科研测温仪

一场突如其来的新冠肺炎疫情，成为了2020开年的头等大事。全民防疫的举措让这场没有硝烟的战争不再猝不及防。飞机场、火车站、公司、小区、超市等入口处都能见到防疫工作者的身影。他们是防疫先锋，是公共健康的卫士，是居民区的守护者。而他们的必备神器之一——手持测温仪，也进入了公众的视野，广为人知。今天，我们就来聊一聊测温仪的那些事。受疫情影响，很多人在家办公，出门不是去超市买菜，就是门口取快递。当然，还有不少人在硬核上班。无论出入小区，还是车站进站，现阶段都要经过体温检测。相信大家都有经历过，防疫工作者手持测温仪，对着额头一扫，立刻就显示你的体温数据，非常方便。有很多人对这测温仪都深感好奇，想知道它是怎么工作的。也有人担心它的准确性，担心把自己体温测高了。那么，我们就从测温仪的原理和精确度控制这两点说起。首先，大家都熟悉传统体温计测温的方法，而这种方法显然不适合用于传染性强的新型冠状病毒的防护工作。在这次防疫战中，小巧便携，无需身体接触的手持测温仪就成了急先锋。扫一扫，一秒之内测出体温的测温神器让人们眼前一亮；更令人印象深刻的，还有车站、机场等带有视频的成像测温仪，后者能在快速行进的人流中，辨别每个人的体温，并用保存视频成像。相信你肯定好奇过它们究竟是怎么做到的。接着，我们来一探究竟其中的科学原理。[1] 地铁站检票口的体温监测站（图片摘自人民网）温度和光我们都知道，水银体温计能够测人体的温度，是水银玻璃泡和人体接触后，经过一段时间的热量传递，最终与人体温度达到一致的原理（热平衡）。而测温仪并没有和人体接触，为何能如此快速采集温度信息呢？[2] 水银温度计（图片摘自百度网）答案其实大家也是耳熟能详，那就是---光！没错，就是我们所熟知的那个光！但是这个光，并不是人眼能看到的可见光，而是与可见光相邻的红外光，这里需要科普一下，我们平时所说的可见光实际上是电磁波的一种，电磁波有连续的波谱分布，红外光的波段在红色光之外，因此得名红外光。再简单提一下，除了可见光和红外光，很多电磁波都与大家的生活息息相关，按波长由短到长，有医院CT的X射线，防晒霜防的紫外线，太阳光，灯光，微波炉的微波，电台的射频信号等等，都属于电磁波。[3] 生活中的电磁波（图片摘自NASA Science)说到这里，肯定有人表示，道理我都懂，但是红外光跟人体温度有什么关联呢？关联是必然的，因为人体发射的光，就是红外光！没说错，人体是发光的，而且是无时无刻的在发光。复杂的原理就不赘述了，大家只要记住，任何温度高于绝对零度（零下273.15摄氏度）的物体都会以电磁波的形式向外辐射能量，至于绝对零度（-273.15℃）的物体嘛，大家放心，那是不存在的！红外光和人体温度的关系那么问题来了，既然每人每时每刻都在发射红外光，仪器凭什么就能辨别出正常温度和高烧呢？还能准确读出每个人的温度？这里，我们请一位大佬帮忙解答，他就是与爱因斯坦并称20世纪最重要的两大物理学家，量子力学奠基人之一的马克斯普朗克，他于1900年提出的普朗克黑体辐射定律，完美诠释了温度与辐射的关系。马克斯普朗克简单来讲就是，不同温度的物体发射的光是不一样的，如下示意图， 四条不同的曲线，代表不同温度下黑体辐射的光谱分布，这里的K是热力学温度，数值等于摄氏度+273.15。大家可以看到，温度越高，黑体辐射光的强度就越大，峰值的位置就越靠近紫外区域。那么，答案就呼之欲出了，如果探测到了人体的辐射强度和波谱分布，就完全可以反推出温度T！这就是测温仪测体温的原理。（人体虽不是黑体，却也遵循普朗克定律）。利用红外光探测人体温度究竟准不准？说完测温仪原理的故事，我们再来说说怎么确保每个测温仪都能测得准。上文中，细心的小伙伴发现，普朗克定律图示并没有想象中那么简单，图中展示差异性的谱图都相差了1000℃，人体怎么可能差上1000℃呢？没错，我们人体的温度平均值也就在36℃到37℃之间了，高过37℃的，抗疫期间怕是要去隔离观察了。那么关键点来了，相差几摄氏度的人体辐射谱图中，辐射强度和波谱的差异是非常小的，如何确保测温仪能把握这细小的差异呢？要知道，人体测温的准确性要求是比较高的，特别是在抗疫期间，正常的体温就是大家的通行证。这点上，咱们国家更是不含糊，对于此类测温装置也出台了相应的国家标准来规定精准度。那么，生产厂家是如何确保每台测温仪的准确性呢？下面就让我们来剖析测温仪，探究这里的科学原理。测温仪的"CPU"是什么？我们先从测温仪的构成说起，可以看到下图中，真正与红外光直接相关的，便是红外探测器，顾名思义，这正是测温仪利用红外测温的核心元件,就好比CPU芯片是手机电脑的核心。而它的质量直接决定了测温的准确性。那么，如何判定红外探测器的质量呢？[4] 额温枪（图片摘自网络）这就需要了解红外探测器测红外的细节。