So testet THDE: Infrarot-Technik richtig und sinnvoll eingesetzt

Wer viel mist, misst schnell Mist

Nichts ist besser als noch mehr Pixel

Wenn man sich vor Augen hält, wie hoch (oder besser niedrig) die Auflösung herkömmlicher Infrarot-Kameras eigentlich ist und wie groß die zu überwachende Fläche samt vieler, oft sehr winziger Details (z.B. Pins), dann wird man sehr schnell begreifen, das viele Messungen gar nicht genau sein können - auch wenn man guten Glaubens ist, es wäre so.

Werfen wir deshalb exemplarisch zunächst einen Blick auf die Vorder- und Rückseite einer Grafikkarten-Platine in verschiedenen Auflösungen:

Leider kann man mit niedrigauflösenden Kameras nicht so weit an das zu messende Objekt herangehen, wie man es eigentlich gern hätte, um trotzdem bestimmte Details besser erfassen zu können. Hier sind durch die jeweilige Optik sehr harte physikalische Grenzen gesetzt. Wir nutzen bei unseren Messungen je nach Messobjekt, Detailgrad und Objektiv Abstände zwischen 20 und 150 cm.

Selbst mit Kameras, die lediglich eine 320p-Auflösung bieten, kann man noch einigermaßen exakt messen, solange die Optik und der Abstand stimmen. Das Rechteck zeigt den erfassten Bereich, für den so eine Kamera noch einen brauchbaren Mittelwert errechnet und ausgibt.

Bei noch viel kleineren Auflösungen wird es allerdings kritisch. Will man die gesamte Karte erfassen, dann erfasst man ungewollt auch deutlich kältere Bereiche (Pins und Lötaugen mit merklich niedrigerem Emissionsgrad), so dass die ausgegebene Durchschnittstemperatur stets deutlich zu niedrig ausfällt.

Im direkten Vergleich zwischen einem Handheld mit briefmarkengroßem Bild und der hochauflösenden Kamera können trotz Emissionsgrad-Vorgabe bei den VRM locker schon mal bis zu 10°C Messunterschied herauskommen, wenn man keine wirklich zielsichere Hand hat.

Wir haben in unserem Grundlagenartikel ja bereits sehr genau beschrieben, wie so eine Infrarotkamera funktioniert und wie die verbaute Matrix auf Wärmestrahlung reagiert. Deshalb sparen wir uns diesen Teil an dieser Stelle. Allerdings wollen wir noch einmal zusätzlich ins Gedächtnis rufen, dass sogar viele der besseren Infrarot-Thermometer auf Grund der Auflösung (Durchmesser des Messbereichs) absolut unbrauchbar für unsere Messungen sind, da lediglich ein Durchschnittswert für die gesamte Fläche ermittelt wird und so viele Details schlichtweg untergehen:

Front mit Spannungswandlern und Cold-SpotsFront mit Spannungswandlern und Cold-Spots

Rückseite des gleichen Messbereichs mit nicht exakt messbaren LötstellenRückseite des gleichen Messbereichs mit nicht exakt messbaren Lötstellen

Zu den Problemen mit den unterschiedlichen Emissionsgraden der verschiedensten Oberflächen - und wie wir uns selbst im konkreten Fall vor Fehlern schützen - kommen wir gleich auf der nächsten Seite. Zunächst wollen wir uns aber generellen Fehlern widmen, die man immer wieder bei Messungen sieht und die zu sehr ungenauen oder nicht verwertbaren Ergebnissen führen können.

Wir sehen uns selbst: Mirroring

Handhelds sind ungemein praktisch, portabel und einfach einzusetzen - jedoch steht auch immer der Körper des Benutzers hinter dem Messgerät! Viele Flächen "spiegeln" nämlich, reflektieren also die auftreffende Wärmestrahlung - und damit können wir uns quasi selbst messen.

Der Raum hat eine Temperatur von ca. 21 °CDer Raum hat eine Temperatur von ca. 21 °C

Bestimmte Oberflächen - vor allem Metalle - reflektieren ungemein, selbst wenn sie mit Lack überzogen wurden. Dieser hat mit abnehmender Dicke der Beschichtung dann auch schnell einen Transmissionsgrad, der hoch genug für solche Verfälschungen ist.

Immerhin sieben Grad Unterschied nur durch die Anwesenheit hinter der Kamera!Immerhin sieben Grad Unterschied nur durch die Anwesenheit hinter der Kamera!

