Ljetopis toplinske slike (1. dio)

Ljetopis toplinske slike (1. dio)
Ljetopis toplinske slike (1. dio)

Video: Ljetopis toplinske slike (1. dio)

Video: Ljetopis toplinske slike (1. dio)
Video: Моя работа наблюдать за лесом и здесь происходит что-то странное 2024, Maj
Anonim

Kao i obično, korijeni svih važnih stvari na ovaj ili onaj način sežu u staru Grčku - termičko snimanje u ovoj situaciji nije iznimka. Titus Lucretius Carus prvi je predložio da postoje neke "toplotne" zrake nevidljive ljudskom oku, ali stvar nije otišla dalje od spekulativnih zaključaka. Prisjetili su se toplinskog zračenja u doba razvoja parne tehnologije, a među prvima su bili švedski kemičar Karl Scheele i njemački fizičar Johann Lambert. Prvi u svom djelu "Hemijska rasprava o zraku i vatri" zaslužio je toplinu čitavog poglavlja - ovaj događaj se dogodio 1777. godine i postao je prethodnik knjige "Pirometrija", koju je Lambert napisao dvije godine kasnije. Naučnici su otkrili pravo širenje toplotnih zraka i utvrdili su, možda, najvažniju stvar - njihov intenzitet opada s kvadratom udaljenosti. Ali najupečatljivije iskustvo s toplinom doživio je Marc Auguste Pictet 1790. godine, kada je postavio dva udubljena ogledala jedno nasuprot drugom, a u fokus jednog postavio je zagrijanu kuglu. Mjerenjem temperatura ogledala, Pictet je otkrio nešto iznenađujuće za to doba - ogledalo se pokazalo toplijim, u čijem je fokusu bila vruća kugla. Naučnik je otišao dalje i promijenio zagrijano tijelo u grudvu snijega - situacija se pokazala baš suprotna. Tako je otkriven fenomen refleksije toplotnog zračenja i pojam "zrake hladnoće" zauvijek je ostao u prošlosti.

Image
Image

Sljedeća značajna osoba u istoriji termalnog snimanja bio je otkrivač Urana i njegovih satelita, engleski astronom William Herschel. Naučnik je 1800. godine otkrio postojanje nevidljivih zraka, "s najvećom toplotnom snagom", koje se nalaze izvan vidljivog spektra. U tome je uspio uz pomoć staklene prizme koja razlaže svjetlost na njene komponente i termometra koji je zabilježio maksimalnu temperaturu desno od vidljivog crvenog svjetla. Kao sljedbenik Newtonovog korpuskularnog učenja, Herschel je čvrsto vjerovao u identitet svjetlosti i ozarene toplote, međutim, nakon eksperimenata sa lomom nevidljivih infracrvenih zraka, njegova vjera je bila prilično poljuljana. Ali u svakoj priči, to nije potpuno bez autoritativnih, pametnih ljudi iz nauke, koji kvare sliku svojim lažnim nagađanjima. Ovu ulogu odigrao je fizičar John Leslie iz Edinburga, koji je proglasio postojanje zagrijanog zraka, koji su, u stvari, sami "mitski toplotni zraci". Nije bio lijen ponoviti Herschelov eksperiment, izumio za to poseban diferencijalni živin termometar, koji je zabilježio maksimalnu temperaturu samo u zoni vidljivog crvenog spektra. Herschel je proglašen gotovo šarlatanom, ukazujući na nedovoljnu pripremljenost eksperimenata i lažnost zaključaka.

Međutim, vrijeme je sudilo drugačije - do 1830. brojni eksperimenti vodećih svjetskih naučnika dokazali su postojanje "Heršelovih zraka", koje je Becquerel nazvao infracrvenim. Proučavanje različitih tijela o sposobnosti da prenose (ili ne prenose) takvo zračenje dovelo je naučnike do spoznaje da tečnost koja ispunjava očnu jabučicu apsorbuje infracrveni spektar. Općenito, upravo je takva greška prirode stvorila potrebu za izumom termovizora. No, u 19. stoljeću naučnici su saznali samo prirodu prijenosnika topline i nevidljivog zračenja, ulazeći u sve nijanse. Pokazalo se da različiti izvori topline - vrući čajnik, vrući čelik, alkoholna lampa - imaju različit kvalitativni sastav "infracrvene pite". To je eksperimentalno dokazao Talijan Macedonio Melloni uz pomoć jednog od prvih uređaja za snimanje topline-termo-stupca od bizmut-antimona (termomultiplikator). Interferencija infracrvenog zračenja omogućila je rješavanje ovog fenomena - 1847. godine, uz njegovu pomoć, prvi put je standardiziran spektar s valnom duljinom do 1,94 mikrona.

