Wanneer en door wie de warmtebeeldcamera is uitgevonden

11 Augustus 2022

De wereld waarin we leven is niet perfect. En een man in deze wereld probeert deze voortdurend te verbeteren en zijn plaats daarin te bepalen. Een plek waarvan de top alleen in de virtuele wereld bestaat. Terwijl ze het probleem bestudeerden, gingen wetenschappers eeuwenlang naar de oplossing ervan en toen ze de top hadden bereikt, realiseerden ze zich dat dit slechts een tussenpunt is, geen overwinning. Een man zonder vleugels droomde er altijd van om te vliegen als een vogel. En hij vloog, nadat hij een vliegtuig had ontworpen. Toen hij de lucht in ging, was hij geschokt - het was alleen de voet van Olympus. Per slot van rekening was hij vanuit het vliegtuig dichter bij het dromen over de sterren, en de oceaan vanaf een hoogte was immens en net zo onontgonnen. Dit droeg alleen maar bij aan de wens om vooruit te komen, ook om verder, duidelijker en beter te zien. Zien, als een kat, in het donker en de warmte van iemand anders gebruiken van een levend warmbloedig organisme om een ​​derde, vrijwel echte 'kattenvisie' te ontdekken. Een visie heeft zich geopend en opent een groot aantal nieuwe en onverwachte oplossingen in de ontwikkeling van bijna elk gebied van wetenschappelijke activiteit. Dit is nog maar het begin van een lange en eindeloze reis. Het pad van de studie en implementatie van infrarood, in het gewone spraakgebruik, thermische technologie, begon twee eeuwen geleden. In de wetenschap is er een ingewikkeld-eenvoudige aanduiding voor uitgestraalde thermische energie, gedefinieerd als de 'warmtesignatuur'. In principe is dat omdat zelfs als ijs thermische energie afgeeft naarmate een object evenredig opwarmt, de afgifte van thermische energie in infraroodgolven toeneemt, wat een slang onmiskenbaar kan voelen. Dit is het beste voorbeeld van hoe dit dier, dat het temperatuurverschil van knaagdieren onderscheidt, met succes zijn prooi aanvalt in volledige duisternis. Hoe werkt het?

