Het belangrijkste probleem van individuele warmtebeeldcamera's als onderdeel van het instrumentatie- en waarnemingscomplex zijn de strenge eisen voor gewicht en afmetingen. Het is onmogelijk om een systeem te plaatsen voor het koelen van de matrix met vloeibare stikstof, dus er moet gezocht worden naar nieuwe technische oplossingen. En waarom de moeite nemen om de meest gecompliceerde en dure warmtebeeldcamera in te sluiten, als er al uitstekende infrarood nachtkijkers zijn voor individuele handvuurwapens? Het gaat erom de vijand, rook, atmosferische neerslag en lichtinterferentie te camoufleren, dit alles vermindert de efficiëntie van nachtzichtapparaten drastisch, zelfs met elektro-optische converters van de derde generatie. Het product van het Novosibirsk Central Design Bureau "Tochpribor" onder de index 1PN116 is net ontworpen om in dergelijke omstandigheden te werken en is een ouderwetse vertegenwoordiger van apparaten voor het detecteren van infraroodstraling van objecten op het slagveld.
De 1PN116 warmtebeeldkijker met zijn scherpe zicht ziet alles ter grootte van een persoon en wat heter is dan de natuurlijke achtergrond 1200 meter verderop. Het apparaat heeft een aanzienlijke massa (3, 3 kg), en daarom wordt het voornamelijk op de SVD, machinegeweren "Pecheneg" en "Kord" geplaatst. Als "retina" wordt een ongekoelde microbolometer met een matrix van 320x240 pixels gebruikt. Laten we de kneepjes van ongekoelde warmtebeeldcamera's eens nader bekijken.
[centrum]
Deze techniek is al de derde generatie, die fundamentele verschillen vertoont met de vorige door de afwezigheid van een complex en niet altijd betrouwbaar optisch-mechanisch scansysteem. In deze generatie zijn warmtebeeldcamera's gebaseerd op Focal Plate Area (FPA) solid-state array-ontvangers, die direct achter het lensvlak zijn gemonteerd. De "chemie" van thermisch zicht in dergelijke gadgets is in de overgrote meerderheid van de gevallen gebaseerd op resistieve lagen van vanadiumoxiden VOx of amorf silicium α-Si. Maar er zijn ook uitzonderingen, waarbij fotodetectoren of "harten" van warmtebeeldcamera's zijn gebaseerd op PbSe, pyro-elektrische fotodetectorarrays of matrices op basis van CdHgTe-verbindingen, uitgerust met thermo-elektrische koeling. Het is interessant dat dergelijke koeling meestal niet wordt gebruikt voor het beoogde doel, maar alleen thermische stabiliteit biedt onder variabele omgevingsomstandigheden. Microbolometers uit de VOx- of α-Si-serie registreren veranderingen in elektrische weerstand onder invloed van temperatuur, wat tot het basisprincipe van de werking van een warmtebeeldcamera behoort. Elke dergelijke solid-state sensor bevat een signaalvoorverwerkingschip die de weerstand omzet in uitgangsspanning en de achtergrondstraling compenseert. Een belangrijke vereiste van een microbolometer is werk in een vacuüm en "hittetransparante" germaniumoptiek, wat het werk van zowel ontwerpers als fabrikanten ernstig bemoeilijkt. En de sensor zelf moet een betrouwbaar substraat hebben met insluitsels van germanium of galliumarsenide. Om alle fijne kneepjes van het werk van de microbolometer te begrijpen, moet worden opgemerkt dat fluctuaties in de temperatuur van het kristal met 0, 1 K leiden tot een kleine verandering in weerstand van 0, 03%, die moet worden gevolgd. Als alle andere zaken gelijk zijn, heeft amorf silicium enkele voordelen ten opzichte van vanadiumoxiden - de uniformiteit van het kristalrooster en de hoge gevoeligheid. Hierdoor is het beeld voor de gebruiker meer contrast en minder gevoelig voor ruis, vergeleken met een vergelijkbare techniek op VOx. Elke pixel van de microbolometer is uniek op zijn eigen manier - hij heeft