Die Raumtemperatur: Wir kalibrieren uns erst einmal selbst

Nicht nur die Kamera muss ab und an zur "Durchsicht", auch die tägliche Umgebung muss stimmen! Um untereinander vergleichbare Ergebnisse zu erzielen, arbeiten wir mit einer festen Raumtemperatur von 22°C. Das heißt, dass wir je nach Jahreszeit und Benchmark-Ablauf diesen Wert sogar durch mehrmaliges Heizen oder Abkühlen des Raumes möglichst konstant halten müssen.

Neben der Messung des ausgeschalteten Systems beim Start unserer Messungen nutzen wir im weiteren Verlauf auch eine matt-schwarz lackierte Kupferbox als zweite Referenz, die sich in der Nähe des Testsystems befindet.

Von schief nach schräg bringt Murks

So verlockend es auch sein mag, irgendwo mal schnell "hineinzuleuchten" - meist sind die so erhaltenen Werte viel zu niedrig! Man wird nicht umhin kommen, ein Objekt selbst aufzuschrauben oder - falls dies nicht machbar ist - auf diese Art ungenauer Bewertungen besser gleich ganz zu verzichten. Das nachfolgende Beispiel mit zwei unterschiedlichen Winkeln (lotrecht bei 90° und spitz bei ca. 30°) zeigt, was wir damit meinen:

90° (lotrecht)90° (lotrecht)

Trotz der Lackierung mit unserem Speziallack, auf den wir gleich noch zurückkommen, stimmen die Werte bei zu spitzen Winkeln einfach nicht mehr:

30° (relativ spitz)30° (relativ spitz)

Mal abgesehen davon, dass wir ja nicht mit Blendentricks die "Tiefenschärfe" erhöhen können, so wie wir es von einer normalen Kamera gewohnt sind, ist die Abstrahung der Wärme nicht in alle Richtungen gleich (stark). Bei unter 15° erhalten wir dann nur noch absoluten Binärabfall.

Kommen wir nun als nächstes zu unserem "Giftschrank", in dem wir neben einigen kleinen Geheimnissen auch eine sehr teure Flüssigkeit aufbewahren, die uns dabei hilft, weitere Messungenauigkeiten auszuschließen.

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14 Kommentare
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    Dein Kommentar
  • Tesetilaro
    vielen Dank, sehr aufschlußreich :D
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  • FormatC
    Ich habe alles probiert - iPhone-Vorsatzgeräte, kleine Handhelds, China Export... vergesst es. Kommt nur Grütze raus. Das iPhone-Dingens von Flir taugt wenigstens noch zum Suchen von Katzen im Garten, wenn es draußen kalt ist und dem Checken der Fenster. Messen kann man damit nicht, nur gaaanz grob schätzen. Schade um jeden Euro. :D
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  • DerVengeance
    @Igor toller Artikel. Leider es andere größere deutsche Seiten ja noch nicht einmal gebacken, die Leistung von GPUs und nicht die des ganzen Systems anzugeben.

    OT:
    Wie genau sind denn die Temperaturfühler z.B. vom Aquaero, wenn man sie an den VRMs vom Mainboard oder der Grafikkarte befestigt? Ich komme bei der 980 TI mit EK:WB auf knappe 60 Grad.
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  • FormatC
    Solche Sensoren funktionieren durchaus, wenn der Kontakt gut und die Fläche groß genug ist.
    Man bekommt meist leicht zu niedrige Werte, aber das ist so im Toleranbereich um die 5 Prozent.

    Infrarot-Technik kann man zum Bespaßen oder zum Messen nehmen - je nach eigenem Anspruch und den Möglichkeiten des Equipments. Aber es ist egal, ob man nun preiswertes oder teures Equipment nutzt, denn wenn die Basics nicht stimmen, sollte man es besser gleich lassen. Ein geübter Anwender kann mit einem 150-Euro-IR-Thermometer durchaus sinnvollere Ergebnisse erzielen, als einer mit dem IR-Kamera-Mercedes und mangelnden Kenntnissen. Out-of-the-box geht immer schief, nur muss sich das erst mal rumsprechen. :D

    Zitat:
    @Igor toller Artikel. Leider es andere größere deutsche Seiten ja noch nicht einmal gebacken, die Leistung von GPUs und nicht die des ganzen Systems anzugeben.


    Man muss messen und nicht schätzen. Es ist immer auch eine Frage der Achtung gegenüber den Lesern, ob man sich "in sein Schicksal ergibt" und z.B. die Steckdose präferenziert, weil man Investitionen scheut (und da geht es nicht nur um Geld, sondern vor allem um Zeit) oder ob man gewillt ist, beides zu investieren, um den Lesern auch etwas Exaktes und Belastbares zurückzugeben. Steckdose geht schon als Behelf, das kann man ja auch relativ professionell aufziehen, nur selbst diese Mühe sieht man selten.

