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福禄克热像仪在电子研发中的应用 热像仪技术指标

时间：2020-07-29    来源：仪多多仪器网    作者：仪多多商城     
当前，电子设备主要失效形式就是热失效。据统计，电子设备失效有55%是温度超过规定值引起，随着温度增加，电子设备失效率呈指数增长。一般而言电子元器件的工作可靠性对温度极为敏感，器件温度在70-80℃水平上每增加1℃，可靠性就会下降5%。

热像仪能够全面检测电路板上每个元器件的温度，这是其他测温工具所做不到的；把空调器控制板上每个元器件的温度控制在限度范围内，将可以大大提高运行稳定性和产品寿命。


PCB 板因功率器件发热传递至背面，局部温度偏高


LCD 电视电源板主变压器，图中左右两变压器发热不一致，
这是不同变压器所带负载不一致造成的。

在能源紧张的今天，节能省电是电器产品的主流课题，在电路研发过程中，进行负载分析是必须的；热像仪提供了通过温度检测进行负载分析的手段，通过热图您可以很直观的辨识出高功耗部位，为工程师完善电路，提高转换效率、减少功耗、减少电路内部温升提供强有力依据。


CRT 电视机电源发热测试


散热片散热效果测试


功率二极管发热状态，长时间开启最高温度不得超过100℃。


LCD面板表面温度差异，这是光源灯管功率控制问题造成的。

LED 的实际寿命与工作温度往往成反比，如LED 使用寿命在工作温度为74℃为10000 小时，63℃为25000 小时，小于50℃时，则可为50000 小时。根本原因是LED 的光电转换率极差，大约只有15%至20%，其余转换为热能，因此对LED 灯芯温度的控制非常重要。但LED 灯的芯片较小，用热电偶布点检测其表面温度很不方便，利用红外热像仪则可以非常便捷的检测到其表面温度。

LED芯片检测

Fluke热像仪具有高像素FPA传感器、红外-可见光融合、高热灵敏度（≤0.05℃）、任意增配长焦或广角镜头、人性化设计、三按钮菜单、单手使用、可进行直观的操作和浏览、发射率校正、透射率校正、高温报警和现场可更换电池等特点，使热像仪能够胜任各种复杂的工作环境。

福禄克凭借强大的销售及技术服务网络帮助客户共同迎接在工作中遇到的各种挑战，为测试和维护工作排忧解难，使客户获得在当今激烈竞争的市场环境中所必需的、具有价值的测试测量解决方案。

如需了解更多Fluke 热像仪的应用，请登陆Fluke 官方网站 www.Fluke.com.cn 进行浏览及下载。 红外热像仪的发展可分为三个阶段，第一个阶段是人类通过制造工具，扩展体力活动的能力；第二个阶段通过提高判断能力，寻求更清晰和更广泛的理解与判断事物的标准；而人类近年来致力的增强获得输入信息的能力，扩大感觉范围或增添新的感官，使我们的大脑能接受更多的信息，正是人类发展的第三阶段。

在这个阶段中，红外技术的发展已经把人类的感官由五种增加到六种。在海湾战争中，高科技武器展示了先进技术的广阔平台，成为世界科技发展的风向计，也成为世界各国竞相研究和开发的方向和重点。这些高科技技术也因此成为新的产业和投资热点，创造了亿万的财富和无法预计的社会效益。在这些新科技中，以卫星定位（GPS）和红外热成像（TIS）两项技术。卫星定位系统（又称GPS）已经非常广泛地应用于各行各业，成为从军事到民用都有宽广发展前途的行业，其应用的发展速度，远远超过人们的预想，例如：在在广泛使用的汽车防盗定位系统等。

红外热成像技术，也是一个有非常广阔前途的高科技技术，其大量的应用将会引起许多行业变革性的改变。

一、什么是红外热成像？

光线是大家熟悉的。光线是什么？光线就是可见光，是人眼能够感受的电磁波。可见光的波长为：0.38—0.78微米。比0.38微米短的电磁波和比0.78微米长的电磁波，人眼都无法感受。比0.38微米短的电磁波位于可见光光谱紫色以外，称为紫外线，比0.78微米长的电磁波位于可见光光谱红色以外，称为红外线。红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78~1000微米的电磁波。其中波长为0.78~2.0微米的部分称为近红外，波长为2.0~1000微米的部分称为热红外线。照相机成像得到照片，电视摄像机成像得到电视图像，都是可见光成像。自然界中，一切物体都可以辐射红外线，因此利用探测仪测定目标的本身和背景之间的红外线差并可以得到不同的红外图像，热红外线形成的图像称为热图。目标的热图像和目标的可见光图像不同，它不是人眼所能看到的目标可见光图像，而是目标表面温度分布图像，换一句话说，红外热成像使人眼不能直接看到目标的表面温度分布，变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。

