O principal problema dos termovisores individuais como parte do complexo de instrumentação e visualização são os requisitos rigorosos de peso e dimensões. É impossível colocar um sistema de resfriamento da matriz com nitrogênio líquido, então novas soluções de engenharia devem ser buscadas. E por que se preocupar em cercar o termovisor mais complicado e caro, se já existem excelentes dispositivos infravermelhos de visão noturna para armas de fogo individuais? O objetivo é camuflar o inimigo, a fumaça, a precipitação atmosférica e a interferência da luz, tudo isso reduz drasticamente a eficiência dos aparelhos de visão noturna, mesmo com conversores eletro-ópticos de terceira geração. O produto do Novosibirsk Central Design Bureau "Tochpribor" sob o índice 1PN116 é projetado apenas para funcionar em tais condições e é um representante da velha escola de dispositivos para detectar radiação infravermelha de objetos no campo de batalha.
A mira de imagem térmica 1PN116 com sua visão aguçada vê tudo do tamanho de uma pessoa e o que é mais quente do que o fundo natural 1200 metros à frente. O dispositivo tem uma massa significativa (3, 3 kg) e, portanto, é colocado principalmente no SVD, metralhadoras "Pecheneg" e "Kord". Um microbolômetro não resfriado com uma matriz de 320x240 pixels é usado como uma "retina". Vamos dar uma olhada mais de perto nos truques da imagem térmica não resfriada.
[Centro]
Essa técnica já é a terceira geração, que apresenta diferenças fundamentais das anteriores pela ausência de um sistema de varredura ótico-mecânico complexo e nem sempre confiável. Nesta geração, os termovisores são baseados em receptores de matriz de estado sólido Focal Plate Area (FPA), montados imediatamente atrás do plano da lente. A "química" da visão térmica em tais dispositivos, na esmagadora maioria dos casos, é baseada em camadas resistivas de óxidos de vanádio VOx ou silício amorfo α-Si. Mas também há exceções, nas quais os fotodetectores ou "corações" dos termovisores são baseados em PbSe, arranjos fotodetetores piroelétricos, ou matrizes baseadas em compostos CdHgTe, equipados com resfriamento termoelétrico. É interessante que esse resfriamento geralmente não seja usado para a finalidade pretendida, mas apenas fornece estabilidade térmica em condições ambientais variáveis. Microbolômetros das séries VOx ou α-Si registram mudanças na resistência elétrica sob a influência da temperatura, que pertence ao princípio básico de operação de um termovisor. Cada um desses sensores de estado sólido contém um chip de pré-processamento de sinal que converte a resistência em tensão de saída e compensa a radiação de fundo. Um requisito importante de um microbolômetro é trabalhar no vácuo e na óptica de germânio "transparente ao calor", o que complica seriamente o trabalho dos projetistas e fabricantes. E o próprio sensor deve ter um substrato confiável com inclusões de germânio ou arseneto de gálio. Para entender todos os meandros do trabalho do microbolômetro, deve-se notar que as flutuações na temperatura do cristal de 0,1 K levam a uma pequena mudança na resistência de 0,03%, que deve ser rastreada. Todas as outras coisas sendo iguais, o silício amorfo tem algumas vantagens sobre os óxidos de vanádio - a uniformidade da estrutura cristalina e a alta sensibilidade. Isso torna a imagem para o usuário mais contraste e menos propensa a ruídos, em comparação com uma técnica semelhante no VOx. Cada pixel do microbolômetro é único em sua própria maneira - ele tem seu próprio ganho e deslocamento, ligeiramente diferente de suas contrapartes, que afetam a imagem final. Ao aumentar o número de pixels, diminuir a distância entre eles (até 9-12 mícrons) e miniaturizá-los, os designers estão tentando, entre outras coisas, reduzir o nível de ruído na imagem. Pixels “ruins” ou defeituosos são um problema sério na fabricação de microbolômetros, forçando os engenheiros a desenvolver mecanismos de software para eliminar pontos brancos ou pretos na tela e partículas cintilantes. Isso geralmente é organizado por interpolação, ou seja, o sinal de saída do pixel "quebrado" é substituído por um derivado do valor dos vizinhos. O parâmetro mais importante da matriz é o valor NETD (diferença de temperatura equivalente de ruído) ou a temperatura na qual o microbolômetro distingue o sinal do ruído. Claro, o sensor precisa ser rápido, então o próximo parâmetro é a constante de tempo ou a taxa na qual o termovisor reage às mudanças de temperatura. O fator de preenchimento ou fator de preenchimento é uma característica da matriz que reflete o nível de preenchimento do microbolômetro com elementos sensíveis, quanto maior, melhor a imagem é vista pelo operador. Matrizes de alta tecnologia podem se orgulhar de cobertura de 90% da matriz com o número de pixels chegando a 1 milhão. O usuário pode observar o campo de batalha em duas versões - monocromática e paleta de cores. Produtos militares e de segurança costumam gerar uma imagem monocromática, já que a clareza das figuras do inimigo e de seu equipamento é muito maior do que a versão colorida.