    Ich habe über die Jahre, bis wirklich alles so lief, wie es muss, viel Lehrgeld gezahlt und vor allem sehr viel Zeit investiert und dabei ordentlich Prügel kassiert. Leser und Kollegen können nämlich auch extrem schadenfroh sein. Aber: man kann locker zu seinen Fehlern stehen und daraus lernen.
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  • Anonymous
    Anonymous sagte:
    und dabei ordentlich Prügel kassiert. Leser und Kollegen können nämlich auch extrem schadenfroh sein. Aber: man kann locker zu seinen Fehlern stehen und daraus lernen.


    Wo hast du denn auf den Deckel bekommen?

    Was du leistest ist absolut überdurchschnittlich, davon können sich die anderen eine dicke Scheibe von abschneiden. Du hast ja vor ein paar Jahren im selben Umfang getestet wie der Rest, du hast das nicht in die Wiege gelegt bekommen. Du hast dir den Allerwertesten aufgerissen, dein Wissen erweitert, Messequipment aufgetrieben und damit die Messlatte sehr hoch gelegt. Die ganzen Anderen machen gar nichts und gehen auf Verbesserungsvorschläge in diese Richtung überhaupt nicht ein. Es sind immer die selben Ausreden: Keine Zeit, kein Geld. Nein, die wollen einfach nicht. Und da fühle ich mich als Konsument von diesen selbsternannt hochkarätigen Medien ziemlich verhöhnt.

    Mich nervt das allgemein an der Branche extrem, denn ohne diese aufwändigen Messungen kann ein absolut falsches Fazit entstehen. Wenn du nicht wärst, würde man munter Karten wie die Inno3D GTX 980 Ti iChill empfehlen, obwohl die Wandler sich ziemlich an der thermischen Kotzgrenze befinden. Oder eine Asus GTX 750 Ti, die die PCIe-Specs mit ihren Spikes jenseits der 75W verletzt. In Anbetracht der Tatsache, dass viele noch den Takt hochschrauben und die Lüfter sogar langsamer drehen lassen, ist das besonders gefährlich.

    Für mich ist der branchenübliche Usus in gewisser Hinsicht (natürlich nicht immer) nur kostenlose Werbung für die Hersteller. Das Ergebnis wird oft unfreiwillig geschönt.
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  • Chemidemi
    Erstmal vorweg, ein sehr schöner und interessanter Artikel.

    Ich hätte allerdings eine Frage zu dem Speziallack und der Auftragung. Ich gehe mal davon aus das das Messobjekt nicht großflächig mit diesem überzogen wird. Daraus folgt, dass der Emissionsgrad der restlichen Platine bekannt ist oder? Ansonsten sollte es ja vorallem da Abweichungen geben, zumindest laut Artikel, da hier der unbekannte Emissionsgrad für einen falschen Wert sorgen würde.
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  • FormatC
    Die Stellen, die gemessen werden, sind alle vorher von mir lackiert worden, das mache ich generell. Fast alle Grafikkarten sind zudem beispielsweise auf der Leiterbahnseite finalisiert, so dass auch hier erst einmal plausible Werte vorliegen. Trotzdem wird mit Lack drauf nochmal nachgemessen, sicher ist sicher ;)
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  • doofeOhren
    Wenn das kein Wink mit dem Zaunpfahl ist... Bester Mann unser Igor, danke

    Ich hätte mal einen Auftrag für deine cam teste doch mal in einem “geschlossenen“ Case wie sich bei einem low budget / Mittelklasse Z Mainboard bei OC einer ivy, skylake cpu die wenigen phasen bze Spannungswandlern erwärmen, wenn ein topblower oder tower kühler montiert sind. Ich habe mir da mal sehr heftig die Finger dran verbrannt.
    Danke für alle deinen genialen Artikel. Hut ab
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  • Chemidemi
    Existiert da ein bestimmtes Raster für Leiterbahnseite oder wird erstmal nur an einem bestimmten Punkt gemessen? Damit möchte ich Fragen ob die Prüfung der Tropokalisierung und damit die Prüfung des angenommenen Emissionsgrades von der Leiterbahnseite über eine Einfach- oder Mehrfachbestimmung erfolgt? Ich bedanke mich schonmal für die Geduld mit mir. ^^
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  • alterSack66
    Der Aufwand ist ja echt der Wahnsinn. Ich geh mal davon aus, dass sonst fast überall die Werte die z.B. GPU-Z ausspuckt angegeben werden und das wars.
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  • FormatC
    @Chemidemi:
    Als Erstes erfolgt eine Analyse das Schaltungslayouts, damit man die möglichen Hotspots schon mal weiß, was natürlich gewisse Grundkenntnisse der Elektronik im Allgemeinen und von Grafikkarten bzw. Mainboards im Besonderern voraussetzt. Da die Leiterbahnen alle ab Werk bereits irgendwie mit irgendetwas lackiert sind, lässt es sich gut herausfinden, wie hoch der aktuelle Emissiongrad ist, wenn man zunächst zunächst an voraussichtlich kühleren und vermeintlich heißeren Stellen den Messlack aufträgt und Vergleichsmessungen macht. Das geht sogar in Superprojektion mit Vorher-Nachher-Anylse.

