Cronici de termoviziune. Partea 2
Problema cheie a camerelor termice individuale ca parte a sistemului de instrumentare și de vizualizare este cerințele stricte de greutate și dimensiuni. Este imposibil să plasați un sistem de răcire cu matrice cu azot lichid, așa că trebuie găsite noi soluții de inginerie. Și de ce să vă deranjați cu cea mai complicată și mai scumpă cameră termică, dacă există deja dispozitive excelente de vedere pe timp de noapte în infraroșu pentru o pușcă individuală arme? Ideea este camuflajul inamicului, fumul, precipitațiile atmosferice și interferența luminii ^ toate acestea reduc drastic eficiența dispozitivelor de vedere pe timp de noapte, chiar și cu tuburi intensificatoare de imagine de a treia generație. Produsul Biroului Central de Proiectare din Novosibirsk „Tochpribor” sub indexul 1PN116 este conceput doar să funcționeze în astfel de condiții și este un reprezentant vechi al dispozitivelor pentru detectarea radiațiilor infraroșii de la obiectele de pe câmpul de luptă.
Vizorul pentru imagini termice 1PN116, cu viziunea sa ascuțită, vede totul de dimensiunea unei persoane și ce este mai fierbinte decât fundalul natural la 1200 de metri în față. Dispozitivul are o masă semnificativă (3,3 kg) și, prin urmare, l-au pus în principal pe SVD, mitraliere "Pecheneg" și "Kord". Un microbolometru nerăcit este folosit ca „retină”, a cărei matrice are 320x240 pixeli. Să aruncăm o privire mai atentă la trucurile imaginii termice nerăcite.
[centru]Microbolometru militar cu stare solidă
Aceasta este deja a treia tehnică de generație, care prezintă diferențe fundamentale față de cele anterioare în absența unui sistem complex și nu întotdeauna fiabil de scanare optic-mecanică. Această generație de camere termice se bazează pe receptoare cu matrice în stare solidă Focal Plate Area (FPA) montate chiar în spatele planului obiectivului. „Chimia” vederii termice în astfel de gadget-uri, în marea majoritate a cazurilor, se bazează pe straturi rezistive de oxizi de vanadiu VOx sau siliciu amorf α-Si. Există însă și excepții, în care fotodetectoarele sau „inimile” aparatelor de termoviziune se bazează pe PbSe, matrici piroelectrice ale fotodetectorilor, sau matrice pe bază de compuși CdHgTe, echipate cu răcire termoelectrică. Interesant este că o astfel de răcire nu este folosită cel mai adesea în scopul propus, ci oferă doar stabilitate termică în condiții de mediu în schimbare. Microbolometrele din seria VOx sau α-Si înregistrează modificări ale rezistenței electrice sub influența temperaturii, care se referă la principiul de bază al funcționării unei camere termice. Fiecare astfel de senzor cu stare solidă conține un cip de preprocesare a semnalului care convertește rezistența într-o tensiune de ieșire și compensează radiația de fundal. O cerință importantă a unui microbolometru este să lucreze în vid și optica cu germaniu „transparentă termic”, ceea ce complică serios munca atât a designerilor, cât și a producătorilor. Și senzorul în sine trebuie să aibă un substrat fiabil cu incluziuni de arseniură de germaniu sau galiu. Pentru a înțelege complexitatea modului în care funcționează un microbolometru, trebuie remarcat faptul că o fluctuație de 0,1 K a temperaturii cristalului duce la o mică schimbare a rezistenței de 0,03%, care trebuie urmărită. Siliciul amorf, toate celelalte lucruri fiind egale, are unele avantaje față de oxizii de vanadiu - uniformitatea rețelei cristaline și sensibilitatea ridicată. Acest lucru face ca imaginea pentru utilizator să fie mai contrastată și mai puțin predispusă la zgomot, în comparație cu tehnici similare pe VOx. Fiecare pixel al microbolometrului este unic în felul său - are coeficienți de câștig și compensare proprii, ușor diferiți de omologii săi, care afectează imaginea finală. Prin creșterea numărului de pixeli, reducerea pasului dintre ei (până la 9-12 microni) și miniaturizarea acestora, designerii încearcă, printre altele, să reducă nivelul de zgomot din imagine. Pixelii „răi” sau defecte reprezintă o problemă serioasă în fabricarea microbolometrelor, forțând inginerii să dezvolte mecanisme software pentru nivelarea punctelor albe sau negre de pe ecran și a particulelor care pâlpâie. Aceasta este de obicei organizată folosind interpolare, adică semnalul de ieșire de la pixelul „rupt” este înlocuit cu derivata valorii vecinilor. Cel mai important parametru al matricei este valoarea NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) sau temperatura la care semnalul microbolometrului diferă de zgomot. Desigur, senzorul trebuie să funcționeze rapid, așa că următorul parametru este constanta de timp sau viteza cu care termocamera răspunde la schimbările de temperatură. Factorul de umplere sau factorul de umplere este o caracteristică a matricei care reflectă nivelul de umplere a microbolometrului cu elemente sensibile, cu cât este mai mare, cu atât imaginea este mai bine văzută de către operator. Matricele de înaltă tehnologie se laudă cu o acoperire de 90% a matricei, numărul de pixeli ajungând la 1 milion. Utilizatorul poate observa câmpul de luptă în două versiuni - monocrom și paletă de culori.
