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Dec 31, 2023

Wissenschaftskameras bringen Wärmebildtechnik gleichermaßen in die Leiterplatten- und Hyperschallforschung

Einer der wichtigsten (aber am wenigsten diskutierten) Aspekte der Forschung und Entwicklung ist die Testtechnik. Alle elektronischen Systeme, sei es Verbraucher-, Industrie- oder Wissenschaftssysteme, erfordern gründliche Tests und Charakterisierung

Einer der wichtigsten (aber am wenigsten diskutierten) Aspekte der Forschung und Entwicklung ist die Testtechnik. Alle elektronischen Systeme, sei es Verbraucher-, Industrie- oder Wissenschaftssysteme, erfordern gründliche Tests und Charakterisierungen, um ordnungsgemäßes Verhalten, Funktionalität und Sicherheit sicherzustellen.

Zu diesem Zweck ist eine Wärmebildkamera ein entscheidendes technisches Testwerkzeug, ein Gerät, das selbst kleinste Temperaturänderungen genau misst, um die thermische Leistung eines Geräts zu charakterisieren. Heute hat Teledyne FLIR seine angeblich fortschrittlichsten wissenschaftlichen Wärmebildkameras auf den Markt gebracht.

All About Circuits hatte die Gelegenheit, mit Desmond Lamont, Global Business Development Manager bei Teledyne FLIR, zu sprechen, um aus erster Hand mehr über die neuen Kameras zu erfahren.

Teledyne FLIR nennt diese Flaggschiff-Reihe wissenschaftlicher Hochgeschwindigkeitskameras mit hoher Auflösung die X-Serie, bestehend aus der X858x und der X698x.

Die für wissenschaftliche Forschung und technische Anwendungen konzipierte neue Kameraserie arbeitet im mittelwelligen Infrarot- (MWIR) und Langwellen-Infrarotspektrum (LWIR). Die neuen Produkte verfügen über einen gekühlten Wärmebildkamerakern mit einer Auflösung von 1280 x 1084 und einer Bildfrequenz von 180 Hz sowie einer Wärmebildauflösung von 640 x 512 und einer Bildfrequenz von mehr als 1 kHz.

„Sie können ein Kamerasystem haben, das auf den Bereich von 3–5 Mikrometern abzielt, und ein anderes Kamerasystem, das auf den Bereich von 7,5–12 Mikrometern abzielt. Wir haben genau die gleiche Schnittstelle für diese Kameras“, sagt Lamont. „In der Zwischenzeit werden Sie verschiedene In-Band-Strahlungs- und Temperaturmessungen sammeln.“

Auf der Rückseite jeder Kamera befinden sich ein dedizierter Triggereingang und ein dreistufiger Synchronisierungseingang, die Benutzern bei der Aufnahme und Synchronisierung verschiedener Kameras helfen können.

Diese wissenschaftlichen Hochgeschwindigkeitskameras können riesige Datenmengen liefern; Jedes Pixel einer hochauflösenden Kamera kann als Datenpunkt betrachtet werden – und bei HD-Kameras wie der X858x und der X698x kann das über 1,3 Millionen Datenpunkte bedeuten.

Die neue Kameraserie bietet eine neue motorisierte Objektivfunktion, die eine Fernfokussierung des Kameraobjektivs ermöglicht. Wenn ein Benutzer beispielsweise ein Kamerasystem aus der Ferne auf einem Feld oder in einem Windkanal installiert hat, kann er auf diese Weise dessen Fokus im Laufe der Zeit aus der Ferne anpassen; Sie müssen sich nicht mit jemandem vor Ort abstimmen, um Anpassungen am manuellen Fokusobjektiv vorzunehmen. Die Kameras können auch Werkskalibrierungen über die Auswahloptionen innerhalb der Software anwenden.

Ein weiterer Vorteil der Fernaufzeichnung ist das integrierte Filterrad mit vier Positionen, das in jeder Kamera enthalten ist. Laut Pressemitteilung kann das Rad mit Spektralfiltern oder Neutraldichtefiltern bestückt werden, um die Aufnahmequalität zu verbessern.

