Quando e da chi è stata inventata la termocamera

11 Agosto 2022

Il mondo in cui viviamo non è perfetto. E un uomo in questo mondo cerca costantemente di migliorarlo e definire il suo posto in esso. Un luogo la cui sommità esiste solo nel mondo virtuale. Studiando il problema, gli scienziati sono andati per secoli alla sua soluzione e, dopo aver raggiunto la vetta, si sono resi conto che questo è solo un punto intermedio, non una vittoria. Un uomo senza ali ha sempre sognato di volare come un uccello. E ha volato, avendo progettato un aeroplano. Mentre decollava in aria, rimase inorridito: erano solo i piedi dell'Olimpo. Dopotutto, dall'aereo, era più vicino a sognare le stelle, e l'oceano dall'alto era immenso e altrettanto inesplorato. Ciò non faceva che aumentare il desiderio di andare avanti, anche per vedere più lontano, più chiaro e meglio. Vedere, come un gatto, nell'oscurità e usare il calore di qualcun altro di un organismo vivente a sangue caldo per scoprire una terza "visione del gatto" virtualmente reale. Una visione si è aperta e sta aprendo una miriade di nuove e inaspettate soluzioni nello sviluppo di quasi tutti i campi dell'attività scientifica. Questo è solo l'inizio di un lungo e infinito viaggio. Il percorso di studio e implementazione dell'infrarosso, nel linguaggio comune, la tecnologia termica, è iniziato due secoli fa. Nella scienza, esiste una designazione semplice e complicata per l'energia termica irradiata, definita "firma del calore". In linea di principio, è perché anche se il ghiaccio emette energia termica quando un oggetto si riscalda in proporzione, aumenta il rilascio di energia termica nelle onde infrarosse, che un serpente può percepire inequivocabilmente. Questo è il miglior esempio di come questo animale, discernendo la differenza di temperatura dei roditori, attacchi con successo la sua preda nella completa oscurità. Come funziona?