Evoluțiile oamenilor de știință americani cu privire la utilizarea grafenului ca senzor infraroșu par promițătoare. Acest material 2D este peste tot pe care încearcă să îl introducă, iar acum a venit rândul tehnologiilor de termoviziune. Având în vedere că 70-80% din costul unei camere termice nerăcite este alcătuit dintr-un microbolometru și optică cu germaniu, ideea creării unor senzori termoelectrici cu grafen este foarte tentantă. Potrivit americanilor, un strat de grafen relativ ieftin pe un substrat de nitrură de siliciu este suficient, iar prototipul dobândește deja capacitatea de a distinge o persoană la temperatura camerei.
Atât în străinătate, cât și în Rusia, se acordă multă atenție evoluțiilor legate de atermalizarea sistemelor optice ale camerelor de termoviziune, adică rezistența la schimbările de temperatură ambientală. Lentilele sunt utilizate din materiale calcogenurice - GeAsSe și GaSbSe, în care indicii de refracție ai razelor depind puțin de temperatură. LPT și Murata Manufacturing au dezvoltat o tehnică pentru producerea unor astfel de lentile prin presare la cald urmată de strunjirea diamantată a lentilelor asferice și hibride. În Rusia, unul dintre puținii producători de lentile termice este NPO GIPO - Institutul de Stat de Optică Aplicată, care face parte din holdingul Shvabe. Materialul lentilei este sticlă fără oxigen, seleniuri de zinc și germaniu, iar corpul este realizat din aliaj de aluminiu de înaltă rezistență, care garantează în cele din urmă absența distorsiunii în intervalul de la -400C la +500C.
În Rusia, pe lângă 1PN116 menționat de la Întreprinderea Unitară Federală de Stat „TsKB Tochpribor” (sau „dispozitive Shvabe”), o vizor de termoviziune mult mai ușoară „Shakhin” (OAO TsNII „Ciclon”), numită pentru „vigilență” în onoarea speciilor prădătoare de șoimi , care se distinge prin matricea franceză Ulisse cu 160x120 pixeli (sau 640x480) și un interval de recunoaștere a unei cifre de creștere de 400-500 de metri. În ultimele generații, microbolometrul importat a fost înlocuit cu un model autohton.
