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紅外技術(shù)在電路故障檢測(cè)中的應(yīng)用
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摘要：結(jié)合紅外熱成像技術(shù)及圖像處理的方法，可以檢測(cè)出電路是否產(chǎn)生故障，并直接定位到故障范圍。由于紅外檢測(cè)技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出電路故障，因此相關(guān)的研究越來越多，本文主要介紹利用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)電路故障檢測(cè)的方法，并介紹一些研究成型的紅外檢測(cè)儀。
關(guān)鍵詞：紅外熱成像 紅外檢測(cè)儀 電路故障
現(xiàn)代的電子設(shè)備特征為：電路結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、元器件集成度更高、電路板層數(shù)更多、設(shè)備更小型化。當(dāng)電子設(shè)備故障時(shí)，采用傳統(tǒng)的電路關(guān)鍵點(diǎn)電流電壓檢測(cè)法，往往效率低下、精確度不高、多點(diǎn)位故障檢測(cè)難度增加，造成故障無法定位而放棄維修，致使電子垃圾越來越多。紅外檢測(cè)技術(shù)利用紅外熱成像圖像，不需要對(duì)電路原理進(jìn)行詳細(xì)研究，就可以快速、準(zhǔn)確地定位電路故障位置，這一優(yōu)勢(shì)使得紅外檢測(cè)技術(shù)得到了更加廣泛的研究和應(yīng)用。
一、紅外無損檢測(cè)
紅外無損檢測(cè)是通過測(cè)量熱流或熱量來鑒定金屬或非金屬材料質(zhì)量、探測(cè)內(nèi)部缺陷的。對(duì)于某些采用X射線、超聲波等無法探測(cè)的局部缺陷，用紅外無損檢測(cè)可取得較好的效果。
紅外無損檢測(cè)主要有如下典型應(yīng)用：
(1)焊接缺陷的無損檢測(cè)。焊口表面起伏不平，采用X射線、超聲波、渦流等方法難于發(fā)現(xiàn)缺陷。若將一交流電壓加在焊接區(qū)的兩端，在焊口上會(huì)有交流電流通過。由于電流的集膚效應(yīng)，靠近表面的電流密度將比下層大。由于電流的作用，焊口將產(chǎn)生一定的熱量。熱量的大小正比于材料的電阻率和電流密度的平方。在沒有缺陷的焊接區(qū)內(nèi)，電流分布是均勻的，各處產(chǎn)生的熱量大致相等，焊接區(qū)的表面溫度分布式均勻的。而存在缺陷的焊接區(qū)，由于缺陷的電阻很大，使這一區(qū)域損耗增加，溫度升高。應(yīng)用紅外測(cè)溫設(shè)備即可清楚地測(cè)量出熱電，由此可斷定熱點(diǎn)下面存在著焊接缺陷。
(2)鑄件內(nèi)部缺陷探測(cè)。有些精密鑄件內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的無損探測(cè)方法，不能準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷。當(dāng)用紅外無損探測(cè)時(shí)，只需要在鑄件內(nèi)部通以液態(tài)氟利昂冷卻，使冷卻通道達(dá)到最好的冷卻效果，然后利用紅外熱像儀快速掃描鑄件整個(gè)表面，如果通道內(nèi)有殘余型芯或者壁厚不勻，在熱圖中即可明顯地看出。假如冷卻通道暢通，冷卻效果良好，熱圖上顯示出一系列均勻的白色條紋;假如通道阻塞，冷卻液體受阻，則在阻塞處顯示出黑色條紋。
(3)疲勞裂紋探測(cè)。采用一個(gè)點(diǎn)輻射源在蒙皮表面一個(gè)小面積上注入能量。然后，用紅外輻射溫度計(jì)測(cè)量表面溫度。如果在蒙皮表面或表面附近存在疲勞裂紋，則熱傳導(dǎo)受到影響，在裂紋附近熱量不能很快傳輸出去，使裂紋附近表面溫度很快升高。當(dāng)輻射源分別一道裂紋兩邊時(shí)，由于裂紋不讓熱流通過，因而兩邊溫度有很高。當(dāng)熱源移到裂紋上時(shí)，表面溫度下降到正常溫度。實(shí)際測(cè)量中，由于受輻射源尺寸的限制，輻射源和紅外探測(cè)器位置的影響，以及高速掃描速度的影響，會(huì)出現(xiàn)一定的誤差。
