體溫測量原理以及各種花式體溫計盤點

正常體溫是大多數人在正常情況下的平均體溫,大約在37°C(98.6°F)。每個人體溫會在此正常值上下浮動1°F(0.6°C)。

正常體溫的變化與你的活動量和一天的時間有關系,也和體內荷爾蒙激素的分泌有關系。比如當女人排卵或者來例假時體溫會有更大的升高和降低。

體溫測量原理以及各種花式體溫計盤點

人體內的溫度也各不相同。直腸或者耳朵鼓膜溫度要比口腔溫度高0.3~0.6°C,而腋窩處溫度要低0.3~0.6°C。

使用普通的水銀體溫計一般需要在口腔、腋窩保持3~5分鐘。通過紅外方法測量體溫相對比較快捷,測量前額、耳朵鼓膜溫度則隻需幾秒鐘時間。

體溫測量原理以及各種花式體溫計盤點

體溫測量原理以及各種花式體溫計盤點

體溫測量原理以及各種花式體溫計盤點

紅外溫度計屬於非接觸式測溫,它是利用物體熱輻射與物體溫度之間的關系來工作的。

熱量通常由熱傳導、對流、熱輻射三種方式來進行傳遞。熱輻射本質上是一定波長的電磁波,波長范圍在0.7~1000微米。實際使用紅外溫度計測量熱輻射波長范圍在0.7~14微米,大多數物體在這個范圍內輻射最強。

物體吸收能量(包括熱能)會引起溫度上升,從而也會輻射熱能。在熱平衡時,吸收的熱能(Wa)等於發送的熱能(We)。物體溫度會通過兩種形式反映在輻射熱能上。

一種方式就是熱能總量與物體絕對溫度呈現四次方的關系:

體溫測量原理以及各種花式體溫計盤點

We:熱輻射能力;E:物體輻射系數; σ:Stefan-Boltzmann常數。T:物體絕對溫度;A:發射面積。

通常情況下,被測物體的E,A,σ都是常量,所以可以通過測量We反過來求得物體溫度。這種方法需要事先通過標定確定E、A等參數。

第二種影響方式是物體輻射能量密度與紅外波長關系會受到溫度影響。溫度越高,輻射能量曲線峰值就越短。下圖顯示瞭黑體相對輻射能量在兩種溫度下的頻率曲線。

體溫測量原理以及各種花式體溫計盤點

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體溫測量原理以及各種花式體溫計盤點

基於光電檢測的傳感器響應速度很快。使用矽半導體制作紅外光傳感器,受到紅外線照射後會產生自由電子,進而改變導電性能。

測量環境中的空氣、水蒸氣以及其它遮擋物也會改變物體輻射曲線。通常在紅外溫度計中的光學部分增加不同的濾波片,隻選擇特定頻率紅外線進行檢測,可以減少這類影響。

體溫測量原理以及各種花式體溫計盤點

體溫測量原理以及各種花式體溫計盤點

體溫測量原理以及各種花式體溫計盤點

手邊有一款AR802B紅外測溫儀,它標註的測量距離與視野大小比D:S=12。在測量距離12厘米的距離,視野的尺寸也就是1厘米左右。

同樣有一塊半導體制冷片,它的邊長為4厘米。施加12V電壓之後,表面可以產生-10攝氏度 。它可以當做室溫環境中的一個溫度校驗塊,測試一下紅外測溫儀中的測量范圍。

體溫測量原理以及各種花式體溫計盤點

使用AR802B在不同的距離對準制冷片進行掃描,可以間接測量得它的測溫視野范圍。

下圖顯示瞭在距離從1厘米到41厘米四種距離下,AR802B對準制冷塊方向,水平移動。在不同的橫向偏移量情況下,紅外測溫儀的讀數顯示的曲線。

體溫測量原理以及各種花式體溫計盤點

體溫測量原理以及各種花式體溫計盤點

體溫測量原理以及各種花式體溫計盤點

由於紅外測溫儀是根據物體輻射來測溫,是反映瞭物體表面的溫度,對於物體內部的溫度則無法測量。

即使物體是透明的,內部溫度和外部輻射溫度還是有很大區別。使用AR802B測量熱水壺在加熱之後溫度的變化。同時使用熱電偶伸到熱水壺內部,直接測量水溫。對比一下測量得到的溫度結果。