Următorul pe listă: vizorul de termoviziune PT3 de la Novosibirsk „Shvabe - Apărare și protecție” cu o rezoluție matrice de 640x480 de elemente, o masă de 0,69 kg și, care a devenit „standardul de aur”, un interval de detectare a unei creșteri. cifră de 1200 m. Înălțimea pixelilor acestui obiectiv nu este un indicator remarcabil și este de 25 de microni, ceea ce formează o rezoluție finală modestă a imaginii. Apropo, exploatația a organizat producția unui obiectiv de vânătoare bazat pe dezvoltarea militară în conformitate cu codul PTZ-02. Un alt reprezentant al școlii de design intern este vizorul de termoviziune Alfa TIGR din divizia Shvabe-Fotopribor, care pare să fi devenit monopolist, cu un receptor microbolometric în intervalul 7-14 microni cu o rezoluție de 384x288 pixeli. În TIGER, operatorul lucrează cu un microdisplay OLED monocromatic de 800x600 pixeli, dintre care 768x576 sunt rezervați pentru afișarea unei imagini termice. O diferență importantă față de eșantioanele timpurii de obiective termice rusești este durata de funcționare crescută cu 30 de minute - acum puteți lupta în intervalul IR timp de 4,5 ore. Modificarea sa „Alfa-PT-5” are un fotodetector rar PbSe cu stabilizare termică electrică. Vizorul universal PT-1 de la NPO NPZ poate fi combinat cu multe tipuri de arme de calibru mic datorita unei monturi si memorie speciale in care sunt programate balistica si reticulele pentru o gama larga de arme. Strângerea mușchilor oculari ai cupei oculare pornește microdisplay-ul, iar desprinderea acestuia îl stinge - acesta este un astfel de sistem de economisire a energiei implementat în PT-1. Microbolometre americane sunt instalate pe dispozitivul de termoviziune Granit-E pentru vizionare și observare de la MNPK Spektr. Tehnica cu vedere „wide-polar” este prezentată de firma cu denumirea lungă NF IFP SB RAS „KTP PM” sub indicele TB-4-50 și are un câmp vizual de 18 grade pe 13,6 grade.
Apropo, compania oferă o gamă de trei dimensiuni de lunete pentru imagini termice TB-4, TB-4-50 și TB-4-100, echipate cu un microprocesor modern pentru procesarea imaginilor bazat pe HPRSC (High Performance Reconfigurable Super Computing). ) arhitectura. O zonă separată este noile obiective de termoviziune „Mowgli-2M” sub indexul 1PN97M, instalate pe familia MANPADS precum „Strela-2M”, „Strela-3”, „Igla-1”, „Igla”, „ Igla-S" și cel mai recent "Willow". Ei dezvoltă și asamblează obiective la LOMO din Sankt Petersburg și diferă, desigur, într-o rază de detectare uriașă de 6000 m. O alternativă la Mowgli poate fi obiectivele TV / S-02 de la BELOMO din țările vecine, concepute pentru arme de calibru greu - puști de calibru mare, lansatoare de grenade și, de fapt, MANPAD-uri. Cu o masă de cel mult 2 kg, vizorul belarus demonstrează o rază impresionantă de detecție umană de 2000 de metri și recunoaștere de 1300 de metri.
În această parte a „Thermal Imaging Chronicles” am vorbit despre câteva obiective individuale de termoviziune autohtone și omologii lor din țările vecine. Înaintea analogilor străini, rezervor camere termice, precum și dispozitive individuale de supraveghere și recunoaștere.
1PN116 instalat pe PKM
Vizorul pentru imagini termice 1PN116, cu viziunea sa ascuțită, vede totul de dimensiunea unei persoane și ce este mai fierbinte decât fundalul natural la 1200 de metri în față. Dispozitivul are o masă semnificativă (3,3 kg) și, prin urmare, l-au pus în principal pe SVD, mitraliere "Pecheneg" și "Kord". Un microbolometru nerăcit este folosit ca „retină”, a cărei matrice are 320x240 pixeli. Să aruncăm o privire mai atentă la trucurile imaginii termice nerăcite.
