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科普|疫情防控中的非接触式红外测温仪及传感器
发布日期:2020-05-21 17:04

近来,在疫情防控阻击战中,紧急物资短缺、供应不足,基础类产品全球化采购仍不能满足需求,所暴露出的矛盾和突出问题,让人记忆犹新,甚至是刻骨铭心。防控让一个名不经传的普通产品一举成名,这个在抗“疫”战场上处处所需、家家要用、站站配备“神奇”的器物是什么?为何到了一物难求、四处打探、“苦苦追寻”的地步?它就是体温检测的“哨兵”和“探子”——非接触式红外测温仪,也就是人们俗称的手持耳温与额温枪,在疫情防控中发挥着无可替代的重要作用。

众所周知,红外传感器产能不足,是导致温枪紧俏短缺的主要原因。可是,红外传感器原理、结构、性能如何?温枪的结构、原理、核心技术是什么?为什么不接触就能测温?其准确性、精度如何?可否达到人体测温精度和医用计量标准要求呢?这些问题,就鲜为人知了。  红外线基本概念太阳以红外线方式把热量输送到地球,使得自然界中存在的任何实际物体,几乎都是具有能量的反射和透过,其表面的发射率为1的黑体,均含热能。任何物体的分子和原子都会自身的进行无规则的热运动,并以红外线方式不间断地向外辐射出热能量,也被称为电磁波辐射。不同物质其吸收太阳光能不同,其分子和原子的运动也不同,运动愈剧烈,辐射的能量愈大,反之,辐射的能量也愈小。因此,凡是高于绝对零度(-273.15℃)的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。

什么是红外线红外线(Infrared)也是一种电磁波,是波长介于可见光与微波(无线电波)之间的电磁波,单位常用微米(μm)表示,范围为0.76-1000微米,即760纳米(nm)到1毫米(mm)之间。红外线按波长分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类,其波长分别为0.76μm;1.1μm;2.526μm;25μm以上。实际上,通常用于红外测温的一般在0.76微米-14微米的近红外波段。红外线在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域,是比红光更长的非可见光。太阳光谱中从紫色光到红色光的热效应是逐渐增大的,而且最大的热效应出现在红外辐射的频率范围之内,因此,红外辐射又被称为热辐射或者热射线。由此可见,红外辐射的物理本质就是热辐射。

物体的温度越高,向四周辐射能量就越强,辐射出来的红外线就越多。2、红外线的医学等应用医用红外线一般可分为两类:近红外线与远红外线。波段为4-14μm 范围,被称为“生育光线”,对人体活化细胞组织,促进细胞生长;强化肝脏功能,提高肝脏解毒、排毒作用;促进血液循环,提高组织再生能力和免疫力,加强人体的新陈代谢;改善血液循环,解决失眠乏力,四肢冰冷,增加细胞的吞噬功能,消除肿胀,促进炎症消散,治疗慢性炎症等等都有积极作用。当然,红外线在日常生活中应用也非常广泛,红外光波炉能够迅速产生高温高热,加热效率极高,冷却速度也快,而且保证食物色泽,不会烤焦。在高温杀菌、监控设备、手机的红外接口、宾馆的房门卡、电视机遥控器等,都有红外线的影子。在军事上的应用更为普遍,红外夜视器材在现代化战争中发挥着重要作用。夜视望远镜加个滤光镜,就可透视了,不仅可应用于夜间望远而且还可以透过人的衣服看到身体。随着我国技术不断创新,红外线在人造卫星以及工业、卫生、科研、日常生活等方面的应用将日益广泛。
红外测温仪在人流量大、密集型区域,如学校、商场、银行、证券交易所、影院、集市等公共场所;采用筛查型测温方式,快速实现对发热人员筛查,避免手工筛查造成的人员拥挤和聚集。在接近人流通过的出入口区域,设置双光谱测温摄像机,镜头对准出入通道,测温摄像机设置一个接近发热(譬如:3.3℃)的报警阀值,当人流中有达到或超过这个阀值,后端平台报警提醒工作人员,可以对发热可疑人员进行二次测温,既能快速筛查,也可避免工作人员一对一近距离接触式测温工作,形成交叉感染的风险。

人体红外测温仪(额温枪、耳温枪)手持耳、额温枪,顾名思义,用于检测人体耳腔、额头表面温度,外形类似于手枪形状的手持式红外测温仪。额温枪与耳温枪原理完全一致,都是采用红外测温原理,根据人体额头、耳腔内的温度与体温的关系得到人体的实际体温,二者只是结构和算法略有不同。它是由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。简单地说就是由红外热电堆式温度传感器接收到人体表面发出的能量后,将红外能量转换成电信号,放大器把传感器电信号进行放大处理,通过模数转换(A/D转换)变为数字信号或调制解调处理转换成频率信号,再通过补偿修正、参数校准和算法模型等工作就可转换为医用级的高精度温度值。加上显示驱动电路、液晶显示屏、外壳和电池等组装一起,就成为一个完整的温枪。增加存储电路和微处理器等就可成为智能型温度检测仪。

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