式?
热成像仪的价格有贵有不贵,在某宝的价格是这样纸的:
1.jpg
高端红外成像设备
! e2 p7 L& D4 `& F2 a7 P5 w+ g3 J

: R& B; Q& I2 ?; q7 Y
也有这样纸的:
5.jpg
一般红外成像设备
4 J% k# O  v+ W! F7 }( o

" I- f! E% u/ b
是不是觉得平民了很多呢?其实一般实验室里面用的热成像仪不用很贵,几千块的就满足了。相对于这个设备给硬件设计人员、硬件调试人员、硬件生产人员带来的便利;完全是值得的投入。
什么是热成像仪?
红外热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上,从而获得红外热像图,这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。
热成像仪的打开方式
热成像仪有不同的规格与型号,甚至外观与使用方式都有所区别。这是一种应用很广的设备,军用、民用、工业用途都有。一般来说,热成像仪的打开方式是这样的:
6.jpg
[电力]输电线检测

0 m+ ~7 g: H' |0 W1 P) O) X/ r

8 n* [5 f5 {- H
这样:
7.jpg
[工业]电机散热检测
0 \: m; x# N4 N: a' u, Q, F

. L7 o, t' Z; }4 w
还有这样:
8.jpg
[民用]打猎
6 P0 q6 o2 o8 s: N, {/ V
) p+ n. r& w0 ]1 C  Z% A
和这样:
9.jpg
[军用]打人
3 i" m# I& C1 d! A

* G5 d/ @6 f$ P+ O# E- E$ A
咳咳,发错
10.jpg
红外成像的军事用图

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. O2 J* i$ m5 q! A  P- Q' y, @
上面都是热成像技术在不同领域的作用;那么,在实验室里面,热成像技术又对我们有什么帮助呢?
热成像仪在实验室的打开方式:
1、温度测量
它可以很好的替代红外测温枪;手持热成像仪一般都有±2%以上的精度。在实验室环境下测量整板/整机上面各点的温度已经是满足要求的。热成像仪可以直接显示图像中心点的温度,也可以动态跟踪图像上测量出来的最高温度点;这样就能较好的对比不同位置的温度差异,同时也能快速的找到板上温度最高的地方。
11.jpg
温度测量

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9 _* b& |7 A" @6 h2 Q
2、热设计及热量分布
与测温枪不同,测温枪能测量的是电路板上一个点的问题,而热成像仪可以一次测量整板的温度分布。如果你需要了解电路板的工作温度,屌丝使用的方式是用手去摸(危险动作,不建议模仿!);
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( v) n$ T9 j' y/ J
! D$ |! b9 m! B* C
普通青年则是用红外测温枪一个点一个点的去测;
13.jpg
3 i; D) `; B2 g$ I) I

# ?6 Z/ y9 `: \7 z* p
而拥有热成像仪的你,只需一个动作,
即可用最直观的方式获取整板的热量分布。
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整板热量分布/散热设计参考
6 b, D, v- B; @5 O; `+ {. I

+ j* c" Q1 z+ W( M* T0 b& u. R! s5 C
作为一个结构工程师,需要为产品做结构设计,那么散热设计绝对是其中的重中之重;作为一个硬件工程师,你设计的板子发热怎样,最高温度多少?则是在做改版设计的一个重要依据。
3、快速问题定位
作为一名硬件设计工程师,每当第一次给自己设计的板子上电的时候都像一个打开老师改好的卷子的学生。握草,板子怎么上不了电?什么,网口跑不通?电源灯不亮?电压不正常????
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( `8 W+ N7 ?1 o: Z1 ]( A4 F

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这个时候,除了万用表之外,热成像仪是帮你快速定位问题的最佳帮手。在硬件设计中,新手(也有老手)比较容易出现的问题往往是选型不当导致工作异常、封装错误导致短路或者某些器件值有误导致的电路问题。而这种在调试测试中常出现的问题外在表现往往是温度异常:比如某器件电压过高,则会异常发热;某电路不工作则表现为该芯片根本不发热;短路的则导致电源芯片及相关电路迅速发热等等。这个时候,使用热成像仪查看整板电路的温度分布就能一眼就判断问题的所在。如果使用其他手段,往往需要上电好几次,二三十分钟甚至几天都无法找到问题。 16.jpg
电路故障快速诊断

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一般来说,电路只要工作就会有发热(功耗),有发热就会有温升;而根据芯片的功耗则能很快的经验性判断一个器件是否工作在正常状态:比如电路上功耗较高发热较大的往往是CPU、电源芯片及功率电感、PHY芯片、DDR、ADC等;温升不敏感的往往是被动型器件如电容、连接器、二极管(工作在击穿状态下的除外,如齐纳二极管)等。
4、一致性检测
从生产的角度来看,当然希望生产出来的PCBA是稳定而且质量都是一样的。但是由于设计的合理性及物料质量、工厂加工质量等;往往导致一批产品生产回来,电路的工作情况会有参差不齐的现象。更有甚者有一些上面说的不工作、短路、过热等情况。
那么,热成像仪的作用就是让生产测试人员简单的获知这一批产品的性能稳定性,快速找到一批产品中的不良品。
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一致性检测

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# S" s+ ]" C# D* [/ f
5、硬件设计优化
作为一名设计人员,应该了解自己每次设计的优缺点;然后在后续的设计与改版中不断的优化自己的设计。一个伟大的产品都是在不断的反思与优化中成型的。通过不同的测试手段,发现自己设计的产品中薄弱的环节,就能在下次生产或者改版中优化它。而这些测试手段包括老化、环境测试、抗干扰测试等;而热成像仪可以让你在测试中发现板子的热量分布从而优化PCB的布局让板子散热更良好,也可以发现某路电源或者功能电路负荷过高,通过更改选型及其他手段来避免电路的工作不稳定;在不同的工作状态中观察热量的变化,发现不满足环境要求的电路设计。
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红外图像测温辅助硬件优化

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