Toplinska kronika (1. dio)

Toplinska kronika (1. dio)
Toplinska kronika (1. dio)

Video: Toplinska kronika (1. dio)

Video: Toplinska kronika (1. dio)
Video: Mortal Kombat - Почему Кроника ХУДШИЙ босс в серии? 2024, Svibanj
Anonim

Kao i obično, korijeni svih važnih stvari na ovaj ili onaj način sežu u staru Grčku - toplinsko snimanje u ovoj situaciji nije iznimka. Titus Lucretius Carus prvi je sugerirao da postoje neke "toplinske" 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 "Kemijska rasprava o zraku i vatri" zaslužio je toplinu cijelog poglavlja - ovaj se događaj dogodio 1777. godine i postao prethodnik knjige "Pirometrija", koju je Lambert napisao dvije godine kasnije. Znanstvenici su otkrili pravocrtno širenje toplinskih zraka i utvrdili su, možda, najvažniju stvar - njihov intenzitet opada s kvadratom udaljenosti. No najupečatljivije iskustvo s toplinom doživio je Marc Auguste Pictet 1790. godine, kada je postavio dva udubljena ogledala jedno nasuprot drugome, 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. Znanstvenik je otišao dalje i zagrijano tijelo promijenio u grudvu snijega - situacija se pokazala upravo suprotna. Tako je otkriven fenomen refleksije toplinskog zračenja i pojam "zrake hladnoće" zauvijek je ostao u prošlosti.

Slika
Slika

Sljedeća značajna osoba u povijesti termalnog snimanja bio je otkrivač Urana i njegovih satelita, engleski astronom William Herschel. Znanstvenik je 1800. godine otkrio postojanje nevidljivih zraka, "s najvećom toplinskom snagom", koje se nalaze izvan vidljivog spektra. U tome je uspio uz pomoć staklene prizme koja razlaže svjetlost na njezine sastavne dijelove i termometra koji je zabilježio maksimalnu temperaturu desno od vidljivog crvenog svjetla. Kao sljedbenik Newtonovog korpuskularnog učenja, Herschel je čvrsto vjerovao u identitet svjetla i zračeće topline, međutim, nakon pokusa s lomom nevidljivih infracrvenih zraka, njegova je vjera bila prilično poljuljana. No, u svakoj priči nije potpuna bez mjerodavnih, pametnih ljudi iz znanosti, koji kvariju sliku svojim lažnim nagađanjima. Tu je ulogu odigrao fizičar John Leslie iz Edinburga, koji je proglasio postojanje zagrijanog zraka, što su, zapravo, same "mitske toplinske zrake". Nije bio lijen ponoviti Herschelov pokus, izumio za to poseban diferencijalni živin termometar, koji je bilježio maksimalnu temperaturu samo u zoni vidljivog crvenog spektra. Herschel je proglašen gotovo šarlatanom, ukazujući na nedovoljnu pripremljenost pokusa i lažnost zaključaka.

Međutim, vrijeme je sudilo drugačije - do 1830. brojni pokusi vodećih svjetskih znanstvenika dokazali su postojanje "Herschelovih zraka", koje je Becquerel nazvao infracrvenim. Proučavanje sposobnosti različitih tijela da prenose (ili ne prenose) takvo zračenje dovelo je znanstvenike do spoznaje da tekućina koja ispunjava očnu jabučicu apsorbira infracrveni spektar. Općenito, upravo je takva greška prirode stvorila potrebu za izumom termovizora. No, u 19. stoljeću znanstvenici 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 drugačiji 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 najprije je standardiziran spektar valne duljine do 1,94 mikrona.

Toplinska kronika (1. dio)
Toplinska kronika (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 dosezanje najveće moguće valne duljine u to vrijeme do 5,3 mikrona, a do 1923. godine u zračenju malog električnog oscilatora već je otkriveno 420 mikrona. Početak 20. stoljeća obilježen je pojavom mase ideja o praktičnoj provedbi teorijskih pretraživanja prethodnih desetljeća. Tako se pojavljuje fotootpornik talij sulfida, obrađen kisikom (talij oksisulfid), sposoban promijeniti svoju električnu vodljivost pod utjecajem infracrvenih zraka. Njemački inženjeri su na temelju njih stvorili prijemnike tallofida, koji su postali pouzdano sredstvo komunikacije na bojnom polju. Do 1942. Wehrmacht je uspio zadržati svoj sustav u tajnosti, sposoban za rad na udaljenosti do 8 km, sve dok nije probijen u El Alameinu. Evaporografi su prvi pravi termovizijski sustavi koji su dobili manje -više zadovoljavajuće termograme.