Os avanços dos cientistas americanos em relação ao uso do grafeno como sensor infravermelho parecem promissores. Eles estão tentando introduzir esse material 2D em todos os lugares, e agora chegou a vez das tecnologias de imagem térmica. Considerando que 70-80% do custo de um termovisor não resfriado é composto por um microbolômetro e óptica de germânio, a ideia de criar sensores termoelétricos de grafeno é muito tentadora. De acordo com os americanos, uma camada de grafeno relativamente barato em um substrato de nitreto de silício é suficiente, e o protótipo já está adquirindo a capacidade de distinguir uma pessoa em temperatura ambiente.
Tanto no exterior quanto na Rússia, muita atenção é dada aos desenvolvimentos relacionados à atermalização dos sistemas ópticos dos termovisores, ou seja, à resistência a extremos de temperatura ambiente. As lentes são utilizadas a partir de materiais calcogenetos - GeAsSe e GaSbSe, nos quais os índices de refração dos raios dependem pouco da temperatura. A LPT e a Murata Manufacturing desenvolveram um método para produzir essas lentes por prensagem a quente, seguido pelo torneamento de diamante de lentes asféricas e híbridas. Na Rússia, um dos poucos fabricantes de lentes atérmicas é o JSC NPO GIPO - Instituto Estadual de Óptica Aplicada, que faz parte da holding Shvabe. O material da lente é vidro livre de oxigênio, selenetos de zinco e germânio, e a caixa é feita de liga de alumínio de alta resistência, o que garante nenhuma distorção na faixa de -400C a + 500C.
Na Rússia, além do mencionado 1PN116 de FSUE TsKB Tochpribor (ou "Shvabe-devices"), uma visão de imagem térmica muito mais leve "Shahin" (JSC TsNII "Cyclone"), nomeado para "vigilância" em homenagem às espécies predadoras do falcão, caracterizado pela matriz francesa Ulisse com 160x120 pixels (ou 640x480) e uma faixa de reconhecimento de uma figura alta de 400-500 metros. Nas últimas gerações, o microbolômetro importado foi substituído por um modelo nacional.
Mais na lista: mira de imagem térmica PT3 de Novosibirsk "Shvabe - Defesa e Defesa" com uma resolução de matriz de 640x480 elementos, pesando 0, 69 kg e, que se tornou o "padrão ouro", uma faixa de detecção de uma figura de crescimento de 1200 m. A distância entre pixels desta mira não é um indicador excelente e é de 25 mícrons, o que forma uma modesta resolução de imagem final. A propósito, a holding organizou a produção de um visor de caça baseado em projeto militar sob o código PTZ-02. Outro representante da escola de design doméstico é a mira de imagem térmica Alfa TIGER da divisão Shvabe-Photopribor, que parece ser um monopolista, com um receptor microbolométrico na faixa de 7 a 14 mícrons com resolução de 384x288 pixels. No "TIGRA" o operador trabalha com um microvisor OLED monocromático de 800x600 pixels, dos quais 768x576 são reservados para a visualização de uma imagem térmica. Uma diferença importante em relação aos primeiros modelos de visores de imagem térmica russos é o tempo de operação aumentado em 30 minutos - agora você pode lutar na faixa do infravermelho por 4,5 horas. Sua modificação "Alpha-PT-5" possui um raro fotodetector de PbSe com estabilização térmica elétrica. A mira universal PT-1 da NPO NPZ é capaz de se combinar com muitos tipos de armas pequenas devido a uma montagem e memória especiais, na qual a balística e o retículo são programados para uma ampla gama de armas. Apertar a viseira com os músculos do olho liga o microvisor e abri-lo desliga - este é o tipo de sistema de economia de energia implementado no PT-1. Microbolômetros americanos são instalados no dispositivo de imagem térmica para apontar e observar "Granite-E" do ISPC "Spectrum". A técnica com visão "ampla polar" é apresentada pela empresa com o nome extenso de NF IPP SB RAS "KTP PM" sob o índice TB-4-50 e possui um campo de visão de 18 graus por 13,6 graus.
A propósito, a empresa oferece uma variedade de três tamanhos padrão de visores de imagem térmica TB-4, TB-4-50 e TB-4-100, equipados com um microprocessador moderno para processamento de imagem baseado na arquitetura HPRSC (High Performance Reconfigurable Super Computing). Uma direção separada são os novos visores de imagem térmica Mowgli-2M sob o índice 1PN97M, instalados na família de MANPADS tipo Strela-2M, Strela-3, Igla-1, Igla, Igla-S e o mais novo Verba . Eles desenvolvem e montam miras no LOMO de São Petersburgo e diferem, é claro, por um enorme alcance de detecção de 6.000 m. Uma alternativa a Mowgli pode ser miras TV / S-02 da empresa BELOMO do exterior próximo, projetadas para armas leves pesadas - rifles de grande calibre, lança-granadas e, de fato, MANPADS. Com uma massa de no máximo 2 kg, a visão bielorrussa demonstra um impressionante alcance de detecção humana de 2.000 metros e reconhecimento de 1.300 metros.
Nesta parte das "Crônicas da Imagem Térmica", falamos sobre alguns pontos turísticos individuais de geração de imagens térmicas domésticas e suas contrapartes do exterior. À frente estão análogos estrangeiros, termovisores de tanques, bem como dispositivos individuais de observação e reconhecimento.