zijn eigen, iets anders dan zijn tegenhangers, versterking en offset, die het uiteindelijke beeld beïnvloeden. Door het aantal pixels te vergroten, de onderlinge afstand te verkleinen (tot 9-12 micron) en ze te miniaturiseren, proberen ontwerpers onder meer het ruisniveau in het beeld te verminderen. "Slechte" of defecte pixels zijn een ernstig probleem bij de productie van microbolometers, waardoor ingenieurs softwaremechanismen moeten ontwikkelen om witte of zwarte stippen op het scherm en flikkerende deeltjes te elimineren. Dit wordt meestal georganiseerd met behulp van interpolatie, dat wil zeggen dat het uitgaande signaal van de "gebroken" pixel wordt vervangen door een afgeleide van de waarde van de buren. De belangrijkste parameter van de matrix is de NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) waarde of de temperatuur waarbij de microbolometer het signaal van de ruis onderscheidt. Natuurlijk moet de sensor snel zijn, dus de volgende parameter is de tijdconstante of de snelheid waarmee de imager reageert op temperatuurveranderingen. De vulfactor of vulfactor is een matrixkarakteristiek die het vulniveau van de microbolometer met gevoelige elementen weergeeft. Hoe groter deze is, hoe beter het beeld wordt gezien door de operator. Hi-tech matrices kunnen bogen op een dekking van 90% van de matrix met een aantal pixels van 1 miljoen. De gebruiker kan het slagveld in twee versies observeren - zwart-wit en kleurenpalet. Militaire en veiligheidsproducten genereren meestal een monochroom beeld, omdat de helderheid van de figuren van de vijand en zijn uitrusting veel hoger is dan de kleurenversie.
De ontwikkelingen van Amerikaanse wetenschappers over het gebruik van grafeen als infraroodsensor zien er veelbelovend uit. Ze proberen dit 2D-materiaal overal te introduceren, en nu is de beurt aan thermische beeldtechnologieën. Aangezien 70-80% van de kosten van een ongekoelde warmtebeeldcamera bestaat uit een microbolometer en germaniumoptiek, is het idee om thermo-elektrische grafeensensoren te maken erg verleidelijk. Volgens de Amerikanen is één laag relatief goedkoop grafeen op een siliciumnitridesubstraat voldoende en krijgt het prototype nu al het vermogen om een persoon bij kamertemperatuur te onderscheiden.
Zowel in het buitenland als in Rusland wordt veel aandacht besteed aan ontwikkelingen met betrekking tot athermalisatie van de optische systemen van warmtebeeldcamera's, dat wil zeggen weerstand tegen extreme omgevingstemperaturen. Er worden lenzen gebruikt van chalcogenidematerialen - GeAsSe en GaSbSe, waarbij de brekingsindices van de stralen weinig afhankelijk zijn van de temperatuur. LPT en Murata Manufacturing hebben een methode ontwikkeld om dergelijke lenzen te produceren door middel van heet persen, gevolgd door diamantdraaien van asferische en hybride lenzen. In Rusland is een van de weinige fabrikanten van athermische lenzen JSC NPO GIPO - State Institute of Applied Optics, dat deel uitmaakt van de Shvabe-holding. Het lensmateriaal is zuurstofvrij glas, zink en germaniumseleniden, en de behuizing is gemaakt van een zeer sterke aluminiumlegering, die uiteindelijk geen vervorming garandeert in het bereik van -400C tot +500C.
In Rusland, naast de genoemde 1PN116 van FSUE TsKB Tochpribor (of "Shvabe-devices"), een veel lichtere thermische beeldvormingsvizier "Shahin" (JSC TsNII "Cyclone"), genoemd naar "waakzaamheid" ter ere van de roofzuchtige soorten van falcon, gekenmerkt door de Franse Ulisse-matrix met 160x120 pixels (of 640x480) en een herkenningsbereik van een groot figuur van 400-500 meter. In de laatste generaties werd de geïmporteerde microbolometer vervangen door een binnenlands model.