二、红外热成像的特点是什么？

有位著名的美国红外学者指出：“人类的发展可分为三个阶段。第一个阶段是人类通过制造工具，扩展体力活动的能力，第二阶段通过提高判断能力，寻求更清晰和更广泛的理解与判断事物的标准，而人类近年来致力的增强获得输入信息的能力，扩大感觉范围或增添新的感官，使我们的大脑能接受更多的信息，正是人类发展的第三阶段。在这个阶段中，红外技术的发展已经把人类的感官由五种增加到六种”。这一席话，我认为恰如其分的道出了红外成像技术在当代的重要性。因为，我们周围的物体只有当它们的温度高达1000℃以上时，才能够发出可见光。相比之下，我们周围所有温度在绝对零度（-273℃）以上的物体，都会不停地发出热红外线。例如，我们可以计算出，一个正常的人所发出的热红外线能量，大约为100瓦。所以，热红外线（或称热辐射）是自然界中存在较为广泛的辐射。热辐射除存在的普遍性之外，还有另外两个重要的特性。

1．大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3~5微米和8~14微米的热红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口”。利用这两个窗口，可以使人们在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的战场，清晰地观察到前方的情况。正是由于这个特点，热红外成像技术军事上提供了先进的夜视装备并为飞机、舰艇和坦克装上了全天候前视系统。这些系统在海湾战争中发挥了非常重要的作用。

2．物体的热辐射能量的大小，直接和物体表面的温度相关。热辐射的这个特点使人们可以利用它来对物体进行无接触温度测量和热状态分析，从而为工业生产，节约能源，保护环境等等方面提供了一个重要的检测手段和诊断工具。

三、红外热成像仪器

根据物体能够发射红外线的特点，各国竞相开发出各种红外热成像仪器。美国德克萨斯仪器公司（TI）在1964年首次研制成功第一代的热红外成像装置，叫红外前视系统，这类装置利用光学元件运动机械，对目标的热辐射进行图像分解扫描，然后应用光电探测器进行光——电转换，最后形成视频图像信号，并在荧屏上显示，红外前视系统至今仍是军用飞机、舰船和坦克上的重要装置。

六十年代中期，在红外前视装置的基础上，开发了具有温度测量功能的热红外成像装置。这种第二代红外成像装置，通常称为热像仪。

七十年代研制出不需致冷的红外热电视产品。

九十年代出现致冷型和非致冷型的焦平面红外热成像产品，这是一种较新一代的红外电视产品，可以进行大规模的工业化生产，把红外热成像的应用提高到一个新的阶段。

七十年代中国有关单位已经开始对红外热成像技术进行研究，到八十年代初，中国在长波红外元件的研制和生产技术上有了一定进展。到了八十年代末和九十年代初，中国已经研制成功了实时红外成像样机，其灵敏度、温度分辨率都达到很高的水平。进入九十年代，中国在红外成像设备上使用低噪音宽频带前置放大器，微型致冷器等关键技术方面有了发展，并且从实验走向应用，主要用途用于部队，例如便携式野战热像仪，反坦克飞弹、防空雷达以及坦克、军舰火炮等。

中国在红外热成像技术方面，已经投入了大量人力物力，形成了相当规模的研发力量，但是总的来讲，与世界先进水平差距很大，与西方相比，约差10年以上。

目前国外已经开始在部队装备第二代红外热成像仪，并开始了第三代的研发工作，但中国现在才推广第一代红外成像仪。在国际上，美国、法国、以色列是这方面的先行者，其它国家包括俄罗斯均处下游水平。

近几年来，中国的红外成像技术得到突飞猛进的发展，与西方的差距正在逐步缩小，有些设备的先进性也可同西方同步，相信中国和西方的差距会进一步缩小，尤其在新技术的应用方面更可以独树一帜。红外热成像产品，可以分为致冷型的.非致冷型两大类。

目前，先进的红外热成像仪，其温度灵敏的可达0.03摄氏度。无论白天、黑夜均可用于持红外仪来探测丛林中的敌人，其距离可达百米之遥，作为边防缉私，更可以追踪海上走私的大飞机，其距离可达数公里。通过热像仪不仅可实时对目标进行观测，更可以通过其行踪轨迹的“热痕迹”进行动态分析，因为一般物体的热发散有一定的时间性，有些物体的热发散需要很大时间。例如部队点燃的炊烟，曾经发动过的车辆等都可以留下“热痕迹”。

第一代热像仪主要由带有扫描装置的光学仪器和电子放大线路、显示器等部件组成，已经成功装备部队，并在夜间的地面观察、空中侦察、水面保险等作出重要的贡献。第二代热成像仪主要采用焦平面阵列技术，集成数万个乃至数十万个信号放大器，将芯片置于光学系统的焦平面上，取得目标的全景图像，无需光——机扫描系统，大大提高了灵敏度和热分辨率，可以进一步提高目标的探测距离和识别能力。 电源是所有电器中都必须具备的重要部分，在电子设备行业中，人们把电源模块比喻为电子设备和电子系统的“心脏”，而且电源也是电器系统中承载功率最大的环节。

