El problema clave de las cámaras termográficas individuales como parte del complejo de instrumentación y avistamiento son los estrictos requisitos de peso y dimensiones. Es imposible colocar un sistema para enfriar la matriz con nitrógeno líquido, por lo que hay que buscar nuevas soluciones de ingeniería. ¿Y por qué molestarse en colocar la cámara termográfica más complicada y cara, si ya existen excelentes dispositivos de visión nocturna por infrarrojos para armas pequeñas individuales? El punto está en camuflar al enemigo, el humo, la precipitación atmosférica y la interferencia de la luz, todo esto reduce drásticamente la eficiencia de los dispositivos de visión nocturna, incluso con convertidores electroópticos de tercera generación. El producto de la Oficina Central de Diseño de Novosibirsk "Tochpribor" bajo el índice 1PN116 está diseñado para funcionar en tales condiciones y es un representante de la vieja escuela de dispositivos para detectar la radiación infrarroja de objetos en el campo de batalla.
El visor de imágenes térmicas 1PN116 con su aguda visión ve todo del tamaño de una persona y lo que está más caliente que el fondo natural 1200 metros más adelante. El dispositivo tiene una masa significativa (3, 3 kg) y, por lo tanto, se coloca principalmente en el SVD, ametralladoras "Pecheneg" y "Kord". Un microbolómetro no refrigerado con una matriz de 320x240 píxeles se utiliza como "retina". Echemos un vistazo más de cerca a los trucos de la termografía sin enfriar.
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Esta técnica ya es de tercera generación, que tiene diferencias fundamentales con las anteriores en ausencia de un sistema de escaneo óptico-mecánico complejo y no siempre confiable. En esta generación, las cámaras termográficas se basan en receptores de matriz de estado sólido de área de placa focal (FPA), montados inmediatamente detrás del plano de la lente. La "química" de la visión térmica en estos dispositivos, en la inmensa mayoría de los casos, se basa en capas resistivas de óxidos de vanadio VOx o silicio amorfo α-Si. Pero también hay excepciones, en las que los fotodetectores o "corazones" de las cámaras termográficas se basan en PbSe, matrices de fotodetectores piroeléctricos o matrices basadas en compuestos de CdHgTe, equipadas con enfriamiento termoeléctrico. Es interesante que dicho enfriamiento no se use con mayor frecuencia para el propósito previsto, sino que solo proporciona estabilidad térmica en condiciones ambientales variables. Los microbolómetros de la serie VOx o α-Si registran cambios en la resistencia eléctrica bajo la influencia de la temperatura, que pertenece al principio básico de funcionamiento de una cámara termográfica. Cada uno de estos sensores de estado sólido contiene un chip de preprocesamiento de señal que convierte la resistencia en voltaje de salida y compensa la radiación de fondo. Un requisito importante de un microbolómetro es el trabajo en vacío y la óptica de germanio "transparente al calor", lo que complica seriamente el trabajo tanto de los diseñadores como de los fabricantes. Y el sensor en sí debe tener un sustrato confiable con inclusiones de germanio o arseniuro de galio. Para comprender todas las complejidades del trabajo del microbolómetro, debe tenerse en cuenta que las fluctuaciones en la temperatura del cristal de 0, 1 K conducen a un pequeño cambio en la resistencia de 0, 03%, que debe rastrearse. En igualdad de condiciones, el silicio amorfo tiene algunas ventajas sobre los óxidos de vanadio: la uniformidad de la red cristalina y la alta sensibilidad. Esto hace que la imagen para el usuario tenga más contraste y sea menos propensa al ruido, en comparación con una técnica similar en VOx. Cada píxel del microbolómetro es único a su manera: tiene su propia ganancia y compensación, ligeramente diferente de sus contrapartes, que afectan la imagen final. Al aumentar el número de píxeles, disminuir el tono entre ellos (hasta 9-12 micrones) y miniaturizarlos, los diseñadores intentan, entre otras cosas, reducir el nivel de ruido en la imagen. Los píxeles “malos” o defectuosos son un problema grave en la fabricación de microbolómetros, lo que obliga a los ingenieros a desarrollar mecanismos de software para eliminar puntos blancos o negros en la pantalla y partículas parpadeantes. Esto generalmente se organiza mediante interpolación, es decir, la señal saliente del píxel "roto" se reemplaza con una derivada del valor de los vecinos. El parámetro más importante de la matriz es el valor NETD (diferencia de temperatura equivalente al ruido) o la temperatura a la que el microbolómetro distingue la señal del ruido. Por supuesto, el sensor debe ser rápido, por lo que el siguiente parámetro es la constante de tiempo o la velocidad a la que el generador de imágenes reacciona a los cambios de temperatura. El factor de llenado o factor de llenado es una característica de la matriz que refleja el nivel de llenado del microbolómetro con elementos sensibles, cuanto más grande es, mejor la imagen es vista por el operador. Las matrices de alta tecnología pueden presumir de una cobertura del 90% de la matriz con un número de píxeles que llega a 1 millón El usuario puede observar el campo de batalla en dos versiones: monocromo y paleta de colores. Los productos militares y de seguridad suelen generar una imagen monocromática, ya que la claridad de las figuras del enemigo y su equipamiento es mucho mayor que la versión en color.