Verder op de lijst: PT3-warmtebeeldvizier uit Novosibirsk "Shvabe - Defense and Defense" met een matrixresolutie van 640x480 elementen, met een gewicht van 0, 69 kg en, wat de "gouden standaard" is geworden, een detectiebereik van een groeicijfer van 1200 m. De pixelafstand van dit vizier is geen uitstekende indicator en is 25 micron, wat een bescheiden uiteindelijke beeldresolutie vormt. Trouwens, het bedrijf organiseerde de productie van een jachtvizier op basis van een militair ontwerp onder de code PTZ-02. Een andere vertegenwoordiger van de school voor huisontwerp is de Alfa TIGER warmtebeeldcamera van de Shvabe-Photopribor-divisie, die een monopolist lijkt te zijn, met een microbolometrische ontvanger in het bereik van 7-14 micron met een resolutie van 384x288 pixels. In "TIGRA" werkt de operator met een monochromatisch OLED-microdisplay van 800x600 pixels, waarvan 768x576 zijn gereserveerd voor het weergeven van een warmtebeeld. Een belangrijk verschil met de vroege modellen van Russische thermische beeldvormingsvizieren is de langere bedrijfstijd met 30 minuten - nu kun je 4,5 uur vechten in het infraroodbereik. De modificatie "Alpha-PT-5" heeft een zeldzame PbSe-fotodetector met elektrische thermische stabilisatie. Het universele vizier PT-1 van NPO NPZ kan worden gecombineerd met vele soorten handvuurwapens door een speciale montering en geheugen, waarin ballistiek en richtkruis zijn geprogrammeerd voor een breed scala aan wapens. Door met de oogspieren in de oogschelp te knijpen, wordt het microdisplay ingeschakeld en door het los te maken wordt het uitgeschakeld - dit is het soort energiebesparende systeem dat in de PT-1 is geïmplementeerd. Op het warmtebeeldapparaat zijn Amerikaanse microbolometers geïnstalleerd voor het richten en observeren "Granite-E" van ISPC "Spectrum". De techniek met "wide-polar" vision wordt gepresenteerd door het bedrijf met de lange naam NF IPP SB RAS "KTP PM" onder de index TB-4-50 en heeft een gezichtsveld van 18 graden bij 13,6 graden.
Trouwens, het bedrijf biedt een reeks van drie standaardformaten warmtebeeldvizieren TB-4, TB-4-50 en TB-4-100, uitgerust met een moderne microprocessor voor beeldverwerking op basis van de HPRSC-architectuur (High Performance Reconfigurable Supercomputing). Een aparte richting is de nieuwe Mowgli-2M warmtebeeldvizieren onder de 1PN97M-index, geïnstalleerd op de Strela-2M, Strela-3, Igla-1, Igla, Igla-S type MANPADS-familie en de nieuwste Verba . Ze ontwikkelen en assembleren bezienswaardigheden in de LOMO in St. Petersburg en ze verschillen natuurlijk door een enorm detectiebereik van 6000 m. Een alternatief voor Mowgli kunnen TV / S-02-vizieren zijn van het bedrijf BELOMO uit het nabije buitenland, ontworpen voor zware handvuurwapens - geweren van groot kaliber, granaatwerpers en in feite MANPADS. Met een massa van niet meer dan 2 kg vertoont het Wit-Russische zicht een indrukwekkend bereik van menselijke detectie van 2000 meter en herkenning van 1300 meter.
In dit deel van de "Thermal Imaging Chronicles" hebben we gesproken over enkele binnenlandse thermische beeldvorming individuele bezienswaardigheden en hun tegenhangers uit het nabije buitenland. Verderop zijn buitenlandse analogen, warmtebeeldcamera's van tanks, evenals individuele observatie- en verkenningsapparatuur.