[centru]Microbolometru militar cu stare solidă
Aceasta este deja a treia tehnică de generație, care prezintă diferențe fundamentale față de cele anterioare în absența unui sistem complex și nu întotdeauna fiabil de scanare optic-mecanică. Această generație de camere termice se bazează pe receptoare cu matrice în stare solidă Focal Plate Area (FPA) montate chiar în spatele planului obiectivului. „Chimia” vederii termice în astfel de gadget-uri, în marea majoritate a cazurilor, se bazează pe straturi rezistive de oxizi de vanadiu VOx sau siliciu amorf α-Si. Există însă și excepții, în care fotodetectoarele sau „inimile” aparatelor de termoviziune se bazează pe PbSe, matrici piroelectrice ale fotodetectorilor, sau matrice pe bază de compuși CdHgTe, echipate cu răcire termoelectrică. Interesant este că o astfel de răcire nu este folosită cel mai adesea în scopul propus, ci oferă doar stabilitate termică în condiții de mediu în schimbare. Microbolometrele din seria VOx sau α-Si înregistrează modificări ale rezistenței electrice sub influența temperaturii, care se referă la principiul de bază al funcționării unei camere termice. Fiecare astfel de senzor cu stare solidă conține un cip de preprocesare a semnalului care convertește rezistența într-o tensiune de ieșire și compensează radiația de fundal. O cerință importantă a unui microbolometru este să lucreze în vid și optica cu germaniu „transparentă termic”, ceea ce complică serios munca atât a designerilor, cât și a producătorilor. Și senzorul în sine trebuie să aibă un substrat fiabil cu incluziuni de arseniură de germaniu sau galiu. Pentru a înțelege complexitatea modului în care funcționează un microbolometru, trebuie remarcat faptul că o fluctuație de 0,1 K a temperaturii cristalului duce la o mică schimbare a rezistenței de 0,03%, care trebuie urmărită. Siliciul amorf, toate celelalte lucruri fiind egale, are unele avantaje față de oxizii de vanadiu - uniformitatea rețelei cristaline și sensibilitatea ridicată. Acest lucru face ca imaginea pentru utilizator să fie mai contrastată și mai puțin predispusă la zgomot, în comparație cu tehnici similare pe VOx. Fiecare pixel al microbolometrului este unic în felul său - are coeficienți de câștig și compensare proprii, ușor diferiți de omologii săi, care afectează imaginea finală. Prin creșterea numărului de pixeli, reducerea pasului dintre ei (până la 9-12 microni) și miniaturizarea acestora, designerii încearcă, printre altele, să reducă nivelul de zgomot din imagine. Pixelii „răi” sau defecte reprezintă o problemă serioasă în fabricarea microbolometrelor, forțând inginerii să dezvolte mecanisme software pentru nivelarea punctelor albe sau negre de pe ecran și a particulelor care pâlpâie. Aceasta este de obicei organizată folosind interpolare, adică semnalul de ieșire de la pixelul „rupt” este înlocuit cu derivata valorii vecinilor. Cel mai important parametru al matricei este valoarea NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) sau temperatura la care semnalul microbolometrului diferă de zgomot. Desigur, senzorul trebuie să funcționeze rapid, așa că următorul parametru este constanta de timp sau viteza cu care termocamera răspunde la schimbările de temperatură. Factorul de umplere sau factorul de umplere este o caracteristică a matricei care reflectă nivelul de umplere a microbolometrului cu elemente sensibile, cu cât este mai mare, cu atât imaginea este mai bine văzută de către operator. Matricele de înaltă tehnologie se laudă cu o acoperire de 90% a matricei, numărul de pixeli ajungând la 1 milion. Utilizatorul poate observa câmpul de luptă în două versiuni - monocrom și paletă de culori.
Evoluțiile oamenilor de știință americani cu privire la utilizarea grafenului ca senzor infraroșu par promițătoare. Acest material 2D este peste tot pe care încearcă să îl introducă, iar acum a venit rândul tehnologiilor de termoviziune. Având în vedere că 70-80% din costul unei camere termice nerăcite este alcătuit dintr-un microbolometru și optică cu germaniu, ideea creării unor senzori termoelectrici cu grafen este foarte tentantă. Potrivit americanilor, un strat de grafen relativ ieftin pe un substrat de nitrură de siliciu este suficient, iar prototipul dobândește deja capacitatea de a distinge o persoană la temperatura camerei.
Atât în străinătate, cât și în Rusia, se acordă multă atenție evoluțiilor legate de atermalizarea sistemelor optice ale camerelor de termoviziune, adică rezistența la schimbările de temperatură ambientală. Lentilele sunt utilizate din materiale calcogenurice - GeAsSe și GaSbSe, în care indicii de refracție ai razelor depind puțin de temperatură. LPT și Murata Manufacturing au dezvoltat o tehnică pentru producerea unor astfel de lentile prin presare la cald urmată de strunjirea diamantată a lentilelor asferice și hibride. În Rusia, unul dintre puținii producători de lentile termice este NPO GIPO - Institutul de Stat de Optică Aplicată, care face parte din holdingul Shvabe. Materialul lentilei este sticlă fără oxigen, seleniuri de zinc și germaniu, iar corpul este realizat din aliaj de aluminiu de înaltă rezistență, care garantează în cele din urmă absența distorsiunii în intervalul de la -400C la +500C.
