Kiedy i przez kogo wynaleziono kamerę termowizyjną?

11 sierpnia 2022 r.

 

Kiedy i przez kogo wynaleziono kamerę termowizyjną - 11 sierpnia 2022 r.

Świat, w którym żyjemy, nie jest doskonały. A człowiek na tym świecie nieustannie stara się go ulepszać i określać w nim swoje miejsce. Miejsce, którego szczyt istnieje tylko w wirtualnym świecie. Badając problem, naukowcy od wieków szukali rozwiązania i po osiągnięciu szczytu zdali sobie sprawę, że jest to tylko punkt pośredni, a nie zwycięstwo. Człowiek bez skrzydeł zawsze marzył o lataniu jak ptak. I poleciał, zaprojektował samolot. Gdy wzbił się w powietrze, był przerażony - to tylko stopa Olimpu. Przecież z samolotu bliższy był mu sen o gwiazdach, a ocean z wysokości był ogromny i równie niezbadany. To tylko zwiększyło chęć pójścia naprzód, w tym zobaczenia dalej, wyraźniej i lepiej. Widząc jak kot w ciemności i wykorzystując cudze ciepło żywego ciepłokrwistego organizmu, aby odkryć trzecią, praktycznie prawdziwą „kocią wizję”. Otworzyła się wizja i otwiera szereg nowych i nieoczekiwanych rozwiązań w rozwoju niemal każdej dziedziny działalności naukowej. To dopiero początek długiej i niekończącej się podróży. Ścieżka badań i wdrażania podczerwieni, w języku potocznym, techniki cieplnej rozpoczęła się dwa wieki temu. W nauce istnieje skomplikowane i proste oznaczenie wypromieniowanej energii cieplnej, określane jako „podpis cieplny”. W zasadzie dzieje się tak, ponieważ nawet jeśli lód emituje energię cieplną, gdy obiekt nagrzewa się proporcjonalnie, uwalnianie energii cieplnej w falach podczerwonych wzrasta, co wąż może bezbłędnie wyczuć. To najlepszy przykład tego, jak to zwierzę, dostrzegając różnicę temperatur u gryzoni, skutecznie atakuje swoją ofiarę w całkowitej ciemności. Jak to działa?