Slika
Slika

Uređaj je sljedeći: tanka membrana sa prezasićenim parama alkohola, kamfora ili naftalena nalazi se u komori, a temperatura unutra 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. Beskonačni deseci sekundi u evaporografu potrošeni su na stvaranje slike, čiji je kontrast ostavio mnogo željenog, šum je ponekad zasjenjivao sve, a o visokokvalitetnom prijenosu pokretnih objekata nije bilo ništa za reći. Unatoč dobroj razlučivosti od 10 stupnjeva 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. Od 1930 -ih pozornost inženjera privlači poluvodiče i njihov poseban odnos s infracrvenim spektrom. Ovdje su uzde moći prešle na vojsku, pod čijim se vodstvom pojavili prvi ohlađeni 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 Sveučilištu 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.

Slika
Slika

Noćni vid dobio je važno mjesto u mornarici - brodovi su stekli sposobnost plovidbe u potpunom mraku u obalnom području, održavajući način rada zamračenja. Godine 1942. zrakoplovstvo je posudilo iskustvo flote na području noćne plovidbe i komunikacije. Općenito, Britanci su prvi otkrili zrakoplov na noćnom nebu po njegovom infracrvenom potpisu 1937. godine. Udaljenost je, naravno, bila skromna - oko 500 metara, ali za to vrijeme to je bio nedvojbeni uspjeh. Najbliže toplinskoj kameri u klasičnom smislu došlo je 1942. godine, kada je dobiven supravodljivi bolometar na bazi tantala i antimona s hlađenjem u tekućem heliju. Njemački tražilici smjera topline "Donau-60" na njegovoj osnovi omogućili su prepoznavanje velikih morskih plovila na udaljenosti do 30 km. Četrdesete su postale svojevrsno raskrižje tehnologije toplinske slike - jedan je put vodio do sustava sličnih televiziji, s mehaničkim skeniranjem, a drugi do infracrvenih vidona bez skeniranja.

Povijest domaće vojne termovizijske opreme seže u kasne šezdesete godine prošlog stoljeća, kada su započeli radovi u Novosibirskoj tvornici instrumenata u okviru istraživačkih projekata "Večer" i "Večer-2". Teoretski dio nadzirao 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 s korakom od 130 mikrona i osiguralo je rad uređaja u spektralnom rasponu MWIR (srednje valni infracrveni) od 3-5 mikrona s rasponom prepoznavanja cilja do 2000 m. visoki tlak je ušao u mikro izmjenjivač topline fotodetektora, ohladio ga na -194, 5OS i vratio se u kompresor. Ovo je značajka uređaja prve generacije - visoka osjetljivost zahtijeva 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", pomoću baze BMP-1.

Slika
Slika

Do 1982. godine domaći su inženjeri odlučili pomaknuti radni spektralni raspon termovizijskih uređaja na 8-14 mikrona (dugovalna LWIR-Long Wave Infrared) zbog boljeg "protoka" atmosfere toplinskog zračenja u ovom segmentu. Proizvod pod indeksom 1PN71 bio je rezultat sličnih dizajnerskih radova u smjeru "Priručnika-2", koji ima fotodetektor kadmij-živin telurid (CdHgTe ili MCT) kao "svevideće oko".

Slika
Slika

Ovaj osjetljivi element nazvan je "Weightlessness-64" i imao je … točno, 64 MCT kristala dimenzija 50x50 s 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. Toplinski snimač instaliran je na topničko mobilnoj izvidničkoj stanici PRP-4M "Deuteriy", koja je osim uređaja 1PN71 naoružana pulsnim uređajem za noćno osmatranje, radarom i laserskim daljinomerom. Rijetka vrsta u ruskoj vojsci-BRM-3 "Lynx" također je opremljena termovizijskim uređajem za izviđanje Novosibirske tvornice instrumenata. Toplinski snimač 1PN126 "Argus-AT", koji je 2005. razvio Centralni projektni biro Tochpribor i opremljen mikroskopskim osjetljivim elementima dimenzija 30x30 mikrona iz provjerenog CdHgTe, pozvan je promijeniti ovu tehniku u postrojbama. Pravi vrhunac 126. toplinske 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 prednjeg ruba PRP-4A ili, kako se često naziva, "svevideće oko boga rata". Preplavljen brojnim lećama optičkih izvidničkih sredstava, stroj je vrlo sličan starogrčkom višeokom divu, po kojem je i dobio ime.

Preporučeni: