如果有人问开发电子产品和维修电子产品完美体育365要的仪器是什么，也许普通技术人员可能会说是万用表和示波器，搞高频的工程师可能会说是频谱和网分。确实，这些常用仪器对电子开发和维修有不可代替的作用，可是不能否定的是，它们也有相当的局限性。当遇到诸如电路板短路，元件反焊或复杂的不明电完美体育365修时就几乎无从下手。然而，也有一种不常用仪器能在这些场合中发挥化腐朽为神奇的作用。这就是本文的主角—热像仪。

热像仪实质就是一个相机，与普通相机不同的只是它的敏感区间不是波长为几百nm的可见光，而是波长为8-15um范围内的红外线，也是物体辐射热量时发出的光波区域。下面是两台热像仪的照片。

这是热像仪的正面，主要是镜头和激光发射器：

这是热像仪的背面，通常是屏和操作键：

对于热像仪来说，下表的几项参数为重要。

除上表外，还有诸如测温范围、视场角、调焦方式、是否带光学融合功能之类等等参数，不过对于本文用途影响不大。（为更清晰表现纯粹的红外热像，本文照片是在关闭仪器的温度颜色指示条和光学融合功能后拍摄的，并且使用常用的铁红色谱。）

下图是普通光学相机对一片正在工作的一体机主板拍出的照片：

下面是两台不同像素机型拍摄上图照片中黄框内区域的热像图：

由上面的热像图可以看出，不同分辨率的机器，拍得的图像在清晰度上很大差别。当然对于一般的开发和维修来说，并不以追求图片清晰为目的，所以很多情况下，160*120的分辨率依然是够用的。相比而言，是否可以将焦距调到足够近倒是决定性的因素，定焦机和近焦距不能小于0.5M的机器并不适合本文介绍的用途。除了提供热像照片外，热像仪传感器的每个像素点都相当于一个红外测温计，能测出物件此处的具体温度值。

简单介绍完热像仪之后，下面就用几个例子说明热像仪在开发和维修中的应用。

下图是一片朋友带来的HP原装主板，此板一直工作正常但某日突然出现不能开机的故障

简单检查后发现，原因是主板的3.3V输入端对地短路导致电源保护。怀疑是板内某二三极管或退耦电容击穿所致。由于板子电路非常复杂，是多层板而短路又偏偏是常用的3.3V输入端，用传统的“分区域割线法”来缩小故障范围明显不可行。

考虑到击穿型短路故障点一般面积较小，电阻相对电源走线和铺铜层要大，根据功率公式P = I^2*R可知，给电路板供电后，故障点的发热肯定比电源走线和铺铜层大，此时只要用热像仪观察就很容易找到故障点。于是，将主板的3.3V输入端和地间接上稳压电源。为防止烧坏其它电路，将电源电压调至0.4V，电流定为2A，通电后，稳压电源进入恒流状态，输出电压跌至0.3V。  

下图是通电前和通电后的稳压电源面板内容：

通电后立即用热像仪观察全板，发现板子的右下方出现明显的高温点。

下图是主板故障位置在通电前和通电后的热像图：

仔细查看后，确定发热的是网卡旁边的一颗积层电容。拆下电容测量，发现果然短路。立即用一颗0.1uF的新电容焊上，通电试机，主板恢复正常。

下图为主板的左下角照片，其中红框内的元件就是短路的电容：

 除了电源短路，对于一些线路密度较高的电路板，信号线短路也很常见，尤其是未经测试架测试过的调试用板。普通工程师遇到这种情况，通常会使用“分区域割线法”将线路分段割开，不断缩小短路区域，直至发现短路点。这种方法虽然简单易行，但是弊端也是很明显的，首先是查找速度慢，其次是一割一连间给板子增加无端的伤痕和隐患，再者也影响板子外观。

下图是为一片测试板的局部（文中的部分电路板是代客户开发的，为保密需要，部分光学照片只显示局部，部分电路板不提供光学照片只提供热像图，请大家谅解 ）。

由照片可见板子有很多很密的输入线（大约是0.15mm线宽，0.1mm线距），调试时发现某两条输入线的信号相互影响，用万用表测试证实有两条输入线相互短路（照片中红框内）。这两条线在板内的并行路径很长，肉眼简单检查未找到明显的短路痕迹。于是，将这两条线间接上稳压电源，将电源电压调至0.4V，由于线路较细，发热比较明显，只需将电流限定为1A即可。通电后，电源进入的是恒压状态，看来线路的电阻确实比较大的。

下图是通电前和通电后的稳压电源面板内容：

下图是通电后的热像图：

用热像仪观察电路板，可以看到拼排的两条橙红线由引脚即电源注入点一直延伸到线路的某拐弯位置，此后橙红线消失。由此判断，短路点应该就在橙红线消失的拐弯位。再次仔细查看此处线路，仍未发现短路点。于是，试用美工刀在橙红线消失点位置的两线间隙处轻割几下，再用万用表测量，短路消除。看来问题在于电路板腐蚀线路时未将线间铜箔完全溶化，残余了肉眼难见的细丝相连，导致线间短路。