下圖顯示瞭加熱過程,兩種測量方法所得到的溫度變化。

體溫測量原理以及各種花式體溫計盤點

通過紅外測溫儀中讀取的溫度要比熱電偶直接測量結果小五攝氏度左右。

如果是降溫,則紅外測溫儀中所得到的數值比內部要低。

將上面的開水泡方便面,AR802B測量面碗內的溫度要比實際熱電偶測量內部的溫度低30~40°。

體溫測量原理以及各種花式體溫計盤點

使用手持測溫儀測量體溫時,距離身體需要在20厘米之內。如果需要得到身體的真實溫度,最好是靠近耳朵,測量耳蝸內的溫度。當然,測量前需要將耳朵掏幹凈瞭。(以上作者:卓晴來源:TsinghuaJoking)
下面一起看看這種花式體溫計:

“非接觸式”紅外體溫檢測儀的三大系列

紅外體溫檢測儀大致可分為“非接觸式”和“接觸式”。其中“非接觸式”設備中又可分為便攜式、在線式和掃描式三大系列,每一個系列又有不同的型號和規格。

1、便攜式紅外體溫檢測儀

我們常見的便攜式紅外體溫檢測設備有耳溫槍、額溫槍、手持式紅外體溫檢測儀,該類產品的價格相對較便宜,大約在幾百元到上千元之間。

當前,國內市場對手持式紅外體溫檢測儀的需求較大,本月2日工信部表示,2020年我國對該類設備的需求約為55萬臺。與耳溫槍、額溫槍相比,手持式紅外體溫檢測儀的確有更大的優勢。

·耳溫槍

耳溫槍通常使用熱電堆傳感器,此傳感器包含瞭光學系統、光電探測器——熱電堆、熱敏電阻。耳溫槍通過熱電堆傳感器來檢測人體鼓膜的遠紅外輻射強度,其所得到的結果與被測物的輻射強度及熱電堆本身的溫度相關,通過計算輻射強度及熱電堆本身的溫度即可得到被測物的溫度。據瞭解,耳溫槍允許存在一定的誤差,通常在36-39℃范圍內,誤差為±0.2℃,高於39℃和低於36℃時,誤差為±0.3℃。

雖然耳溫槍並不接觸鼓膜,但是在使用過程中需要把探頭放置在外耳道深處,這樣實際上也會接觸皮膚。所以嚴格意義上來說,它不適合作為一線人員的疫情排查工具。

·額溫槍

額溫槍是傢庭生活中較為常見的非接觸式紅外體溫計,它主要由紅外探頭組件、主線路板組件、LCD顯示組件和外殼組件組成。該設備在使用過程中,將探頭對準額前3-5厘米處,按一下測量鈕,約等幾秒即能顯示測量數據,額溫槍測量精度一般為±0.3℃。

基於該特性,這個產品較適合傢庭用戶、賓館、圖書館、企事業單位,以及醫院、學校、海關、機場等綜合性場所來排查流感。對於當前的疫情而言,由於其測量距離僅為幾厘米,且顯示測量結果有1-3秒左右的延時,在人流量過大時,該設備的效率會比較低。

·手持式紅外體溫檢測儀

手持紅外體溫檢測儀由光學系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成,具備便捷、精確、安全的優勢。在醫療、設備故障診斷中的應用較為廣泛。

其工作原理是,將物體發射的紅外線具有的輻射能轉變成電信號。紅外線輻射能的大小與物體本身的溫度相對應,根據轉變成電信號大小,確定測量物體表面的溫度。

不同於點觸式測溫的耳溫槍和額溫槍,手持式紅外體溫檢測儀能在1米-1.5米的范圍內,對準人臉進行面陣非接觸式測溫,而且其測量結果可實時顯現。因此,它更適合應用在高速路口、醫院、社區等相對較小的場景,其需求量較大。

2、在線式紅外體溫監測系統

在人流密集的高鐵站、火車站、汽車站、地鐵站等場所中,如果使用手持式紅外體溫檢測儀,容易出現漏檢的情況。在這些場所中佈設在線式紅外體溫篩查儀,結合專用紅外鏡頭、可控制重型雲臺、護罩等設備,可集成一套完整的紅外在線監控系統。在線式設備的價格較昂貴,據《國際電子商情》瞭解,一些廠商該類產品報價6萬元左右。不過,某方案商一套含黑體的在線式紅外體溫監測系統的報價達15萬元(含稅),不含黑體的方案報價13萬元(含稅)。