    Als Zweites lasse ich die Karte einmal hochlaufen und checke mit dem temporär ermittelten Annäherungswert die kritischen Stellen. Und zwar rein optisch, denn die Werte sind trotzdem noch zu ungenau. Dabei spielt einem ja die Wärmedurchdringung/-verteilung in die Hände, so dass die Hotspots mit verstreichender Zeit immer größer werden.

    Zu guter Letzt werden genau diese Bereiche noch einmal lackiert, bei ganz kniffligen Dingen habe ich dann sogar einen Airbrush zur Hand. Und erst dann wird final gemessen. Die Kamera befindet sich immer im Messraum und ist somit gut temperiert.

    Ich weiß, dass es Krümelkackerei ist, weil sich die Werte zwischen der Vorabmessung mit dem angenäherten Emissiongrad und der finalen mit dem Lack nur maximal um 2-3K unterscheiden, falls überhaupt, aber für eine objektive Beurteilung eines Produktes reicht mir der Zwischenwert dann eben doch nicht. Es wäre einfach nur unfair.

    Zitat:
    Wo hast du denn auf den Deckel bekommen?

    Es war z.B. mal bei der Leistungsaufnahme, wo es gilt, so viele variable Faktoren wie möglich auszuschließen. Bei der Fury X haben viele (zu Recht) kritisiert, dass wir nur einen (viel zu unterfordernden) Benchmark genommen hätten. Den hatte ich allerdings deshalb immer auf dem Menü, weil er keinen der Hersteller bis dahin bevorzugt hatte und zudem auch bei kleinen Karten noch brauchbare FPS rausgelassen hat. Bei Launches mache ich mir mittlerweile den Aufwand, und messe den Gaming Loop mit bis zu 8 verschiedenen Spielen. Dass die Fury X so eine FHD-Schwäche hat, wusste ich nicht, denn die Gaming-Benchmarks hat damals Chris gemacht. Und zwar erst Tage nach meinen Messungen, da ich die Karte nur für einen Tag hier hatte. Mein Fehler lag vor allem darin, vorab keinen Plausibilitätstest gemacht zu haben. Manchmal rächt es sich eben, Zeit sparen zu wollen.

    Ansonsten messe ich den Gaming-Loop nun "repräsentativ" mit Metro LL in UHD beim High-End und in FHD bei den Fußhupen, die die 4K nicht mal ansatzweise packen. Dabei verwende ich eine lange Messung über eine Minute mit verschiedenen Lasten, also einen ordentlichen Ablauf, und nicht so wie andere eine extrem fordernde Stelle, an der man dann wie festgenagelt stehen bleibt, um lediglich eine kurze Momentmessung des Worst Case zu erfassen. Das ist albern und zudem nichtssagend, weil im Durchschnitt nicht repräsentativ. Für die Spitzenwerte gibt es immer noch Furmark, dessen Binary ich so gepatcht habe, dass sie von Treibern als Furmark-App nicht mehr erkannt wird. ;)
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  • Chemidemi
    Ich würde es nicht alls Krümelkackerei bezeichnen sondern als ordentliche Versuchsplanung unter Beachtung möglicher Fehler. Solche Messdaten sind viel Wert und alleine die Versuchsplanung dürfte sehr viel Zeit in anspruch genommen haben. Vielen Dank für die ausführliche Antwort und mach bitte weiter so. :)
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  • MotU235
    @FormatC: Danke für den ausführlichen Test. Kannst du Aussagen darüber treffen, inwiefern die Kamera "langzeitstabile" Messwerte liefert? Da es sich um einen ungekühlten Chip handelt, ist zumindest bei längeren Messungen eine Erwämung des Chips und damit einhergehend eine Veränderung der Messwerte naheliegend.
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  • FormatC
    Die Kamera nutzt alle paar Sekunden (Interval kann man festlegen) ein Kalibrierungs-Flag. Dadurch bleiben die Messwerte im Rahmen der üblichen Temperaturschwankungen durchaus langzeitstabil. Kühlung gibts nur für Stahlwerke & Co :)
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