电源分析

近年来电源设备日趋复杂，元器件的品种和数量增加很快，使用环境也变得恶劣多样，而所服务的电子系统又越来越重要和昂贵，特别是军用装备，尤其是航空、航天上的元器件及系统可靠性的要求就更高了。

电器系统中的电源其任务就是为电器系统中的各种电路提供电能，由于电路的类型各自功能有别，因此对电源按照供给方式的不同，可以分为：UPS电源、EPS电源、稳压电源、变频电源、净化电源 、特种电源、发电机组、开关电源(AC/DC) 、逆变电源(DC/AC)、模块电源(DC/DC)以及其他电源等。

热像仪在电源中有哪些应用？

电源的温度控制，是提高电源模块及系统可靠性及使用寿命的重要途径。在电源的设计和应用中，选择合适的元器件，即减少电路损耗，提高模块转换效率，与选择合理的冷却方式是保证电源可靠稳定工作的关键技术，将二者有机结合，会使得电源具有对环境适应性更强、寿命长、成本低、维护方便等技术优势。


热像仪能提供清晰的电源电路及其整个电源系统温度场分布的图像和准确的温度测量

1)电子元器件

电源是一种电能转换设备，在转换过程中本身需要消耗掉一些电能，而这些电能则被转化为热量释出。电子元件工作的稳定性与老化速度是和环境温度息息相关的。每当环境温度升高10℃时，主要功率元件的寿命减少50％，这就要求电子元器件应该工作在相对稳定和较低的温度范围内。

热像仪可以提供给工程师电路中各元器件的工作时发热情况热图，帮助工程师分析元器件对整个电源电路温度的影响，同时也能够帮助工程师选择合适负载能力的转换模块。

2)变压器

变压器是电源工作得主要部件，其发热温度有限制的，目前国内的3C认证将变压器温度限制在120℃内，欧洲UL认证将变压器温度限制在115℃内。电源的主要发热源也是变压为器，而铁芯损耗和铜线损耗变压器工作产生温升的主要原因。 另外，由于变压器工作温度升高，必然造成铁芯负载减弱，和线圈老化，当其绝缘性能下降后，导致抗市电的冲击能力减弱。这时若有雷击或市电浪涌出现时，在变压器的初级出现的高反压会将变压器击穿，使电源失效，同时还有高压串入主设备，造成主设备损坏的危险。

热像仪可以通过迅速、简便的操作，提供准确的变压器温度。

3)电路热分布

同一块电路板的器件应尽可能的按其发热量大小及散热程度分区排列，采用合理的器件排列方式，可以有效的降低印制电路的温升，从而使器件及设备的故障率明显下降。

热像仪可以通过提供的红外热图，帮助工程师分析出整块线路板的温度分布，完善工程师的设计和应用。

4)电源冷却

电源冷却技术是满足行业各项技术性能要求的基本手段。目前各个电源模块常用的冷却方式有自然冷却、纯风扇冷却、自然冷却和风扇冷却相结合三种。

电源产品中有很大的一个变压器，还有些大的电容，这些都是大热源，这些热源可能会给您的产品内部一些其它电路及其元器件的稳定性、使用寿命都会带来很大影响。利用红外热像仪，可以非常直接的测量出三种情况下的发热和散热情况，工程师改善设计，在实际应用使用合理的冷却手段，提高电源的可靠稳定性，减少设备的故障率。

5)工艺改进

电源设备在加工时，容易在接头处以及压线处出现工艺问题，利用热象仪可以较为简便、直观、安全地发现故障点，帮助生产人员、质检人员更好的发现并解决问题，提高产品质量。

热像仪在电源企业的应用部门，除研发部门，还主要有：品管部门、售后服务部及设备维护等部门。

红外热像仪的独特应用

1、现有的温度分析工具

对于电源在研发和应用中，由于其特殊性，许多工程师都会抱怨现有的手段难以支持他们进行一个细致而全面的温度场描绘，同时操作不方便、而且可能改变原温度场分布，如：目前在电源开发和应用中，温度分析的工具是数据采集器，但使用数据采集器可能会遇到如下问题：电路板断电，贴片热电偶不够多，操作不方便，反应时间较慢(30秒至1分钟)，使用数据采集器还将改变所测器件的散热状况，同时也无法分析整个电源的温度场分布及散热分析等。

2、热像仪温度分析优点

红外热像仪和数据采集器、红外点温仪相比较，有自身的优点：

a)通过红外线热像仪检测目标电路时，不需要断电，操作方便，同时非接触测量使原有的温度场不受干扰；

b)反应速度较快，小于1毫秒；

c)利用配套的红外分析软件，用户可以不需要在现场，对所获得的电源温度数据进行详细而全面的分析，同时生成一个完备的温度报表。

本文小结

热像仪在电源行业可以发挥其优越性，由于它所具有独特的优点，能补充传统检测手段的不足。但是还有很多工作需要在今后的实践中进一步改进和提高，使得红外热像技术在电源行业中的应用更加广泛和科学，有效地提升电源产品质量，提高电能转换效率、以及提高系统性能水平。

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