Los avances de los científicos estadounidenses con respecto al uso del grafeno como sensor de infrarrojos parecen prometedores. Están intentando introducir este material 2D en todas partes, y ahora ha llegado el turno de las tecnologías de imagen térmica. Teniendo en cuenta que el 70-80% del costo de una cámara termográfica sin enfriar está compuesto por un microbolómetro y una óptica de germanio, la idea de crear sensores termoeléctricos de grafeno es muy tentadora. Según los estadounidenses, una capa de grafeno relativamente económico sobre un sustrato de nitruro de silicio es suficiente y el prototipo ya está adquiriendo la capacidad de distinguir a una persona a temperatura ambiente.
Tanto en el extranjero como en Rusia, se presta mucha atención a los desarrollos relacionados con la atermalización de los sistemas ópticos de las cámaras termográficas, es decir, la resistencia a temperaturas ambientales extremas. Las lentes se utilizan a partir de materiales calcogenuros, GeAsSe y GaSbSe, en los que los índices de refracción de los rayos dependen poco de la temperatura. LPT y Murata Manufacturing han desarrollado un método para producir tales lentes mediante prensado en caliente, seguido del torneado de diamantes de lentes asféricas e híbridas. En Rusia, uno de los pocos fabricantes de lentes atérmicos es JSC NPO GIPO - Instituto Estatal de Óptica Aplicada, que forma parte del holding Shvabe. El material de la lente es vidrio libre de oxígeno, zinc y seleniuros de germanio, y la carcasa está hecha de aleación de aluminio de alta resistencia, que en última instancia garantiza que no haya distorsión en el rango de -400C a + 500C.
En Rusia, además del mencionado 1PN116 de FSUE TsKB Tochpribor (o "dispositivos Shvabe"), un visor de imágenes térmicas mucho más ligero "Shahin" (JSC TsNII "Cyclone"), llamado así por "vigilancia" en honor a las especies depredadoras de halcón, caracterizado por la matriz francesa Ulisse con 160x120 píxeles (o 640x480) y un rango de reconocimiento de una figura alta de 400-500 metros. En las últimas generaciones, el microbolómetro importado fue reemplazado por un modelo doméstico.
Más adelante en la lista: visor de imágenes térmicas PT3 de Novosibirsk "Shvabe - Defensa y defensa" con una resolución de matriz de 640x480 elementos, un peso de 0, 69 kg y, que se ha convertido en el "estándar de oro", un rango de detección de una figura de crecimiento de 1200 m El tamaño de píxel de esta mira no es un indicador sobresaliente y es de 25 micrones, lo que forma una resolución de imagen final modesta. Por cierto, la explotación organizó la producción de una mira de caza basada en un diseño militar con el código PTZ-02. Otro representante de la escuela de diseño nacional es el visor de imágenes térmicas Alfa TIGER de la división Shvabe-Photopribor, que parece ser un monopolista, con un receptor microbolométrico en el rango de 7-14 micrones con una resolución de 384x288 píxeles. En "TIGRA" el operador trabaja con una micropantalla OLED monocromática de 800x600 píxeles, de los cuales 768x576 están reservados para visualizar una imagen térmica. Una diferencia importante con respecto a los primeros modelos de miras de imágenes térmicas rusas es el aumento del tiempo de funcionamiento en 30 minutos; ahora puede luchar en el rango de infrarrojos durante 4,5 horas. Su modificación "Alpha-PT-5" tiene un raro fotodetector de PbSe con estabilización térmica eléctrica. La mira universal PT-1 de NPO NPZ es capaz de combinarse con muchos tipos de armas pequeñas debido a una montura y memoria especiales, en las que la balística y la retícula están programadas para una amplia gama de armas. Al apretar el ocular de la vista con los músculos del ojo se enciende la micropantalla y al aflojarla se apaga; este es el tipo de sistema de ahorro de energía implementado en el PT-1. Se instalan microbolómetros estadounidenses en el dispositivo de imagen térmica para apuntar y observar "Granite-E" de ISPC "Spectrum". La técnica con visión "polar amplia" es presentada por la empresa con el nombre largo NF IPP SB RAS "KTP PM" bajo el índice TB-4-50 y tiene un campo de visión de 18 grados por 13,6 grados.
Por cierto, la empresa ofrece una gama de tres tamaños estándar de miras termográficas TB-4, TB-4-50 y TB-4-100, equipadas con un moderno microprocesador para el procesamiento de imágenes basado en la arquitectura HPRSC (High Performance Reconfigurable Supercomputación). Una dirección separada es el nuevo visor de imágenes térmicas Mowgli-2M bajo el índice 1PN97M, instalado en la familia MANPADS Strela-2M, Strela-3, Igla-1, Igla, Igla-S tipo MANPADS y el Verba más nuevo . Desarrollan y ensamblan miras en el LOMO de San Petersburgo y se diferencian, por supuesto, por un enorme rango de detección de 6000 m. Una alternativa a Mowgli pueden ser las miras TV / S-02 de la compañía BELOMO del extranjero cercano, diseñadas para armas pequeñas pesadas: rifles de gran calibre, lanzagranadas y, de hecho, MANPADS. Con una masa de no más de 2 kg, la mira bielorrusa demuestra un impresionante rango de detección humana de 2000 metros y reconocimiento de 1300 metros.
En esta parte de las "Crónicas de imágenes térmicas" hablamos sobre algunas miras individuales de imágenes térmicas nacionales y sus contrapartes del extranjero cercano. Delante hay análogos extranjeros, cámaras termográficas de tanques, así como dispositivos de observación y reconocimiento individuales.