實際上,線式紅外體溫監測系統多用於工業生產現場的在線測溫,分為一體式和分佈式形態,在人體體溫檢測應用中以分佈式為主。這類系統利用紅外熱圖像技術,可同時監測大范圍人群的體溫,測量精度為±0.5℃/±0.3℃(具體看有無黑體),與可見光視頻配合時,能快速找出並追蹤體溫較高的人員,並發出警報信號,可實現全天候監控。該系統針對人臉進行溫度測量,不會因煙頭、食物等其他高溫物體而誤報警。

(紅外體溫檢測設備中的黑體是指:一個恒溫目標,黑體安裝在攝像機的視野裡,後者對黑體進行溫度測量,並以此為基準實時進行測溫校準,以達到人體測溫精度在±0.3℃的要求。如果沒有黑體,使用熱成像攝像機進行人體測溫,測溫精準度可能為±1℃。)

在集成人臉識別、手機探針、AI等技術時,還可掌握體溫較高人員的更多信息。此外,這類系統還支持24小時在線存儲,可通過遠程監控網絡上傳報警圖像和視頻至監控中心進行分析處理。廣泛應用於火車站、汽車站、地鐵站、飛機場、醫院、學校、政府大樓、企事業單位、商場、菜市場、園區等公共場所人體體溫異常排查。

3、掃描式紅外體溫檢測儀

在人流量較大的場所中,也有很多掃描式紅外體溫檢測設備的應用。掃描式系列包括門式自動掃描紅外體溫檢測儀、懸掛式自動掃描紅外體溫檢測儀、立式掃描紅外體溫檢測儀等。這些不同形態的設備,分散佈局在各個場所,助力一線工作人員的抗“疫”工作。

·門式自動掃描紅外體溫檢測儀

門式自動掃描紅外體溫檢測儀,也稱全自動紅外熱成像測溫告警系統。該系統由一體式安檢門、臺式機套裝組合而成,利用紅外熱成像技術,可對所有通過安檢門的人員進行無感紅外人體溫度篩查。設備一旦監測到體溫超標的目標就會自動報警並拍照留存,可大面積排查人群中的發熱人員,提高疫情防控效率。

一般該類設備的測溫范圍為20℃-50℃,測溫精度為±0.5℃/±0.3℃(具體看有無黑體),測試的距離為1-1.5米,適合室內/無風的環境中使用,可在車站、醫院、工廠、學校、商場、寫字樓等可新建人員通道的場景中使用。據《國際電商情》瞭解,門式紅外體溫檢測儀的價格一般在近萬元到近十萬元之間。

值得註意的是,門式紅外體溫檢測儀與平時我們在高鐵站、機場安檢口、博物館等場所看到的安檢門外形相似。市面上也有金屬探測和體溫檢測融合的方案:通過金屬安檢門前,先進行紅外人體測溫,如果被測量人的人體溫異常,則會發出報警聲。

另外,還有一種與門式較為相似的懸掛式紅外體溫檢測儀。該類設備在測量方式和外形上,都與門式紅外體溫檢測儀接近。

·立式自動掃描紅外體溫檢測儀

在小場景通道需要快速通行的場合,也會看到立式自動掃描紅外體溫檢測儀的身影。由立式紅外體溫檢測儀和支架、臺式機套裝組成全套立式測溫系統。經《國際電子商情》瞭解,廠商對立式自動掃描紅外體溫檢測儀的報價一般為近萬元至近十萬元之間。

立式紅外體溫檢測儀主要是測量人體額頭的表面溫度,根據人體額頭的溫度與體溫的關系得到人體的實際體溫。當溫度讀數超過高溫報警值時,儀器會發出報警聲,同時紅色報警燈點亮。該設備的測量精度為±0.5℃/±0.3℃(具體看有無黑體)。

因為佈設立式自動掃描紅外體溫檢測儀非常快捷方便,測量效率比一般的手持式紅外體溫檢測儀更高。且具備數據存儲能力和雲端接入能力,能篩選發熱目標、自動報警抓拍、智能人臉識別、自動校溫。適用於地鐵站、醫院、工廠、學校等人流有序進出的場所。

其他形式的紅外體溫檢測設備

因為紅外體溫檢測儀器根據不同的使用場景,有不同的形態。我們也能在一些特殊的使用場景中,看到各種形態。(作者:Clover)

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