紅外熱像檢測：嚴格把關汽車可靠性

　　隨著汽車智能化的不斷發(fā)展，汽車電子的重要性越加突出，巨量增加的硬件和軟件使得汽車電子的發(fā)熱成為問題的集中點，如果不能妥善地處理電子系統(tǒng)的發(fā)熱和散熱問題，會造成系統(tǒng)運行效率下降、死機甚至于發(fā)生著火的后果。

　　汽車電子的傳統(tǒng)溫度檢測方式是熱電偶，為接觸式測溫，但在反應速度、小目標檢測、工作效率等方面還存在諸多不足，而紅外熱像儀可以從電子系統(tǒng)表面的溫度分布狀態(tài)非接觸地快速發(fā)現(xiàn)問題，并在專業(yè)軟件的幫助下進行分析，高效完成汽車電子的發(fā)熱和散熱檢測任務。

　　紅外熱像的發(fā)展和在國內(nèi)的使用現(xiàn)狀

　　1、紅外熱像儀的發(fā)展歷史

　　自從1800年赫謝爾利用水銀溫度計制作的最原始的熱敏探測器發(fā)現(xiàn)了紅外輻射以來，人們就開始不斷運用各種方法對紅外輻射進行檢測。

　　紅外熱像儀是一種可探測目標的紅外輻射，并能通過光電轉(zhuǎn)換、電信號處理等手段，將目標物體的溫度分布圖像轉(zhuǎn)換成視頻圖像的設備，是集光、機、電等尖端技術于一體的高科技產(chǎn)品。因其具有非接觸測溫、反應速度快、溫度數(shù)據(jù)可分析等優(yōu)點，在研發(fā)、品質(zhì)管理、設備維護、建筑檢測等領域獲得了廣泛的應用。

　　2、紅外熱像技術在國內(nèi)應用狀況

　　隨著科技的進步，目前紅外熱像技術在建筑和工業(yè)領域也得到了長足的發(fā)展。紅外熱像儀探測波段為8～14μm長波的非制冷焦平面凝視型紅外熱成像儀，其體積、重量、操作性均比第一代制冷型紅外熱像儀有了很大的改進。

　　目前紅外熱像儀在國內(nèi)現(xiàn)主要應用于如下行業(yè)：

　　- 研發(fā)與品質(zhì)管理：主要對產(chǎn)品的發(fā)熱狀態(tài)進行檢測，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　- 設備預測性維護：主要對設備的工作狀態(tài)進行巡檢，提前發(fā)現(xiàn)設備存在的問題。

　　- 建筑檢測：檢測房屋的節(jié)能、滲漏和空鼓等狀況。

　　- 消防：搜救和日常防火安全檢測。

　　- 其他：如科研、教育、醫(yī)療等。

　　紅外熱像技術在國內(nèi)汽車電子企業(yè)的應用狀況

　　1、熱像儀在汽車電子的應用狀況

　　目前，紅外熱像儀在國內(nèi)眾多汽車電子企業(yè)已經(jīng)開始使用，主要應用有：

　　研發(fā)溫度分析：

　　器件發(fā)熱分析

　　散熱效能分析

　　外殼或周邊部位溫度分析

　　溫度隨時間變化的趨勢分析

　　產(chǎn)品質(zhì)量檢測：

　　外協(xié)件的質(zhì)量檢測

　　產(chǎn)線質(zhì)量控制

　　老化測試

　　2、熱像儀與接觸式溫度計/溫度數(shù)據(jù)采集器的區(qū)別

　　數(shù)據(jù)采集器以接觸式溫度計作為傳感單元，系統(tǒng)集成幾個至數(shù)十個傳感器，傳感器通常粘貼或固定在被測目標上，系統(tǒng)根據(jù)每個傳感器的溫度數(shù)據(jù)分析被測目標的溫度分布狀態(tài)。有的數(shù)據(jù)采集器的通道數(shù)可擴展至數(shù)百甚至數(shù)千個，但受到被測目標尺寸的限制，這些通道數(shù)往往是理論上的，極少用在實際檢測中。