二、紅外檢測(cè)在PCB板故障診斷中的應(yīng)用
現(xiàn)有的常規(guī)電路故障檢測(cè)儀都需要通過電路中關(guān)鍵點(diǎn)、線的電壓、電流、阻抗及元器件必要參數(shù)的測(cè)量，根據(jù)測(cè)量得到的相關(guān)結(jié)果，結(jié)合故障現(xiàn)象和對(duì)原理圖的深入理解進(jìn)行仔細(xì)的分析、推斷，才能診斷出電路板的故障部位或故障元器件。通過這種常規(guī)的電路板故障檢測(cè)方法很難滿足現(xiàn)代國防的要求，原因在于這種方法存在幾個(gè)缺陷：(1)必須具備電路原理圖、板圖、元器件布列圖等詳細(xì)的維修資料。(2)其測(cè)量方法屬接觸測(cè)量，測(cè)量時(shí)必然影響電路的分布參數(shù)，不可能用于高頻電路的實(shí)時(shí)故障檢測(cè)。(3)速度慢、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以滿足戰(zhàn)爭環(huán)境中對(duì)時(shí)間和速度的高要求。(4)難以診斷潛在故障，因而很難避免裝備在關(guān)鍵時(shí)刻的突然故障。
利用紅外檢測(cè)技術(shù)，不需要工作人員對(duì)電路進(jìn)行深入分析，就能對(duì)大范圍內(nèi)數(shù)百只器件的工作狀態(tài)同時(shí)進(jìn)行快速不接觸檢測(cè)，能在通電后幾十秒甚至幾秒鐘的時(shí)間內(nèi)判別出電路中的故障回路或元器件，檢測(cè)時(shí)不會(huì)影響電路的頻率特性;而且還能將電路中元器件從完好到故障的狀態(tài)定量的細(xì)分為若干個(gè)等級(jí)，這就使維護(hù)人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電路故障隱患，避免故障在關(guān)鍵時(shí)刻突然發(fā)生。
三、故障檢測(cè)原理及設(shè)備
電路板在工作時(shí)，其上的元器件會(huì)散發(fā)熱量，通過紅外儀器可以拍攝到電路板的熱成像圖。故障檢測(cè)時(shí)，首先，需要拍攝正常的電路板工作時(shí)的熱成像圖，保存到數(shù)據(jù)庫，作為標(biāo)準(zhǔn)板;其次，拍攝存在故障的電路板工作時(shí)的熱成像圖，作為待測(cè)板;再次，通過圖像處理的方法，將待測(cè)板進(jìn)行預(yù)處理、配準(zhǔn)、比對(duì)、信息提取;最后，根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值，得出故障數(shù)量及位置。
我國由于起步較晚，成型的紅外故障檢測(cè)設(shè)備還比較少，目前已有的設(shè)備有王格芳等人研制的“印制電路板紅外故障診斷儀”，是國內(nèi)較早從事紅外檢測(cè)方面研究的成型設(shè)備;楊先明、葉玉堂等人研制的TIP-I電路故障檢測(cè)儀，對(duì)故障的診斷率很高;周孟特等人研制的便攜式紅外電路故障檢測(cè)系統(tǒng)，使得紅外檢測(cè)儀更加小型化。
四、總結(jié)
紅外檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用是非常廣泛并具有重要意義的，以此引發(fā)的分支研究也越來越多。紅外熱成像是紅外檢測(cè)技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵，一些技術(shù)發(fā)達(dá)的國家競(jìng)相研究熱成像技術(shù)，以巨大的人力和物力進(jìn)行開發(fā)，發(fā)展十分迅速。提高紅外圖像處理的準(zhǔn)確度、研制智能化故障檢測(cè)設(shè)備都是重點(diǎn)研究方向，今后在這些方面應(yīng)該做更深入的研究。
參考文獻(xiàn)：
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[5] 周孟特，葉玉堂，王智芳等.便攜式紅外電路故障檢測(cè)系統(tǒng)[J].光電工程，2011，8(38).
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