Quando e chi ha inventato la termografia
All'inizio del diciannovesimo secolo, l'astronomo William Herschel, mentre cercava una soluzione al problema della riduzione della luminosità dell'immagine solare nei telescopi, scoprì il rilascio di una grande quantità di calore quando si utilizzava un filtro rosso. Quando misurato, il calore è aumentato nella regione scura oltre l'estremità rossa dello spettro. Quando il punto di massimo è stato stabilito, si è scoperto che era ben oltre l'estremità rossa dello spettro, ora nota come "gamma dell'onda infrarossa". Questa scoperta ha chiamato il cannocchiale termometrico. Ulteriori ricerche hanno mostrato che oltre questo spettro c'è una forma invisibile di luce, chiamata "raggi invisibili", che solo settant'anni dopo ricevette il nome ormai familiare di "infrarossi". Per inciso, ottenne anche la prima registrazione di un'immagine termica su carta, che chiamò termografo. Alla fine del diciannovesimo secolo, lo scienziato americano Langley inventò un dispositivo - un bolometro, per misurare la radiazione termica. Era il prototipo del termometro molto sensibile di oggi, che concentrava la radiazione infrarossa sulle piastre e misurava la corrente elettrica con un galvanometro. All'inizio del XX secolo, nel 1934, il fisico ungherese Tihanyi inventò la telecamera elettronica sensibile alle radiazioni infrarosse. Questo è stato il punto di partenza per lo sviluppo attivo della visione notturna. Da quel momento, i dispositivi per la visione notturna sono stati divisi in generazioni. L'introduzione graduale di ogni generazione è stata associata all'aumento del raggio di osservazione, al miglioramento della qualità dell'immagine e alla riduzione del peso e delle dimensioni dei dispositivi. Il criterio che definisce la nuova generazione è il componente principale del dispositivo: il convertitore elettro-ottico, la cui essenza è rendere visibile l'invisibile aumentando la luminosità.
Come è nata la termografia
L'inizio è stato dato dalla cosiddetta generazione "zero" in cui è stato utilizzato un convertitore ottico dell'azienda olandese Philips, dal nome di uno degli sviluppatori "Holst's glass". Il fotocatodo e il fosforo sono stati applicati sul fondo in due bicchieri annidati. Creando un campo elettrostatico, hanno ottenuto il trasferimento dell'immagine. In questa versione, infatti, l'apparecchiatura funzionava esclusivamente mediante l'illuminazione obbligatoria dell'oggetto di osservazione con un faretto a infrarossi. Anche se il dispositivo era di dimensioni impressionanti, molto pesante e con una scarsa qualità dell'immagine, gli inglesi ne iniziarono la produzione in serie per le esigenze dell'esercito nel 1942. In quattro anni di utilizzo di questo convertitore, lo sviluppo attivo e la produzione di mirini notturni, binocoli, e iniziarono i sistemi per serbatoi e altre apparecchiature. Negli anni Sessanta si tentò di produrre rivelatori a elemento singolo che scansionassero e creassero immagini lineari di ciò che si vedeva. A causa dell'alto costo del progetto, questa idea non è stata realizzata.
I dispositivi a cascata singola di questa generazione presentano più svantaggi che vantaggi. Nella prima generazione del dispositivo elettro-ottico, come elemento principale veniva utilizzato un fragile bulbo sottovuoto in vetro con sensibilità al fotocatodo. Questo dispositivo dava un'immagine chiara al centro e distorceva tutto ai bordi. Con una fonte di luce intensa laterale o frontale, lo strumento diventava praticamente "cieco". Di notte, senza ulteriore illuminazione a infrarossi, anche la visibilità era quasi zero. Negli anni Sessanta, con lo sviluppo della tecnologia in fibra ottica, è stato possibile migliorare i dispositivi di prima generazione, sostituendoli con un one-plus condizionale. Il vetro piano è stato sostituito da una lastra in fibra ottica, che ha permesso di trasmettere immagini con grande nitidezza, ottenere un'alta risoluzione in tutto il fotogramma ed eliminare l'abbagliamento.
Gli anni Settanta sono stati segnati dallo sviluppo della seconda generazione di dispositivi. I ricercatori americani hanno dotato il dispositivo di un amplificatore basato su una piastra a microcanali, dove gli elettroni in una speciale camera vengono amplificati molte volte, ottenendo un'ottima visione. Per questo motivo, la seconda generazione del dispositivo elettro-ottico viene comunemente definita dispositivo inverter.
Non c'è una camera di dispersione nella seconda generazione in più, chiamata planare, e l'elettrone entra direttamente attraverso lo schermo del convertitore elettrone-ottico. Il dispositivo ha perso la qualità dell'immagine e, allo stesso tempo, la velocità dell'immagine nella modalità a infrarossi è stata raddoppiata. Le innovazioni hanno aggiunto il controllo della luminosità e la protezione dalla luce laterale e frontale. Questi dispositivi appartenevano ad apparecchiature professionali.
Nel 1982 inizia il conto alla rovescia della terza generazione di dispositivi elettro-ottici, diversi nel design. Hanno usato il gallio, che ha aumentato la sensibilità agli infrarossi di diverse volte. I dispositivi di questa generazione sono riconosciuti come high-tech e sono di grande interesse, prima di tutto, per il complesso militare-industriale. A causa dell'assenza di una piastra in fibra ottica, va notato che i dispositivi di quarta generazione non sono protetti dall'esposizione alla luce laterale. E il prezzo. Il dispositivo di questa generazione ha superato tutte le ragionevoli tolleranze nella comprensione della formazione dei costi del produttore.
Probabilmente per compensare gli svantaggi del dispositivo e ridurre i costi, è stato sviluppato il dispositivo della generazione SUPER two-plus. Gli sviluppatori hanno pianificato di combinare i vantaggi tecnologici di tutte le generazioni precedenti del convertitore elettrone-ottico in questa apparecchiatura. Il risultato è stato un fotocatodo molto sensibile. Come ammettono gli specialisti, non c'è differenza tra il Super Two Plus e la terza generazione. A parte il prezzo. In termini di costo, il Super Two Plus corrisponde al prezzo di un'auto economica media.
Prime applicazioni
All'inizio del 1930, gli scienziati tedeschi studiarono attivamente gli effetti della radiazione termica sui semiconduttori. Di conseguenza, sono stati sviluppati ricevitori di radiazioni sensibili, che hanno svolto un ruolo essenziale nello sviluppo di numerosi sistemi a infrarossi, prodotti fino a quattromila ogni mese, per l'industria militare. I più riusciti negli anni '1930 furono gli americani, che crearono attrezzature per la guida di carri armati di notte e mirini notturni per le navi. Nel 1941 la marina britannica iniziò a dotare le navi di dispositivi per la visione notturna basati su convertitori di immagini ottici, che aiutavano le barche a tornare alla loro base al buio. Con il loro aiuto, le barche di ritorno dopo un attacco hanno trovato la nave base vicino alle luci di segnalazione. Quasi contemporaneamente, l'esercito tedesco era dotato di apparecchiature a infrarossi per la guida di carri armati di notte, mirini notturni per fucili e sistemi di identificazione degli aerei. Ad esempio, di notte, quando si utilizzano fari da duecento watt su serbatoi chiusi con un filtro a infrarossi, l'autista poteva vedere enormi ostacoli a quasi duecento metri di distanza e il mirino del fucile funzionava efficacemente fino a cento metri di distanza. All'inizio degli anni Sessanta, l'azienda svedese AGA sviluppò una termocamera a infrarossi per l'esercito, i cui modelli successivi per l'imaging a infrarossi furono per molti anni i migliori al mondo. Quando i tre maggiori produttori di infrarossi, le società americane FLIR e Inframetrics e la svedese AGEMA Infrared Systems, si fusero a metà degli anni Novanta, iniziò una nuova fase della termografia. Oggi FLIR Systems, un'azienda americana, è il più grande produttore mondiale di termocamere commerciali per la ricerca scientifica, l'industria e l'agricoltura, l'industria e l'agricoltura, il monitoraggio di oggetti aerotrasportati e la visione notturna.