　　A 紅外熱像儀的優(yōu)勢

　　數(shù)據(jù)采集器因為使用接觸式溫度計作為傳感單元，故有下列缺點：

　　· 檢測點少，目標溫度分布狀態(tài)不清晰

　　數(shù)據(jù)采集器的接觸式溫度傳感單元數(shù)目較少，特別是對于面積同樣較小的電子器件來說，能固定在器件上的傳感單元一般只能以個數(shù)計，故使用數(shù)據(jù)采集器檢測的部位是較為模糊的。

　　紅外熱像儀的檢測點數(shù)以萬計，故可以清晰地顯示出被測目標的溫度分布狀態(tài)，有利于觀測細小的溫度異常點。

　　· 反應速度慢

　　數(shù)據(jù)采集器的接觸式溫度傳感單元反應速度通常在十幾秒至數(shù)分種，若被測目標有較快的溫度變化，數(shù)據(jù)采集器就不能更上目標的溫度變化，造成溫度顯示滯后，影響使用者的判斷。

　　紅外熱像儀的反應時間通常在1秒內(nèi)，可以實時地顯示出目標的溫度變化情況。

　　· 會破壞目標的原有溫度場

　　數(shù)據(jù)采集器的傳感器必須要接觸在被測目標表面，這樣會影響到表面的散熱效果（特別對于面積較小或發(fā)熱較少的物體），使被測目標的溫度改變。

　　紅外熱像儀使用非接觸測溫手段，可遠離目標進行檢測，故不會破壞目標的原有溫度場，保證測溫的準確。

　　B 溫度數(shù)據(jù)采集器的優(yōu)勢

　　· 由于熱電偶布線靈活，可以在熱像儀無法拍攝的部位進行檢測，如多層電路板的下層、產(chǎn)品外殼內(nèi)部的元器件等。

　　· 熱電偶可進行長時間的溫度數(shù)據(jù)記錄，并進行開關量或4-20mA信號控制。

　　C 紅外熱像儀和溫度數(shù)據(jù)采集器的協(xié)作

　　紅外熱像儀主要檢測目標表面的溫度分布狀態(tài)，對于內(nèi)部的檢測和需要進行溫度控制的部分，由溫度數(shù)據(jù)采集器進行協(xié)作補充。

　　本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)7月《汽車電子特刊》Change The World欄目，轉(zhuǎn)載請注明出處！
　　

　　紅外熱像在汽車電子檢測方面的應用案例

　　1、電路板及元器件檢測

　　A 電路板測試

　　當前，電子設備主要失效形式就是熱失效。而汽車作為熱能轉(zhuǎn)為動能的系統(tǒng)對電子設備的要求則更高。據(jù)統(tǒng)計，電子設備失效有55%是溫度超過規(guī)定值引起，隨著溫度增加，電子設備失效率呈指數(shù)增長。一般而言電子元器件的工作可靠性對溫度極為敏感，器件溫度在70-80℃水平上每增加1℃，可靠性就會下降5%。

　　熱像儀能夠全面檢測電路板上每個元器件的溫度，這是其他測溫工具所做不到的；把空調(diào)器控制板上每個元器件的溫度控制在限度范圍內(nèi)，將可以大大提高運行穩(wěn)定性和產(chǎn)品壽命。

　　圖1：PCB板因功率器件發(fā)熱傳遞至背面，局部溫度偏高。

　　圖2：功率二極管發(fā)熱狀態(tài)，長時間開啟最高溫度不得超過100℃。

　　B 汽車電子系統(tǒng)的發(fā)熱測試

　　在汽車電子的電路研發(fā)過程中，進行負載分析是必須的；熱像儀提供了通過溫度檢測進行負載分析的手段，通過熱像圖可以很直觀的辨識出高功耗部位，為工程師完善電路，提高轉(zhuǎn)換效率、減少功耗、減少電路內(nèi)部溫升提供強有力依據(jù)。