Ljetopis toplinske slike (1. dio)
Ljetopis toplinske slike (1. dio)

1881. godine eksperimentalnoj fizici u pomoć je došao bolometar - jedan od prvih uređaja za fiksiranje energije zračenja. Ovo čudo izumio je švedski matematičar i fizičar Adolf-Ferdinand Svanberg, instalirajući izuzetno tanku pocrnjelu ploču na putu infracrvenog zračenja, sposobnu promijeniti njezinu električnu vodljivost pod utjecajem topline. Takav detektor zračenja omogućio je postizanje najveće moguće valne duljine u to vrijeme do 5,3 mikrona, a do 1923. godine 420 mikrona je već bilo otkriveno u zračenju malog električnog oscilatora. Početak 20. stoljeća obilježen je pojavom mase ideja koje se tiču praktične implementacije teorijskih pretraživanja prethodnih decenija. Tako se pojavljuje fotootpornik od talijevog sulfida, obrađen kisikom (talij oksisulfid), sposoban promijeniti svoju električnu vodljivost pod utjecajem infracrvenih zraka. Njemački inženjeri su na njihovoj osnovi stvorili prijemnike tallofida, koji su postali pouzdano sredstvo komunikacije na bojnom polju. Do 1942. Wehrmacht je uspio zadržati svoj sistem u tajnosti, sposoban za rad na udaljenosti do 8 km, sve dok nije probijen u El Alameinu. Evaporografi su prvi pravi termovizijski sistemi koji su dobili manje ili više zadovoljavajuće termograme.

Image
Image

Uređaj je sljedeći: tanka membrana sa prezasićenim parama alkohola, kamfora ili naftalena nalazi se u komori, a unutrašnja temperatura je takva da je brzina isparavanja tvari jednaka brzini kondenzacije. Ovu toplinsku ravnotežu narušava optički sustav, koji fokusira toplinsku sliku na membranu, što dovodi do ubrzanja isparavanja u najtoplijim područjima - kao rezultat, nastaje toplinska slika. Beskonačne desetine sekundi u evaporografu potrošene su na stvaranje slike, čiji je kontrast ostavljao mnogo želje, buka je ponekad zasjenjivala sve, a o visokokvalitetnom prijenosu pokretnih objekata nije bilo ničega. Uprkos dobroj rezoluciji od 10 stepeni Celzijusa, kombinacija nedostataka nije ostavila evaporografu mjesto u masovnoj proizvodnji. Međutim, u SSSR-u se pojavio mali uređaj EV-84, u Njemačkoj-EVA, a eksperimentalna pretraživanja provedena su u Cambridgeu. Inženjeri su od 1930 -ih pažnju privlačili poluvodiči i njihov poseban odnos s infracrvenim spektrom. Ovdje su uzde moći prešle na vojsku, pod čijim se vodstvom pojavili prvi rashlađeni fotootpornici na bazi olovnog sulfida. Potvrđena je ideja da što je niža temperatura prijemnika, to je veća njegova osjetljivost, a kristali u termovizijskim slikama počeli su se zamrzavati čvrstim ugljikovim dioksidom i tekućim zrakom. I već prilično visoka tehnologija za one prijeratne godine, razvijena na Univerzitetu u Pragu, tehnologija prskanja osjetljivog sloja u vakuumu. Od 1934. godine, elektrooptički pretvarač nulte generacije, poznatiji kao "Holstovo staklo", postao je predak mnogih korisnih tehnologija-od uređaja za noćnu vožnju tenkova do pojedinačnih snajperskih nišana.

Image
Image

Noćni vid dobio je važno mjesto u mornarici - brodovi su stekli sposobnost plovidbe u potpunom mraku u obalnoj zoni, održavajući način zamračenja. 1942. godine iskustvo flote u području noćne plovidbe i komunikacije posudilo je zrakoplovstvo. Općenito, Britanci su prvi otkrili avion na noćnom nebu po njegovom infracrvenom potpisu 1937. Udaljenost je, naravno, bila skromna - oko 500 metara, ali za to vrijeme to je bio nesumnjiv uspjeh. Najbliži termovizoru u klasičnom smislu došao je 1942. godine, kada je dobijen supravodljivi bolometar na bazi tantala i antimona sa hlađenjem u tečnom helijumu. Njemački toplotni usmjerivači "Donau-60" na njegovoj osnovi omogućili su prepoznavanje velikih morskih plovila na udaljenosti do 30 km. Četrdesete su postale svojevrsno raskršće za tehnologiju termovizijskog snimanja - jedan put je vodio do sistema sličnih televiziji, s mehaničkim skeniranjem, a drugi do infracrvenih vidona bez skeniranja.

