dataTec Applikationsbericht | LEDs mit einer Wärmebildkamera untersuchen

Applikationsschrift :: LEDs mit einer Wärmebildkamera untersuchen und Thermische Belastung bei LEDs charakterisieren.

Durch ihre hohe Blendwirkung lässt sich die Umgebung einer LED nicht direkt beobachten. Stattdessen kommen Wärmebildkameras zum Einsatz, um das Bauteile-Umfeld der LED zu analysieren.
Gerade bei heutigen LED-Arrays ergibt sich aufgrund der zwischenzeitlich sehr hohen Lichtausbeute eine sehr hohe Blendwirkung, so dass die Umgebung der LED und die darum angeordneten Bauelemente bei eingeschaltetem Leuchtmittel nicht zu beobachten sind.
Selbst drastische Farbveränderungen sind an den Bauteilen nicht mehr erkennbar und werden erst offensichtlich, wenn die LEDs abgeschaltet oder gar defekt sind.
Mit thermografischen Methoden und Wärmebildkameras kann diese Hürde genommen werden. Der wesentliche Vorteil: Die Wärmebildkamera wird im grellen Gegenlicht nicht blind und kann Hot Spots auch direkt neben einer alles überstrahlenden LED erkennen.
Hintergrund für diese Tatsache ist, dass die LED im sichtbaren Wellenlängenbereich von 0,4 bis 0,7 μm abstrahlt, während die abgegebene Wärmestrahlung vom menschlichen Auge nicht erfasst werden kann. In der Realität gibt es keine reinen Schwarzen Körper, die das ganze Spektrum absorbieren bzw. das komplette Spektrum abstrahlen.

Die Oberfläche des Messobjektes entscheidet
Im Bild 3 ist der schematische Zusammenhang der jeweiligen absorbierten, reflektierten und emittierten Leistung zu sehen, die dann auf die Linse der Wärmebildkamera trifft. Die Transmission der Messobjekte kann vernachlässigt werden, weil nur die Oberfläche des Messobjektes entscheidend ist. Dabei zeigt sich, dass die Infrarotstrahlung von der Oberflächentemperatur abhängt.
In der Realität hat man es jedoch nicht mit dem „idealen", schwarzen Körper zu tun, sondern durch die unterschiedlichen Materialien und Oberflächen-Beschaffenheiten ergibt sich durch die Berechnung der Oberflächen-Temperatur der Emissionsgrad ε.
Eine Störstrahlung WS aus der Umgebung, die am Objekt reflektiert wird WSr, wird das Ergebnis ebenfalls beeinflussen. Selbst die umgebende Luft-Temperatur und deren relative Feuchtigkeit haben Einfluss auf die Temperaturmessung des beobachteten Objekts, denn ist die Distanz zwischen einem weit entfernten Objekt im Freien (ein Haus) und der Kamera groß, so muss auch dieser Effekt berücksichtigt werden...

14.03.13 | Autor / Redakteur: Frank Riedel und Klaus Höing * / Hendrik Härter
Erschienen: Elektronik Praxis 03/2013