　　圖3：電源模塊發(fā)熱測試 圖4：電源板變壓器，紅外熱圖輕松發(fā)現(xiàn)左右兩變壓器的發(fā)熱不一致，這是不同變壓器所帶負載不一致造成的。

　　圖5：散熱片散熱效果測試（左為紅外熱圖，右為可見光圖）

　　C 汽車電子系統(tǒng)的散熱測試

　　散熱片起到為芯片或元器件降溫的作用，沒有散熱片、散熱片設計不良或散熱片所選材料不當都會嚴重影響散熱效果，導致器件壽命縮短。

　　研發(fā)部門項目組為芯片設計散熱片方案，需要兼顧散熱效果和尺寸，為此設計6種散熱片供研究；見圖示，左下、中下、右下、左上、中上、右上，依次散熱片面積增大，使用相同芯片、相同輸入電壓電流、相同時間，觀測不同散熱片的發(fā)熱狀況，為散熱片的設計提供溫度依據(jù)。

　　在圖中，“中上”的溫度為48.1 ℃，與散熱片大小的溫度趨勢不符，正常推算應該在43-44℃間，說明在該處的散熱片設計或材料選擇中存在問題。該圖也可以針對面積大小和溫度進行單位面積散熱的定量分析計算。

　　圖6：正方形散熱片，斜向?qū)菧囟鹊姆植?/span>

　　2、汽車車燈檢測

　　A. LED燈具溫度檢測

　　從人身安全和LED質(zhì)量考慮，LED燈具表面的最高溫度一般要求在65℃以下；溫度過高容易造成燈珠死燈、光衰嚴重，甚至達不到亮度指標。

　　LED照明燈具由數(shù)十至數(shù)百個LED燈珠組成，各燈珠間的質(zhì)量有可能不同、或因設計原因造成部分位置的燈珠散熱不良，直接導致的后果是光照度不均勻，甚至會因少數(shù)燈珠的問題而影響到整個LED燈具的整體壽命；但因每個的燈珠的光輻射角度有疊加，直接從可見光檢測是哪些燈珠發(fā)生問題很困難，而熱像儀通過紅外輻射檢測燈具中溫度分布的不同來確認問題燈珠的位置，或修正設計中的散熱問題。

　　圖7：（左圖）國產(chǎn)LED白色照明陣列，中間偏右部分明顯比左側(cè)溫度高近2℃，說明燈珠的一致性不佳，可見光圖中（右圖）可以隱約看出左側(cè)的照明亮度有缺損（黑圈處），但可見光圖不能說明是哪些燈珠發(fā)生了質(zhì)量偏差。

　　B 汽車燈罩溫度檢測

　　隨著車燈的功率不斷提高，燈具的燈罩表面溫度也逐步升高，而燈罩地材料通常是PC、PMMA、等，故燈罩表面不能承受太高的溫度，否則會影響燈罩地結(jié)構(gòu)強度；此外，燈罩表面的溫度分布也反映出燈具內(nèi)部的發(fā)熱狀態(tài)，以及可以對散熱系統(tǒng)的設計的優(yōu)劣程度進行評估。

　　圖8：通過紅外熱圖輕松查看汽車燈罩的表面溫度分布，以分析燈具內(nèi)部發(fā)熱狀態(tài)。

　　C 趨勢分析軟件的應用

　　汽車電子的研發(fā)和品質(zhì)管理通常需要連續(xù)監(jiān)測，通過福祿克定制分析軟件，可將連續(xù)視頻信號中的高低溫自動捕捉點和中心點溫度進行數(shù)字化保存，保存的內(nèi)容為溫度值和時間，并建立趨勢分析曲線圖：橫坐標為時間、縱坐標為溫度的曲線圖，見下圖。

　　趨勢分析軟件結(jié)合各型配件可對檢測目標進行連續(xù)拍攝、溫度分析，并通過各種附件和軟件實現(xiàn)小目標檢測、實時溫度記錄和曲線圖等功能，方便現(xiàn)場拍攝、記錄和分析，為完成研究和開發(fā)工作提供關鍵依據(jù)。

　　綜上所述，紅外熱像儀因其采用探測器接收紅外輻射的非接觸測溫方式，故具有不受現(xiàn)場光線干擾、反應快速、圖像可分析等優(yōu)點，廣泛應用于各項研究和新技術、新產(chǎn)品的開發(fā)中，為研發(fā)人員提供重要的溫度數(shù)據(jù)，提高汽車電子可靠性。

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