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也谈红外测温枪

发布日期:2020-02-26  来源:光明网

不论进入小区、光顾商场、乘坐公交,都会遇到不厌其烦的“温柔一枪”。我们真该庆幸有了“红外测温枪”,才能对巨大人流进行快速筛查。

这种“红外测温枪”是2003年抗击SARS时初露头角的,接着在防御禽流感、甲型流感中尽显优势。而这次迎战新冠病毒的全民战争,才是“红外测温枪”真正的大亮相和大普及。

无须接触也无需等待,一扣扳机,你的体温已经应声化作显示屏上的数字了。这种简易、迅捷和安全是前所未有的。但红外测温枪是如何工作呢?多次反复测量对人体是否有害呢?

人类作为最高级和精致的恒温动物,千万年进化中,把体温保持在37摄氏度左右,以利各项生命化学活动最有效进行。一旦受到微生物感染,就常常会升高体温,从而抑制病原体繁殖,强化免疫细胞的防御能力。因此发烧就成为生病的重要征兆。

水银体温计放置于口腔、直肠或腋下,通过水银受热膨胀来测出体温;电子温度计则代之以感温头和电子元器件;而红外测温枪则完全脱离身体接触,排除热量传导,全靠隔空采集身体发出的红外线来探测体温。

这里不可回避要引进一个概念了,那就是黑体。假设一个物体能吸收外来的全部电磁辐射,既无反射也无透射,便可称它为黑体。黑体也具有最强的辐射本领。普通物体和黑体在同样温度下辐射能力的比值,称为发射率。

宇宙万物,只要温度高于绝对零度,即-273摄氏度,都会发出电磁辐射。当我们围着一个炉子取暖时,是在接受它发出的红外线。人体也是一个37摄氏度的“生命火炉”,皮肤对外辐射红外线,发射率约为0.98,仅仅略低于理想的黑体。不管你知不知晓,也不管有没有温度计在测量,身体都会不间断地发出波长约10微米的红外线。我们的红外测温枪,只是人体红外线的一个被动接收器。当然不会对健康有丝毫影响和侵扰。

红外测温枪的前端是一块光学塑料制成的菲涅尔透镜,将人体发出的红外线聚焦到探测器上。热能在这里转换为电信号,再把对应的温度数据直接显示出来。也许有必要多说几句菲涅尔透镜。对于普通透镜,由于光线只在表面发生折射,尽量除去透镜中光直线传播部分的材料而保留表面弧度,使透镜变轻变薄,这就是200年前法国科学家菲涅尔为改造灯塔而做出的发明。红外测温枪使用大口径、短焦距、同心圆阶梯构造的菲涅尔透镜。便能在“秒拍”之间让红外线充分聚焦了。

为什么红外测温枪要对准前额呢?人体表面的温度差别很大,额头正好是颞动脉流过的地方,如同暖气的散热片。这里皮肤很薄,测温枪接受的红外线主要是来自血管散发的热量,更能反映出人体真实的“核心体温”。加上此处“天庭饱满”,“地势”开阔,十分便于操作。无疑比红外耳温计更适合疫情筛查了。

有些红外测温枪会发出红色光束,难免让人心生疑惧。这其实是用来瞄准的。额头虽然不会让测温枪“脱靶”,但显示出对准的位置毕竟更加稳妥。测温枪和额头应该保持垂直,擦干汗迹,撩开头发,距离约3厘米左右。

红外测温枪还有诸多技术短板和环境误差,目前也不会挑战水银温度计的“金标准”地位。但在人千人万中快速筛查发烧的“阴性”和“阳性”,红外测温枪无疑是首屈一指的不二之选,也是《世界卫生组织在新冠病毒流行时期最新建议》所充分肯定的有效措施。

也谈红外测温枪

旅客在香港口岸接受红外测温枪检查

也谈红外测温枪

红外测温计原理示意图

也谈红外测温枪

不同物体的红外线辐射

也谈红外测温枪

电磁波的频谱

也谈红外测温枪

不同物质材料发射率不同(沥青0.90-0.98,混凝土0.92,干燥土壤0.9;湿润土壤0.95,木材0.90,水0.92-0.96,冰0.96-0.98,雪0.83,砖块0.93-0.96,油漆0.8-0.95,黑色无光喷漆0.97,纺织物0.90,人类皮肤0.98,抛光铝0.04-0.06,阳极氧化的铝0.55,生锈钢材0.69,不锈钢0.16-0.45)

也谈红外测温枪

前额上的颞动脉分布

也谈红外测温枪

菲涅尔透镜和普通凸透镜比较

也谈红外测温枪

菲涅尔透镜

参考资料:

*Different Factors Which Impact Thermal Imaging Quality——FLIR

*Non-contact infrared thermometers——by community.healthcare.mic.nihr.ac.uk

*How Do Infrared Thermometers Work?——by General Tools

*Infrared Temperature Measurement Theory and Application——by John Merchant

*Selecting Non-Contact Pyrometers & Infrared Thermometers——by Jeffrey Maron

*Cara Kerja Sensor PIR——immersa-lab

*Infrared Thermometers: Fresnel Lens Thermometers——by thermometer.co.uk

*A brief report on the normal range of forehead temperature as determined by noncontact, handheld, infrared thermometer——by Ng DK, Chan CH,

*Forehead or ear temperature measurement cannot replace rectal measurements, except for screening purposes——by Mogensen CB, Wittenhoff L,

*Black Body Type and Emissivity——infrared training institute

*Comparison of rectal, axillary, and forehead temperatures——by Shann, Mackenzie A.

*Emissivity: Understanding How it Affects Your Thermal Images——by John Snell

*Temporal artery temperature detector——freepatentsonline

*‘Thermometer guns’ on Covid-19 front lines are ‘notoriously not accurate’——nytimes

*Updated WHO advice for international traffic in relation to the outbreak of the novel coronavirus 2019-nCoV——WHO

(作者:赵致真)

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