简单来说，红外探测器也是由材料构成，红外探测器上的特殊光感材料可以接收外界的红外辐射，并将其转换为电信号，再进行分析计算，最终给出温度值。因此评价红外探测器的好坏，就是评判其将光转换为电信号的能力。在讲红外探测器的评价之前，我们插一句，火车站，机场中带成像系统的测温仪，采用的是更高端的焦平面阵列红外探测器（FPA技术）。[5] 设置在火车站的带成像系统的测温仪（图片摘自包头新闻网）这类成像测温仪就如同照相机或摄像仪，内部感光平面内，分布了很多像素点，焦平面上每一个像素点就是一个红外探测器，这种技术具有二维空间分辨的能力，具备红外成像功能，可以将发高烧的人从人群中辨别出来。如何评价红外探测器，确保其准确性？一般来说，无论是采用单点红外检测器的耳温枪还是FPA焦平面检测器的红外成像测温仪都不需要极快的反应时间或极高的空间分辨率，甚至无需光谱分辨率。所以这类红外检测器的精确度通常是采用激光功率计或热敏电阻等方法来评定的。但是，类似原理的红外探测器还有很多其他的应用领域，尤其是需要FPA焦平面检测器的红外成像仪已经被广泛的应用于军需夜视或热追踪系统、高速热成像、质检或产品研发（针对散热或热工特性）、医疗热成像及红外显微镜等诸多方面。这些应用领域对红外检测器件本身以及对由这些器件组成的测量仪器的性能都有更严苛的要求，比如，需要微秒甚至纳秒级的超短反应时间，需要光谱信息用于化学成像，需要较高的空间分辨率以表征微小物品，需要较高的光谱分辨率，最佳的灵敏度和信噪比，甚至对FPA检测器中每个像素点的均匀一致性都有要求。为了研制和开发这些高端的红外检测器件，科学家们需要用到一种重要的表征方法---傅立叶红外光谱法。实现该法的核心设备就是在科学研究、监测分析领域常见的傅立叶红外光谱仪（简称FTIR红外光谱仪）。FTIR红外光谱仪——表征红外探测器FTIR红外光谱仪是专门应用于红外光谱研究相关的科学仪器，配有标准的红外光源，所发射的红外光经过干涉仪后，经过照射样品，最终到达红外探测器，解析探测器的电信号，并进行FT转换计算，即可得到包含能量强度和波谱分布的红外谱图。科学家们就是把这种检测技术应用到了评价红外探测器材料好坏的研究中，在对光敏度、稳定性等等复杂的研究分析之后，才研发出适合于各种不同应用领域的红外探测器材料，进而工厂将其研究的材料转化为探测器并且大量生产而成为真正实用的商品（包括红外测温仪及其他更为复杂的尖端仪器），发挥了科学家研究的作用。换言之，红外光谱仪对于探测器的表征研究，就好比是一把精准的卡尺，用它来检验每一根直尺的长度是否达到科学家们想要实现的标准。傅立叶变换红外光谱仪以上就是测温仪背后故事的小科普，相信大家对于最近很亮眼的测温仪会有更进一步的了解，对红外探测器精确度的控制以及红外探测器的诸多应用领域也有了更深层次的认知。通过科学家们的努力，和我们生活息息相关的大型红外成像测温仪的准确度、检测能力、检测距离、检出速度和检测区域内的均匀性（即精准度）都会越来越好。所谓工欲善其事必先利其器，实际上并不是所有的红外光谱仪都能做红外探测器的研究与表征，能作为标尺的设备，当然只有技术过硬，具备特殊技能红外光谱仪才能实现！如果您对检测器表征科研课题感兴趣，可以阅读布鲁克的相关应用信息。如果您对红外整体技术感兴趣，长按下方二维码填写产品需求信息表，与我们取得联系。疫情期间，大家做好防护，注意安全。一起为祖国加油！为武汉加油！点击下载布鲁克应用手册——红外检测器表征如果您对我们的红外技术感兴趣，欢迎与我们取得联系，请拨打400热线电话400-777-2600。

p style="text-indent: 2em "span style="text-indent: 2em "体温筛查是当前疫情防控工作的第一关口，人体红外测温仪作为体温快速检测设备被广泛运用，在公众场所对疑似患者甄别发挥了重要作用。但人体红外测温仪在短时间内被大量使用的过程中，受使用环境温度、使用方法和产品质量等因素制约，部分测温仪在测量过程中会出现较大误差，不能精确测量人体温度，部分场所测量数据偏低的问题较为普遍和突出。/spanstrong style="text-indent: 2em "体温筛查做不到精准，将会贻误疫情防控时机！