Piirilevyn kuormituksen seuranta infrapunakameralla

Abstract

Lämpökameralla on mahdollista mitata tutkittava kohde ilman kontaktia. Sen luoma lämpökuva perustuu kohteen lähettämän lämpösäteilyn määrään. Lämpökameroiden ilmaisimet ovat kehittyneet ja kameroiden hinnat ovat laskeneet. Lämpökameroiden käyttö yleistyy koko ajan. Tämä kandityö on toteutettu LUT-yliopiston Infratec ImageIR 9400 tutkimuskäyttöön soveltuvalla infrapunakameralla, joka pystyy havaitseman hyvin pieniä lämpötilaeroja ja nopeita lämpötilamuutoksia.

Tavoitteena oli selvittää kameran ja sen lämpökuvausohjelmiston ominaisuuksia. Kameralla kuvattiin minitietokoneen piirilevyn valittujen komponenttien lämpökäyttäytymistä kuormituksessa. Kuvauksen suorittamisen aikana tehtyjä käytännön havaintoja voidaan hyödyntää myös jatkossa vastaavissa lämpökameramittauksissa.

Tutkittavaksi piirilevyksi valittiin Raspberry-minitietokone. Sitä kuormitettiin siihen liitetyn muistitikun 4K-videolla. Lämpökuvattaviksi kohteiksi valittiin prosessori, muisti ja USB-ohjaus. Lämpödata analysoitiin lämpökameran omalla IRBIS-lämpökuvausohjelmistolla. Pääasialliset analysointimenetelmät olivat aikasarja-analyysi ja erotuskuva, jotka muodostettiin jokaiselle komponentille.

Tulosten perusteella käytetty lämpökamera soveltuu hyvin varsinkin laboratorio-olosuhteissa tehtävään tutkimukseen. Kameran herkkyys ja ilmaisimen resoluutio olivat valmistajankin mukaan huippuluokkaa. Erotuskuva-analyysin avulla havaittiin hyvin pienetkin muutokset lämpötiloissa. Mustan teipin käyttö mahdollisti mitattavien kohteiden tulosten saamisen vertailukelpoisiksi.

A thermal camera allows for non-contact measurement of the object being examined. The digital thermal image it produces is based on the amount of thermal radiation emitted by the object. Thermal camera sensors have advanced and camera prices have fallen. Usage of thermal cameras is becoming increasingly widespread. This bachelor’s thesis was conducted using LUT University’s Infratec ImageIR 9400 infrared camera, which is suitable for research purposes and capable of detecting very small temperature differences and rapid temperature changes.

The objective was to investigate the capabilities of the camera and its thermal imaging software. The camera was used to image the thermal behavior of selected components on a mini-computer’s circuit board under load. The practical observations made during the imaging process can also be utilized in future thermal camera measurements of a similar nature.

A Raspberry minicomputer was selected as the circuit board under investigation. It was loaded with a 4K video stored on a USB flash drive connected to it. The processor, memory, and USB controller were selected as the targets for thermal imaging. The thermal data was analyzed using the thermal camera’s own IRBIS thermal imaging software. The primary analysis methods were time-series analysis and difference images, which were generated for each component.

Based on the results, the thermal camera used is well-suited for research conducted under laboratory conditions. According to the manufacturer, the camera’s sensitivity and the detector’s resolution were top-notch. Differential image analysis made it possible to detect even very small changes in temperature. The use of black tape ensured that the results for the measured objects were comparable.