Das motorisierte Objektiv der Kameras der

Frühere Generationen dieser Kameras verfügten nur über einen RAM-Puffer, der Daten für etwa 30 Sekunden speichern konnte. Die neue X-Serie nutzt jedoch eine Camera Link-Schnittstelle, um diesen Puffer zu umgehen und 512 GB Daten direkt auf eine SSD zu schreiben, wodurch bis zu 15 Minuten gespeicherter Daten auf einmal möglich sind – eine 30-fache Verbesserung.

Camera Link ist ein offizieller Standard der Automated Imaging Association (AIA), der die Echtzeit-Hochgeschwindigkeitskommunikation zwischen Hochgeschwindigkeitskameras und Framegrabbern definiert. Diese Schnittstelle bietet eine hohe Bandbreite von 255 MByte/s für ein Kabel und bis zu 850 MByte/s für zwei Kabel. Im Vergleich dazu bietet Ethernet eine Bandbreite von bis zu 10 Mbit/s.

„Unser 30-Sekunden-RAM-Puffer wurde von vielen unserer Kunden im Verteidigungstestbereich verwendet, die sehr schnelle Ereignisse wie Raketenangriffe erfassen. Durch die Umgehung des integrierten RAM und die direkte Aufzeichnung auf der Hot-Swap-fähigen SSD kann ein Benutzer mit der Standardfestplatte 15 Minuten bei Vollbild und voller Geschwindigkeit aufzeichnen, was für viele Anwendungen ausreichend sein sollte.“

Durch die direkte Aufzeichnung dieser erweiterten Aufzeichnungen auf der SSD können Benutzer Integration und Kosten sparen – insbesondere im Vergleich zu älteren Methoden zur Nutzung von Datenrekordern und Framegrabbern. Sobald Daten von der SSD auf einen angeschlossenen Computer übertragen wurden, kann die Datenverarbeitung über FLIR Research Studio oder das FLIR Science Camera SDK durchgeführt werden.

Die Kameras der X-Serie können ein nützlicher Helfer bei der Entwicklung und Prüfung von Elektronik sein – sie liefern thermische Daten für die Leiterplattenforschung, die Identifizierung von Komponentenfehlern und die Leiterplattenanalyse. Die Kameras können elektronisch ausgelöst und synchronisiert werden und bieten eine hohe Empfindlichkeit von 20 Millikelvin oder mehr.

Sie verfügen außerdem über einen kleinen Pixelabstand von 12 Mikrometern. Dies bedeutet, dass Benutzer, wenn die Kamera mit einer Mikroskopoptik gekoppelt ist, Datenbilder mit einer Auflösung von bis zu vier Mikrometern pro Pixel erfassen können. Dies ermöglicht es Designern, Hotspots an kleinen Bauteilen zu identifizieren und eine sogenannte Lock-in-Thermografie durchzuführen.

Im Gegensatz zur passiven Thermografie, bei der Benutzer einfach eine Infrarotkamera auf eine Leiterplatte richten, um Hotspots zu identifizieren, synchronisiert die Lock-in-Thermografie die Phase eines Anregungsimpulses und die Aufnahme des Bildes. Dadurch fallen alle anderen Signale weg und die Empfindlichkeit steigt. Mit den Kameras der X-Serie können Benutzer winzige Fehler in Schaltkreisbereichen hervorheben, die normalerweise zu klein sind, um sie selbst mit einer Pixelauflösung von vier Mikrometern darzustellen.

Über die Lock-in-Thermografie hinaus berichtet Lamont auch, dass Kunden die neuen Kameras der

„Wir haben diese Kameras auch in Flugzeugen zur Nutzpflanzenforschung montiert gesehen, weil hier wiederum im Infrarotbereich gearbeitet wird“, kommentiert Lamont. „Man kann sich also die Pflanzengesundheit und ähnliche Dinge ansehen.“ Ein anderer Forscher berichtete sogar über die Verwendung der stereoskopischen 3D-Erfassung von 3D-Druckprojekten.

Lamont kommt zu dem Schluss: „Die Kameras der X-Serie sind das Flaggschiff und die hochwertigsten wissenschaftlichen Produkte, die wir haben.“ Sie sind die flexibelsten, verfügen über die größte Konnektivität, die höchsten Bildraten und das beste Maß an Steuerung und Kontrolle unter unseren wissenschaftlichen Kameramodellen.“