/strong/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 209px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202002/uepic/59c8ba39-6521-4939-a461-9deb38c8bf33.jpg" title="00.png" alt="00.png" width="500" height="209" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 2em "此背景下，最近，strongspan style="color: rgb(0, 112, 192) "国家市场监督管理总局对“红外测温仪校准技术推广应用”科研项目予以紧急立项，/span/strong组织中国计量科学研究院等单位，开发体温筛检用红外测温仪校准装置的全套加工技术方案，并制作远程培训视频，给予研发技术细节和难点指导，以网络方式免费提供培训服务，以缓解各地计量技术机构体温筛检用红外测温仪校准装置短缺和专业技术人员不足等问题。/pp style="text-indent: 2em "测温是公共场所疫情检测的第一关口，因此红外测温仪必不可少。而这些红外测温仪需要定期“体检”，经过校准后才能准确可靠。/pp style="text-indent: 2em "据介绍，该项科技成果包括耳温计、额温计黑体空腔设计加工图纸、工艺要求和装备流程，均免费对地方计量技术机构开放，帮助地方加快建立自己的校准装置，提升红外测温仪校准能力，做好疫情防控计量保障。/pp style="text-indent: 2em "截至目前，已有近20家省级计量院所投入装备的加工制作，部分装置测试合格后已投入使用。/ppbr//p

防控甲型流感如何选用红外测温仪 德图专家解说要点世界卫生组织负责卫生安全的代理助理总干事福田敬二11日重申，甲型Ｈ1Ｎ1流感疫情的发展趋势不可预测，各国须做好防控流感大流行的充分准备。 我国内地首例甲型H1N1流感病例确诊后，防控工作再次成为关注的焦点。目前，我国机场、口岸进一步加强出入境发热旅客的体温监测，层层检疫，严防死守。如何确保检验检疫局、各口岸人体红外测温准确有效，德图专家解说要点。 国家规定：只有精度在±0.4 ℃以内的红外测温仪可用于防控甲型流感的体温排查。 传统的体温计测量耗时较多，不适宜进行大规模人群的体温排查。红外成像技术以其快速、方便的温度显示模式成为防控此类疫情的最普遍手段。但只有在确保精度的前提下，体温排查才是有效的。 针对目前市场上红外测温仪良莠不齐的情况，国家已出规定：用于防控甲型流感体温排查的每一台红外测温仪都必须经过中国计量院测量、获得精度证书，只有精度在±0.4 ℃以内的红外测温仪可投入使用。 有的放矢：红外测温仪使用前先调节发射率，测量更精确 所有物体会反射、透过和发射能量，用红外测温仪测温时，被测物体发射出的红外能量，通过红外测温仪的光学系统在探测器上转换为电信号，显示温度读数。而每一种物体的发射率是不同的。有些红外测温仪可改变发射率，多种材料的发射率值可从发射率表中找到。而其它发射率不可调的仪器测量时相对精确度没有那么高。 红外测温仪测量的一般是人体表面皮肤的温度，而非人体实际温度。使用前先用温度计准确测量人体温度，然后调节仪器发射率，使其一致。调节后的红外测温仪有的放矢，测量更精确。同时，为确保红外测温的稳定性，应定期及时进行校准比对。 抓中重点：将红外热像仪显示温度段调节为人体温度段，温度“显示”更细致 红外成像仪可以红外线转化为图像，从而使人可以看见“温度”。红外成像仪可以检测大范围面积的温度分布，并用不同颜色表示，因其直观、快速的特点，广泛应用于机场、各口岸等人流量较大的公共成所。 德图专家建议，用热像仪测温时，应将显示温度段调节为人体温度段，这样就先过滤掉周边不相关低温或高温物体，从而更精确显示被测人体的温度。从屏幕上看，颜色对比更强烈，更易帮助检疫检验人员，在人群中能快速、准确发现发热病人。 目前，各省市多家出入境检验检疫局选择了德图红外测温仪teato 845 和红外热像仪testo 880 经过中国计量院的测试，投入德图红外测温仪teato 845 和红外热像仪testo 880在人体温度段的精度均高于±0.4 ℃，完全胜任此次防控疫情体温排查的任务。德图每一台红外测量仪经过中国计量院的测试、获得精度证书后才被应用于防控疫情体温排查。目前，各省市多家出入境检验检疫局选择了德图红外测温仪teato 845 和红外热像仪testo 880。 德图红外测温仪testo 845可以调节光学分辨率，从而实现了远焦测量和近焦测量的合二为一。其中，远距离的光学分辨率高达75:1。对于检疫检疫人员来说，德图红外测温仪teato 845既可在远焦时测额头温度，也可在近焦时测耳道温度。该仪器具有十字激光瞄准功能，可以准确地定位测量人体，避免失误。 德图红外热像仪testo 880具有优良的红外成像测量技术，具有冷热点及中心点的自动定位功能，使人体的高温点无所遁形，一目了然。全红外、全可见、画中画三种图片显示模式可一键切换，更方便比对，以迅速定位温度异常人体。