红外热成像仪在电路板检测中的应用

    电路板修理过程中，一般综合采用直接观察、电阻测试、对比、替代、分割测试和波形观察等方法进行故障检测。这些方法不仅要求修理人员对产品功能、工作原理比较了解，还需具备较强的电路分析能力。而当前某型引进航空装备维修中面临着国外技术封锁、技术资料缺失、维修保障周期长等难题。为提升装备维修保障能力，引入利用红外热像仪开展电路板故障诊断的方法。相对于传统电路检测方法，其优势在于检测无损化，即非接触式检测，保证了电路的完整性，同时对电路原理的依赖低，检测结果直观可视，故障检测定位效率高。

    1、红外热像仪测试系统

    红外热像仪测试系统主要由红外热像仪、可见光CCD、图像采集卡、计算机、系统控制电路、三维精密电动平台、适配器、定位标志等组成。系统根据用户提供的标准电路板和故障电路板以及相应的电源、激励信号源、适配负载等来完成测试工作，三维精密电动平台的作用是带动红外热像仪组成三维可调热像传感器，实现对大尺寸电路板的热像采集。计算机主要进行图像处理、存储、显示、自动/手动故障检测，是系统控制核心，用户可以通过计算机进行整个检测过程的操作。红外热像仪测试系统主要参数：测试尺寸200mm×200mm;最大像素384×288;热灵敏度（NETD）50mk@30℃;热响应时间10ms;探测器阵列分辨率320×240;填充系数>80%;帧频16Hz;工作温度-40～+60℃。

    2、故障诊断分析

    故障诊断过程中比较复杂的操作是图像的处理与判读。一般来讲，对于红外热像图，需要判断板件的红外热辐射的温度场分布和红外热像图的色彩或灰度分布的变化情况。对红外热像图的观察与分析有两个层面：一个层面是定性的，如图中哪部分温度高、哪部分温度低;另一个层面是定量的，如温度高的地方到底有多高。红外热像仪测试系统采用温度（灰度）阈值法進行故障诊断。在显示页面上设置好各项诊断特征参数，就可以开始进行故障诊断了。例如输入正常工作时的低温阈值10，高温阈值20，单击确定按钮即可看到诊断结果，系统会自动将超出温度设定范围的异常点选择出来，供测试人员参考比较。红外热像仪测试系统检测和诊断分析采用经典的比较分析法来进行。通常，电路正常工作时所拍摄的热像图（标准红外图像）是事先采集好的，而电路有故障时拍摄的热像图（待测红外图像）是在故障出现时根据维修需要现场采集的。系统通过待测红外图像和标准红外图像对比、待测红外图像和待测可见光图像对比，便可自动实现故障区域的查找以及故障元器件的定位和识别。但是，故障热像图的拍摄会受到多个因素的影响，这会给热像图对比、诊断分析带来麻烦。主要影响因素如下：

    ①环境温度。因季节和天气差异，拍摄故障热像图时的环境温度可能与标准热像图相差达数十摄氏度，对诊断分析影响较大。

    ②检测角度。即热像仪镜头平面与检测面的角度。红外发射率与角度是有关系的，通常检测角度在小于30°时对检测结果的影响较小。

    ③检测距离。即热像仪镜头与待测面的距离。因为红外线在空气中的衰减很小，同时在电路检测时，一般距离在1m内，为了提高精度需要保持多次检测的距离一致。

    ④检测时机。电路在线工作达到一定时间后温度会达到饱和，检测时机选择不当会错过故障发生过程或贻误故障暴露最明显的时刻。

    由于电路板的在线检测一般是在室内进行，检测角度和检测距离可以固定。因此，环境温度以及检测时机已成为影响红外检测准确度的主要因素。为了尽量减小环境温度和检测时机对故障判别的影响，在检测过程中一定要注意标准图像的选取和检测时机的把握，需要在实践中不断地去发掘和积累。

    利用红外热像仪来进行引进航空电路板故障诊断检测是高效的，其在快速故障定位、预防性维修方面都有着独特的优势。自引进红外热像仪测试系统以来，已经完成电路板故障诊断500余块，也解决了部分“疑难杂症”类问题，创造了可观的经济和军事效益。经统计，故障器件多为模拟元件、数字芯片，失效分析原因多为器件内部短路接地造成。可见，红外热像仪不仅适用于模拟电路，对数字电路故障检测同样有显著效果。

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