Kiedy i kto wynalazł termowizję?
Na początku XIX wieku astronom William Herschel, szukając rozwiązania problemu zmniejszenia jasności obrazu Słońca w teleskopach, odkrył wydzielanie się dużej ilości ciepła podczas stosowania czerwonego filtra. Podczas pomiaru ciepło wzrosło w ciemnym obszarze poza czerwonym końcem widma. Kiedy ustalono punkt maksimum, okazało się, że znajduje się on daleko poza czerwonym końcem widma, znanym obecnie jako „zakres fal podczerwonych”. Odkrycie to nazwał zakresem termometrycznym. Dalsze badania wykazały, że poza tym widmem istnieje niewidzialna forma światła, zwana „niewidzialnymi promieniami”, która zaledwie siedemdziesiąt lat później otrzymała znaną już nazwę „podczerwień”. Nawiasem mówiąc, uzyskał też pierwszy zapis obrazu termicznego na papierze, który nazwał termografem. Pod koniec XIX wieku amerykański naukowiec Langley wynalazł urządzenie - bolometr do pomiaru promieniowania cieplnego. Był to prototyp dzisiejszego bardzo czułego termometru, który skupiał promieniowanie podczerwone na płytkach i mierzył prąd elektryczny za pomocą galwanometru. Na początku XX wieku, w 1934 roku, węgierski fizyk Tihanyi wynalazł elektroniczną kamerę telewizyjną czułą na promieniowanie podczerwone. To był punkt wyjścia do aktywnego rozwoju noktowizji. Od tego czasu noktowizory zostały podzielone na pokolenia. Stopniowe wprowadzanie każdej generacji wiązało się ze zwiększeniem zakresu obserwacji, poprawą jakości obrazu oraz zmniejszeniem wagi i rozmiarów urządzeń. Kryterium definiującym nową generację jest główny komponent urządzenia - przetwornik elektrooptyczny, którego istotą jest uwidocznienie niewidzialnego poprzez zwiększenie jasności.
Jak narodziła się termowizja
Start dała tak zwana generacja „zero”, w której zastosowano przetwornik optyczny holenderskiej firmy Philips, nazwany na cześć jednego z twórców „szkło Holsta”. Fotokatodę i luminofor nałożono na ich dno w dwóch zagnieżdżonych zlewkach. Tworząc pole elektrostatyczne, osiągnęli transfer obrazu. W rzeczywistości w tej wersji sprzęt funkcjonował wyłącznie na obowiązkowym oświetleniu obiektu obserwacji reflektorem podczerwonym. Mimo że urządzenie było imponujące rozmiarami, bardzo ciężkie i kiepskiej jakości obrazu, Brytyjczycy rozpoczęli jego masową produkcję na potrzeby armii w 1942 roku. W ciągu czterech lat użytkowania tego przetwornika, aktywny rozwój i produkcja celowników nocnych, lornetek rozpoczęto budowę systemów dla czołgów i innego sprzętu. W latach sześćdziesiątych podjęto próby wyprodukowania detektorów jednoelementowych, które skanowałyby i tworzyły liniowe obrazy tego, co było widziane. Ze względu na wysoki koszt projektu pomysł ten nie został zrealizowany.
Urządzenia jednokaskadowe tej generacji mają więcej wad niż plusów. W pierwszej generacji urządzenia elektrooptycznego jako główny element zastosowano kruchą szklaną żarówkę próżniową o czułości fotokatody. To urządzenie dawało wyraźny obraz w centrum i zniekształcało wszystko na krawędziach. Przy bocznym lub przednim źródle jasnego światła instrument praktycznie stał się „ślepy”. W nocy bez dodatkowego oświetlenia podczerwienią widoczność również była prawie zerowa. W latach sześćdziesiątych, wraz z rozwojem technologii światłowodowej, stało się możliwe udoskonalenie urządzeń pierwszej generacji, zastępując je warunkowym plusem. Płaskie szkło zastąpiono płytą światłowodową, która umożliwiła przesyłanie obrazów z dużą przejrzystością, uzyskanie wysokiej rozdzielczości w całym kadrze oraz wyeliminowanie olśnienia.
Lata siedemdziesiąte to rozwój drugiej generacji urządzeń. Amerykańscy naukowcy wyposażyli urządzenie we wzmacniacz oparty na płytce mikrokanałowej, gdzie elektrony w specjalnej komorze są wielokrotnie wzmacniane, uzyskując doskonałe widzenie. Z tego powodu druga generacja urządzenia elektrooptycznego jest powszechnie określana jako urządzenie inwerterowe.
W następnej generacji drugiej plus, zwanej planarną, nie ma komory dyspersyjnej, a elektron wchodzi bezpośrednio przez ekran konwertera elektronowo-optycznego. Urządzenie straciło jakość obrazu, a jednocześnie podwojono szybkość obrazu w podczerwieni. Innowacje dodały kontrolę jasności i ochronę przed bocznym i przednim światłem. Urządzenia te należały do ​​profesjonalnego sprzętu.
W 1982 roku rozpoczęło się odliczanie trzeciej generacji urządzeń elektrooptycznych, różniących się konstrukcją. Użyli galu, który kilkakrotnie zwiększał czułość na podczerwień. Urządzenia tej generacji są uznawane za zaawansowane technologicznie i budzą duże zainteresowanie przede wszystkim w kompleksie wojskowo-przemysłowym. Ze względu na brak płytki światłowodowej należy zauważyć, że urządzenia czwartej generacji nie są chronione przed bocznym naświetleniem. I cena. Urządzenie tej generacji przekroczyło wszelkie rozsądne tolerancje w zrozumieniu kształtowania się kosztów przez producenta.
Zapewne w celu skompensowania wad urządzenia i obniżenia kosztów opracowano urządzenie generacji SUPER two-plus. Twórcy planowali połączyć w tym sprzęcie zalety technologiczne wszystkich poprzednich generacji przetwornika elektronowo-optycznego. Rezultatem była bardzo czuła fotokatoda. Jak przyznają specjaliści, nie ma różnicy między Super Two Plus a trzecią generacją. Z wyjątkiem ceny. Pod względem kosztów Super Two Plus odpowiada cenie przeciętnego samochodu budżetowego.
Pierwsze aplikacje
Na początku 1930 r. niemieccy naukowcy aktywnie badali wpływ promieniowania cieplnego na półprzewodniki. W rezultacie opracowano czułe odbiorniki promieniowania, które odegrały zasadniczą rolę w rozwoju wielu systemów podczerwieni, produkowanych do czterech tysięcy miesięcznie dla przemysłu wojskowego. Największy sukces w latach 1930. odnieśli Amerykanie, którzy stworzyli sprzęt do prowadzenia czołgów w nocy oraz celowniki nocne dla statków. W 1941 roku brytyjska marynarka wojenna zaczęła wyposażać okręty w noktowizory oparte na optycznych przetwornikach obrazu, które pomagały łodziom w powrocie do macierzystej bazy w ciemności. Z ich pomocą łodzie powracające po ataku znalazły statek bazowy przy jego światłach sygnalizacyjnych. Niemal w tym samym czasie armia niemiecka została wyposażona w urządzenia na podczerwień do kierowania czołgami w nocy, celowniki nocne i systemy identyfikacji samolotów. Na przykład, w nocy, używając dwustuwatowych reflektorów na zbiornikach zamkniętych filtrem podczerwieni, kierowca mógł zobaczyć ogromne przeszkody z odległości prawie dwustu metrów, a celownik karabinowy działał skutecznie do stu metrów. Na początku lat sześćdziesiątych szwedzka firma AGA opracowała dla wojska kamerę termowizyjną na podczerwień, której kolejne modele do obrazowania w podczerwieni były przez wiele lat najlepszymi na świecie. Kiedy w połowie lat dziewięćdziesiątych połączyli się trzej najwięksi producenci podczerwieni, amerykańskie firmy FLIR i Inframetrics oraz szwedzka AGEMA Infrared Systems, rozpoczęła się nowa faza obrazowania termicznego. Dziś amerykańska firma FLIR Systems jest największym na świecie producentem komercyjnych kamer termowizyjnych dla badań naukowych, przemysłu i rolnictwa, przemysłu i rolnictwa, monitoringu obiektów powietrznych oraz noktowizora.

Używamy plików cookie, aby ułatwić korzystanie z naszej strony internetowej. Korzystając ze strony wyrażasz zgodę na używanie plików cookie.
Dowiedz się więcej o ustawieniach plików cookie Polityką prywatności Zrozumiany