Când și de către cine a fost inventată camera de termoviziune

August 11, 2022

Lumea în care trăim nu este perfectă. Și un bărbat din această lume încearcă în mod constant să o îmbunătățească și să-și definească locul în ea. Un loc, al cărui vârf există doar în lumea virtuală. Studiind problema, oamenii de știință au mers la soluția ei timp de secole și, după ce au ajuns în vârf, și-au dat seama că acesta este doar un punct intermediar, nu o victorie. Un om fără aripi a visat mereu să zboare ca o pasăre. Și a zburat, proiectând un avion. În timp ce a decolat în aer, a fost îngrozit - era doar poalele Olimpului. La urma urmei, din avion, era mai aproape de a visa la stele, iar oceanul de la înălțime era imens și la fel de neexplorat. Acest lucru a adăugat doar dorința de a merge înainte, inclusiv de a vedea mai departe, mai clar și mai bine. A vedea, ca o pisică, în întuneric și a folosi căldura altcuiva a unui organism viu cu sânge cald pentru a descoperi o a treia „viziune a pisicii”, practic reală. O viziune s-a deschis și deschide o serie de soluții noi și neașteptate în dezvoltarea aproape fiecărui domeniu de activitate științifică. Acesta este doar începutul unei călătorii lungi și fără sfârșit. Calea studiului și implementării tehnologiei termice în infraroșu, în limbaj comun, a început acum două secole. În știință, există o desemnare complicat-simplu pentru energia termică radiată, definită ca „semnătura de căldură”. În principiu, se datorează faptului că, chiar dacă gheața emite energie termică pe măsură ce un obiect se încălzește proporțional, eliberarea de energie termică în undele infraroșii crește, ceea ce un șarpe o poate simți în mod inconfundabil. Acesta este cel mai bun exemplu al modului în care acest animal, discernând diferența de temperatură a rozătoarelor, își atacă cu succes prada în întuneric complet. Cum functioneazã?