对于非批量焊接的调试用板，IC、二极管、极性电容反焊问题很常见，大部分的器件反焊都会带来电源负荷剧增，对应元件出现发热甚至烧坏。与电源短路相似，当电路板的元件密度很高或电路结构很复杂时，凭借肉眼来查找问题元件也是比较困难的。在这种情况下，热像仪也能发挥事半功倍的效用。

下图是某专用机器的操作面板：

这片板的正反面都焊有不少IC和其它元件。焊好测试时发现，板的电源虽然没有直接对地短路，但是整板耗电比正常值高出很多，连接主机后根本无法工作。试用热像仪查找故障。将面板的电源输入端接上稳压电源，电压设定为板的正常工作电压3.3V，电流限定为1A。上电后，电源进入恒流状态。

下图是通电前和通电后的稳压电源面板内容：

用热像仪观察电路板，发现其中一组8字管中的一个发出高热。

下图是电路板通电后的热像图：

随即断电检查此元件和附近电路，确定是驱动此8字管的一片74HC595反焊。更换74HC595和8字管后，板子恢复正常。      

上面说的几个例子都是常见的“硬故障”型的，这类故障一旦出现，电路板就不能正常工作。理论上说只要有足够的恒心和耐力，即便只用肉眼和万用表，逐个元件排查也是有可能找出故障点的。但是对于明知有问题却依然可以正常工作 “软故障”型电路板，排查的难度将变得更高。

有一次为客户开发一种一体化工控板（主体有ARM处理器，SDRAM，FLASH等元件），电路调试完成后，板子工作正常，但就是3.3V的电源消耗比预算了大了200-300mA。反复查看电路图和系统固件都没发现问题。于是，抱着试一试的心态，取出热像仪观察，通电后一眼就见到板子的ARM处理器（BGA封装）的一个角落出现不寻常的发热点。查看处理器的规格书，得知此位置引出的是一组GPIO，再看电路原理图，发现这组GPIO并没有被使用，但为了防止状态随机翻转，设计原理时直接将此组GPIO的引脚接到了电源地上。马上让软件工程师检查固件中这组GPIO的配置，结果让一切豁然开朗。原来，这组GPIO被误配置为推挽输出模式，且被设为输出高电平。随即修改固件，将GPIO设为输入，再通电测试，发热点消失，3.3V电源消耗也降到了预定范围。

很多时候，电路板或元件发热都意味的不正常。但有些时候却恰好相反。

不久前，朋友抱来一台老旧的量产型编程器，机器带有16个编程口，能同时烧录16枚芯片。现在编程器检测芯片的功能正常，但是一开始烧录就立即报错。拆开机器，瞬时眼花，里面结构极其复杂。电路板不下十片，都是直插件和一些贴片的FPGA器件，不要说分析故障，单单是将板逐片看一次都会头晕。本着先易后难原则，先检查电源板，各输出电压正常，再用电子负载检查带载能力，也一切正常。随后查看一次电路板，未发现脱焊。程咬金三板斧耍完了，维修顿时陷入僵局。失望之际，再度搬出热像仪，仔细查看每片板的发热情况，当看到一片焊着4个TO220封装元件还装着硕大散热架的板时，疑点出现，这4个元件中的有三个都不同程度地发热，但是其中一个却完全冰凉。查看元件型号为L165，是一颗大功率的电流运算放大器，估计是给烧录用的IC提供逻辑电压用的。测量L165的各管脚，发现供电正常，但是放大器的正端比反相端高出近200mV，输出端电压却依然很低。结合器件不发热的情况，基本可以判定此IC失效。买回新IC后换上，编程器恢复正常工作。

由于在修理此编程器时没有留下任何光学照片和热像图，为方便大家理解特用其它器件模拟出当时的情况。与实际不同的是，真实中电路板上的元件是4个L165，但模拟用的是4个TIP42C三极管。

下面是模拟电路的光学照片：

下面是模拟电路的热像图：

以上是我在开发和维修过程中印象较为深刻的使用热像仪的几个实例，但热像仪在开发和维修中的应用绝不于此。从原理上说能量总是不生不灭的，输入电路板的电能除小部分转化为声能和光能外，绝大部分将转化为热能。故此，通过观察和分析元件和线路的发热，往往能很好地了解它们的工作状态，找出藏在暗处的问题元件和线路。毫无疑问，观察电路板热像这种新颖的测量方法将是以万用表和示波器为主角的传统测量方法的有益补充。随着热像仪的体积越来越小，价格逐步走低，相信终有一天它能像万用表和示波器一样，出现在每个电子工程师和维修人员的工作台上。