Wanneer en wie heeft thermische beeldvorming uitgevonden
In het begin van de negentiende eeuw ontdekte astronoom William Herschel, terwijl hij op zoek was naar een oplossing voor het probleem van het verminderen van de helderheid van het beeld van de zon in telescopen, het vrijkomen van een grote hoeveelheid warmte bij het gebruik van een roodfilter. Wanneer gemeten, nam de hitte toe in het donkere gebied voorbij het rode uiteinde van het spectrum. Toen het maximale punt werd vastgesteld, bleek het ver buiten het rode einde van het spectrum te liggen, dat nu bekend staat als het 'infraroodgolfbereik'. Deze ontdekking noemde hij de thermometrische scope. Verder onderzoek toonde aan dat er buiten dit spectrum een ​​onzichtbare vorm van licht bestaat, 'onzichtbare stralen' genaamd, die slechts zeventig jaar later de inmiddels bekende naam 'infrarood' kreeg. Overigens kreeg hij ook de eerste opname van een warmtebeeld op papier, dat hij een thermograaf noemde. Aan het einde van de negentiende eeuw vond de Amerikaanse wetenschapper Langley een apparaat uit - een bolometer, om thermische straling te meten. Het was het prototype van de zeer gevoelige thermometer van vandaag, die infraroodstraling op platen focuste en elektrische stroom meet met een galvanometer. Aan het begin van de twintigste eeuw, in 1934, vond de Hongaarse natuurkundige Tihanyi de elektronische televisiecamera uit die gevoelig is voor infraroodstraling. Dit was het uitgangspunt voor de actieve ontwikkeling van nachtzicht. Sindsdien zijn nachtkijkers onderverdeeld in generaties. De geleidelijke introductie van elke generatie ging gepaard met het vergroten van het waarnemingsbereik, het verbeteren van de beeldkwaliteit en het verminderen van het gewicht en de grootte van apparaten. Het criterium dat de nieuwe generatie definieert, is het belangrijkste onderdeel van het apparaat - de elektro-optische omzetter, waarvan de essentie is om het onzichtbare zichtbaar te maken door de helderheid te verhogen.
Hoe thermische beeldvorming werd geboren
De start werd gegeven door de zogenaamde "nul"-generatie waarbij gebruik werd gemaakt van een optische converter van het Nederlandse bedrijf Philips, genoemd naar een van de ontwikkelaars "Holst's glass". De fotokathode en fosfor werden op hun bodem aangebracht in twee geneste bekers. Door een elektrostatisch veld te creëren, bereikten ze beeldoverdracht. In deze versie functioneerde de apparatuur in feite alleen door de verplichte verlichting van het waarnemingsobject met een infraroodschijnwerper. Hoewel het apparaat indrukwekkend groot was, erg zwaar en met een slechte beeldkwaliteit, begonnen de Britten in 1942 met de massaproductie ervan voor de behoeften van het leger. In vier jaar na het gebruik van deze converter, actieve ontwikkeling en productie van nachtkijkers, verrekijkers, en systemen voor tanks en andere apparatuur begonnen. In de jaren zestig waren er pogingen om detectoren met één element te produceren die lineaire afbeeldingen scanden en creëerden van wat werd gezien. Vanwege de hoge kosten van het project werd dit idee niet gerealiseerd.
Single-cascade apparaten van deze generatie hebben meer nadelen dan pluspunten. In de eerste generatie van het elektro-optische apparaat werd een fragiele glazen vacuümbol met fotokathodegevoeligheid als hoofdelement gebruikt. Dit toestel gaf een helder beeld in het centrum en vervormde alles aan de randen. Met een zijdelingse of frontale bron van helder licht werd het instrument praktisch "blind". 'S Nachts zonder extra infraroodverlichting was het zicht ook bijna nul. In de jaren zestig, met de ontwikkeling van glasvezeltechnologie, werd het mogelijk om de apparaten van de eerste generatie te verbeteren door ze te vervangen door een voorwaardelijke één-plus. Het vlakke glas werd vervangen door een glasvezelplaat, die het mogelijk maakte om beelden met grote helderheid over te brengen, een hoge resolutie door het hele frame te verkrijgen en verblinding te elimineren.
De jaren zeventig werden gekenmerkt door de ontwikkeling van de tweede generatie toestellen. Amerikaanse onderzoekers rustten het apparaat uit met een versterker op basis van een microkanaalplaat, waar de elektronen in een speciale kamer vele malen worden versterkt, waardoor een uitstekend zicht wordt verkregen. Daarom wordt de tweede generatie van het elektro-optische apparaat gewoonlijk een inverterapparaat genoemd.
Er is geen verspreidingskamer in de volgende tweede-plus-generatie, planair genoemd, en het elektron komt rechtstreeks binnen via het elektronen-optische convertorscherm. Het apparaat verloor beeldkwaliteit en tegelijkertijd werd de beeldsnelheid in de infraroodmodus verdubbeld. De innovaties voegden helderheidsregeling en bescherming tegen zij- en frontlicht toe. Deze apparaten behoorden tot professionele apparatuur.
In 1982 begon het aftellen van de derde generatie elektro-optische apparaten, verschillend van ontwerp. Ze gebruikten gallium, dat de infraroodgevoeligheid verschillende keren verhoogde. Apparaten van deze generatie worden erkend als hightech en zijn in de eerste plaats van groot belang voor het militair-industriële complex. Door het ontbreken van een glasvezelplaat moet worden opgemerkt dat de apparaten van de vierde generatie niet zijn beschermd tegen zijdelingse blootstelling aan licht. En de prijs. Het apparaat in deze generatie overtrof alle redelijke toleranties bij het begrijpen van de kostenvorming van de fabrikant.
Waarschijnlijk om de nadelen van het apparaat te compenseren en de kosten te verlagen, is het apparaat van de SUPER two-plus generatie ontwikkeld. De ontwikkelaars waren van plan om de technologische voordelen van alle vorige generaties van de elektron-optische converter in deze apparatuur te combineren. Het resultaat was een zeer gevoelige fotokathode. Zoals specialisten toegeven, is er geen verschil tussen de Super Two Plus en de derde generatie. Behalve de prijs. Qua kosten komt de Super Two Plus overeen met de prijs van een gemiddelde budgetauto.
Eerste toepassingen
Begin 1930 onderzochten Duitse wetenschappers actief de effecten van thermische straling op halfgeleiders. Als gevolg hiervan werden gevoelige stralingsontvangers ontwikkeld, die een essentiële rol speelden bij de ontwikkeling van talloze infraroodsystemen, die tot vierduizend per maand worden geproduceerd, voor de militaire industrie. De meest succesvolle in de jaren dertig waren de Amerikanen, die apparatuur maakten om 's nachts tanks te besturen en nachtzichten voor schepen. In 1930 begon de Britse marine schepen uit te rusten met nachtkijkers op basis van optische beeldconverters, die boten hielpen om in het donker terug te keren naar hun thuisbasis. Met hun hulp vonden boten die terugkeerden na een aanval het basisschip bij de signaallichten. Bijna tegelijkertijd was het Duitse leger uitgerust met infraroodapparatuur om 's nachts tanks te besturen, nachtgeweervizieren en identificatiesystemen voor vliegtuigen. Bijvoorbeeld, 's nachts, bij gebruik van tweehonderd watt koplampen op tanks die waren afgesloten met een infraroodfilter, kon de bestuurder enorme obstakels op bijna tweehonderd meter afstand zien, en het geweervizier werkte effectief tot op honderd meter afstand. Begin jaren zestig ontwikkelde het Zweedse bedrijf AGA een infrarood warmtebeeldcamera voor het leger, waarvan de latere modellen voor infraroodbeeldvorming jarenlang de beste ter wereld waren. Toen de drie grootste infraroodfabrikanten, de Amerikaanse bedrijven FLIR en Inframetrics en het Zweedse AGEMA Infrared Systems, midden jaren negentig fuseerden, begon een nieuwe fase van warmtebeeldvorming. Tegenwoordig is FLIR Systems, een Amerikaans bedrijf, 's werelds grootste fabrikant van commerciële warmtebeeldcamera's voor wetenschappelijk onderzoek, industrie en landbouw, industrie en landbouw, bewaking van objecten in de lucht en nachtzicht.