Când și cine a inventat termoviziune
La începutul secolului al XIX-lea, astronomul William Herschel, în timp ce căuta o soluție la problema reducerii luminozității imaginii soarelui în telescoape, a descoperit degajarea unei cantități mari de căldură atunci când folosea un filtru roșu. Când a fost măsurată, căldura a crescut în regiunea întunecată dincolo de capătul roșu al spectrului. Când a fost stabilit punctul de maxim, s-a descoperit că se află cu mult dincolo de capătul roșu al spectrului, cunoscut acum sub numele de „gamă de unde infraroșii”. Această descoperire a numit-o lunetă termometrică. Cercetările ulterioare au arătat că dincolo de acest spectru, există o formă invizibilă de lumină, numită „raze invizibile”, care doar șaptezeci de ani mai târziu a primit numele acum cunoscut de „infraroșu”. De altfel, a obținut și prima înregistrare a unei imagini termice pe hârtie, pe care a numit-o termograf. La sfârșitul secolului al XIX-lea, omul de știință american Langley, a inventat un dispozitiv - un bolometru, pentru a măsura radiația termică. Era prototipul termometrului foarte sensibil de astăzi, care focaliza radiația infraroșie pe plăci și măsura curentul electric cu un galvanometru. La începutul secolului al XX-lea, în 1934, fizicianul ungur Tihanyi a inventat camera electronică de televiziune sensibilă la radiațiile infraroșii. Acesta a fost punctul de plecare pentru dezvoltarea activă a vederii nocturne. De atunci, dispozitivele de vedere pe timp de noapte au fost împărțite în generații. Introducerea treptată a fiecărei generații a fost asociată cu creșterea intervalului de observație, îmbunătățirea calității imaginii și reducerea greutății și dimensiunii dispozitivelor. Criteriul care definește noua generație este componenta principală a dispozitivului - convertorul electro-optic, a cărui esență este de a face vizibil invizibilul prin creșterea luminozității.
Cum s-a născut termoimagistica
Începutul a fost dat de așa-numita generație „zero” unde a fost folosit un convertor optic de la compania olandeză Philips, numit după unul dintre dezvoltatori „Sticlă Holst”. Fotocatodul și fosforul au fost aplicate pe fundul lor în două pahare de pahare. Prin crearea unui câmp electrostatic, au realizat transferul imaginii. De fapt, în această versiune, echipamentul funcționa numai prin iluminarea obligatorie a obiectului de observație cu un spot cu infraroșu. Chiar dacă dispozitivul era impresionant ca dimensiuni, foarte greu și cu o calitate slabă a imaginii, britanicii au început producția în masă a acestuia pentru nevoile armatei în 1942. În patru ani de utilizare a acestui convertor, dezvoltarea activă și producția de vizor de noapte, binoclu, și au început sistemele pentru tancuri și alte echipamente. În anii șaizeci, au existat încercări de a produce detectoare cu un singur element care scanează și creau imagini liniare ale ceea ce se vedea. Din cauza costului ridicat al proiectului, această idee nu a fost realizată.
Dispozitivele cu o singură cascadă din această generație au mai multe dezavantaje decât plusuri. În prima generație a dispozitivului electro-optic, a fost folosit ca element principal un bec de vid din sticlă fragilă cu sensibilitate fotocatodică. Acest dispozitiv a oferit o imagine clară în centru și a distorsionat totul la margini. Cu o sursă laterală sau frontală de lumină puternică, instrumentul a devenit practic „orb”. Noaptea, fără iluminare suplimentară în infraroșu, vizibilitatea era, de asemenea, aproape zero. În anii șaizeci, odată cu dezvoltarea tehnologiei cu fibră optică, a devenit posibilă îmbunătățirea dispozitivelor din prima generație, înlocuindu-le cu un plus condiționat. Sticla plată a fost înlocuită cu o placă cu fibră optică, care a făcut posibilă transmiterea imaginilor cu o claritate deosebită, obținerea unei rezoluții ridicate pe tot cadrul și eliminarea strălucirii.
Anii șaptezeci au fost marcați de dezvoltarea celei de-a doua generații de dispozitive. Cercetătorii americani au echipat dispozitivul cu un amplificator bazat pe o placă cu microcanal, unde electronii dintr-o cameră specială sunt amplificați de multe ori, obținându-se o viziune excelentă. Din această cauză, a doua generație a dispozitivului electro-optic este denumită în mod obișnuit dispozitiv invertor.
Nu există o cameră de dispersie în următoarea generație de secunde plus, numită plană, iar electronul intră direct prin ecranul convertorului electron-optic. Dispozitivul a pierdut calitatea imaginii și, în același timp, rata imaginii în modul infraroșu a fost dublată. Inovațiile au adăugat controlul luminozității și protecție împotriva luminii laterale și frontale. Aceste dispozitive aparțineau echipamentelor profesionale.
În 1982 a început numărătoarea inversă a celei de-a treia generații de dispozitive electro-optice, diferite ca design. Au folosit galiu, care a crescut sensibilitatea la infraroșu de câteva ori. Dispozitivele acestei generații sunt recunoscute ca high-tech și prezintă un mare interes, în primul rând, pentru complexul militar-industrial. Din cauza absenței unei plăci cu fibră optică, trebuie remarcat faptul că dispozitivele din a patra generație nu sunt protejate de expunerea laterală la lumină. Și prețul. Dispozitivul din această generație a depășit toate toleranțele rezonabile în înțelegerea formării costurilor producătorului.
Probabil pentru a compensa dezavantajele dispozitivului și pentru a reduce costul, a fost dezvoltat dispozitivul de generație SUPER two-plus. Dezvoltatorii au planificat să combine avantajele tehnologice ale tuturor generațiilor anterioare ale convertorului electron-optic în acest echipament. Rezultatul a fost un fotocatod foarte sensibil. După cum recunosc specialiștii, nu există nicio diferență între Super Two Plus și a treia generație. Cu excepția prețului. Din punct de vedere al costului, Super Two Plus corespunde prețului unei mașini de buget mediu.
Primele aplicații
La începutul anului 1930, oamenii de știință germani au investigat în mod activ efectele radiațiilor termice asupra semiconductorilor. Drept urmare, au fost dezvoltate receptoare sensibile de radiații, care au jucat un rol esențial în dezvoltarea a numeroase sisteme în infraroșu, produse până la patru mii în fiecare lună, pentru industria militară. Cei mai de succes în anii 1930 au fost americanii, care au creat echipamente pentru conducerea tancurilor pe timp de noapte și obiective de noapte pentru nave. În 1941, marina britanică a început să echipeze navele cu dispozitive de vedere pe timp de noapte bazate pe convertoare optice de imagine, care au ajutat bărcile să se întoarcă la baza lor în întuneric. Cu ajutorul lor, bărcile care se întorceau după un atac au găsit nava bază lângă luminile de semnalizare. Aproape în același timp, armata germană a fost echipată cu echipamente cu infraroșu pentru conducerea tancurilor pe timp de noapte, vizor de noapte pentru puști și sisteme de identificare a aeronavelor. De exemplu, noaptea, când folosea faruri de două sute de wați pe rezervoare închise cu un filtru infraroșu, șoferul putea vedea obstacole enorme la aproape două sute de metri distanță, iar vizorul puștii funcționa eficient până la o sută de metri. La începutul anilor șaizeci, compania suedeză AGA a dezvoltat un aparat de termoviziune în infraroșu pentru armată, ale cărui modele ulterioare pentru imagistica în infraroșu au fost timp de mulți ani cele mai bune din lume. Când cei trei mari producători de infraroșu, companiile americane FLIR și Inframetrics și suedez AGEMA Infrared Systems, au fuzionat la mijlocul anilor XNUMX, a început o nouă fază a imaginilor termice. Astăzi, FLIR Systems, o companie americană, este cel mai mare producător din lume de camere termice comerciale pentru cercetare științifică, industrie și agricultură, industrie și agricultură, monitorizarea obiectelor în aer și viziunea pe timp de noapte.