Vizor de termoviziune „Shakhin” de la Institutul Central de Cercetare OJSC „Cyclone”
În Rusia, pe lângă 1PN116 menționat de la Întreprinderea Unitară Federală de Stat „TsKB Tochpribor” (sau „dispozitive Shvabe”), o vizor de termoviziune mult mai ușoară „Shakhin” (OAO TsNII „Ciclon”), numită pentru „vigilență” în onoarea speciilor prădătoare de șoimi , care se distinge prin matricea franceză Ulisse cu 160x120 pixeli (sau 640x480) și un interval de recunoaștere a unei cifre de creștere de 400-500 de metri. În ultimele generații, microbolometrul importat a fost înlocuit cu un model autohton.
Vizor pentru termoviziune PT3 depozitat într-o carcasă
Următorul pe listă: vizorul de termoviziune PT3 de la Novosibirsk „Shvabe - Apărare și protecție” cu o rezoluție matrice de 640x480 de elemente, o masă de 0,69 kg și, care a devenit „standardul de aur”, un interval de detectare a unei creșteri. cifră de 1200 m. Înălțimea pixelilor acestui obiectiv nu este un indicator remarcabil și este de 25 de microni, ceea ce formează o rezoluție finală modestă a imaginii. Apropo, exploatația a organizat producția unui obiectiv de vânătoare bazat pe dezvoltarea militară în conformitate cu codul PTZ-02. Un alt reprezentant al școlii de design intern este vizorul de termoviziune Alfa TIGR din divizia Shvabe-Fotopribor, care pare să fi devenit monopolist, cu un receptor microbolometric în intervalul 7-14 microni cu o rezoluție de 384x288 pixeli. În TIGER, operatorul lucrează cu un microdisplay OLED monocromatic de 800x600 pixeli, dintre care 768x576 sunt rezervați pentru afișarea unei imagini termice. O diferență importantă față de eșantioanele timpurii de obiective termice rusești este durata de funcționare crescută cu 30 de minute - acum puteți lupta în intervalul IR timp de 4,5 ore. Modificarea sa „Alfa-PT-5” are un fotodetector rar PbSe cu stabilizare termică electrică. Vizorul universal PT-1 de la NPO NPZ poate fi combinat cu multe tipuri de arme de calibru mic datorita unei monturi si memorie speciale in care sunt programate balistica si reticulele pentru o gama larga de arme. Strângerea mușchilor oculari ai cupei oculare pornește microdisplay-ul, iar desprinderea acestuia îl stinge - acesta este un astfel de sistem de economisire a energiei implementat în PT-1. Microbolometre americane sunt instalate pe dispozitivul de termoviziune Granit-E pentru vizionare și observare de la MNPK Spektr. Tehnica cu vedere „wide-polar” este prezentată de firma cu denumirea lungă NF IFP SB RAS „KTP PM” sub indicele TB-4-50 și are un câmp vizual de 18 grade pe 13,6 grade.
Vizor termic TB-4-100
Apropo, compania oferă o gamă de trei dimensiuni de lunete pentru imagini termice TB-4, TB-4-50 și TB-4-100, echipate cu un microprocesor modern pentru procesarea imaginilor bazat pe HPRSC (High Performance Reconfigurable Super Computing). ) arhitectura. O zonă separată este noile obiective de termoviziune „Mowgli-2M” sub indexul 1PN97M, instalate pe familia MANPADS precum „Strela-2M”, „Strela-3”, „Igla-1”, „Igla”, „ Igla-S" și cel mai recent "Willow". Ei dezvoltă și asamblează obiective la LOMO din Sankt Petersburg și diferă, desigur, într-o rază de detectare uriașă de 6000 m. O alternativă la Mowgli poate fi obiectivele TV / S-02 de la BELOMO din țările vecine, concepute pentru arme de calibru greu - puști de calibru mare, lansatoare de grenade și, de fapt, MANPAD-uri. Cu o masă de cel mult 2 kg, vizorul belarus demonstrează o rază impresionantă de detecție umană de 2000 de metri și recunoaștere de 1300 de metri.
În această parte a „Thermal Imaging Chronicles” am vorbit despre câteva obiective individuale de termoviziune autohtone și omologii lor din țările vecine. Înaintea analogilor străini, rezervor camere termice, precum și dispozitive individuale de supraveghere și recunoaștere.
informații