Povijest domaće vojne termovizijske opreme datira od kasnih 1960-ih, kada su započeli radovi u Novosibirskoj tvornici instrumenata u okviru istraživačkih projekata "Večer" i "Večer-2". Teoretski dio nadgledao je vodeći istraživački institut primijenjene fizike u Moskvi. Serijski termovizor tada nije radio, ali je razvoj korišten u istraživačkom radu "Lena", čiji je rezultat bio prvi termovizor za izviđanje 1PN59, opremljen fotodetektorom "Lena FN". 50 fotoosjetljivih elemenata (svaki veličine 100x100 mikrona) postavljeno je u jedan red sa korakom od 130 mikrona i osiguralo je rad uređaja u spektralnom rasponu MWIR (srednje talasni infracrveni) od 3-5 mikrona sa rasponom prepoznavanja cilja do 2000 m visokog pritiska ušao je u mikro izmjenjivač topline fotodetektora, ohladio ga na -194, 5OS i vratio u kompresor. Ovo je karakteristika uređaja prve generacije - potrebna je visoka osjetljivost na niske temperature. A niske temperature su pak zahtijevale velike dimenzije i impresivnu potrošnju energije od 600 vata.

Instaliran 1PN59 na domaće izviđačko vozilo PRP-4 "Nard", koristeći bazu BMP-1.

Image
Image

Do 1982. godine, domaći inženjeri odlučili su prebaciti radni spektralni raspon termovizijskih uređaja na 8-14 mikrona (dugotalasna LWIR-Long Wave Infracrvena) zbog boljeg "protoka" atmosfere toplotnog zračenja u ovom segmentu. Proizvod pod indeksom 1PN71 rezultat je sličnog dizajnerskog rada u smjeru "Priručnika-2", koji ima fotodetektor kadmij-živin telurid (CdHgTe ili MCT) kao "svevideće oko".

Image
Image

Ovaj osjetljivi element nazvan je "Weightlessness-64" i imao je … ispravno, 64 MCT kristala dimenzija 50x50 sa korakom od 100 mikrona. Bilo je potrebno još više zamrznuti "Zero Gravity" - do -196, 50C, ali su se težina i dimenzije proizvoda značajno smanjile. Sve je to omogućilo postizanje dalekovidnosti 1PN71 od 3000 metara i značajno poboljšanje slike pred korisnikom. Termovizor je instaliran na artiljerijskoj mobilnoj izviđačkoj stanici PRP-4M "Deuteriy", koja je, osim uređaja 1PN71, naoružana i pulsnim uređajem za noćno osmatranje, radarom i laserskim daljinomerom. Retka vrsta u ruskoj vojsci-BRM-3 "Lynx" takođe je opremljena termovizijskim uređajem za izviđanje Novosibirske instrumentarije. Termovizor 1PN126 "Argus-AT", koji je 2005. razvio Centralni dizajnerski biro Tochpribor i opremljen mikroskopskim osjetljivim elementima dimenzija 30x30 mikrona iz provjerenog CdHgTe, pozvan je da promijeni ovu tehniku u trupama. Pravi vrhunac 126. termalne kamere je rotirajuća oktaedarska germanijeva prizma koja je prozirna za infracrveno zračenje. Ovaj skener generira dva kadra u jednom okretu na fotodetektoru u načinu snimanja toplinskog potpisa promatranog objekta. Za usporedbu - u 1PN71 ovu je ulogu igralo ravno ogledalo - u Sovjetskom Savezu nije bilo jeftinih tehnologija za proizvodnju germanijevih naočala. Za novi domaći termovizor pripremljena je izviđačka platforma prednje ivice PRP-4A, ili, kako se često naziva, "svevideće oko boga rata". Preplavljen brojnim lećama optičkih izviđača, stroj je vrlo sličan starogrčkom višeokom divu, po kojem je i dobio ime.

Preporučuje se: