Princípios e questões do uso da tecnologia de imagens térmicas para medir e medir a temperatura do corpo humano

Por causa COVID-19, todas as partes do mundo estão em pânico e desordem. Na produção diária e na vida, o padrão de teste para a saúde física das pessoas é de 37,3 °C. Como resultado, vários dispositivos infravermelhos de medição de temperatura demonstraram gradualmente seu papel na prevenção de epidemias, e seu status tornou-se cada vez mais importante. No entanto, algumas questões relacionadas também surgiram: Por que as temperaturas do corpo humano são medidas por diferentes dispositivos infravermelhos de medição de temperatura são tão diferentes? A medição da temperatura infravermelha é real e confiável? É realmente útil para a prevenção de epidemias?

Para saber a verdade da questão, devemos primeiro entender o princípio da medição da temperatura infravermelha.

Ⅰ. O princípio da medição da temperatura infravermelha

Desde que a temperatura de qualquer objeto seja superior ao zero absoluto (-273,15 ° C), ele emitirá radiação de calor para o exterior e também absorverá a radiação de calor emitida por outros objetos. A temperatura do objeto é diferente, a energia que ele irradia também é diferente, e o comprimento de onda da onda de radiação também é diferente, mas sempre contém radiação infravermelha. Para objetos abaixo de 1000 ° C, a onda eletromagnética mais forte na radiação térmica são as ondas infravermelhas, de modo que a medição da radiação infravermelha do próprio objeto pode determinar com precisão sua temperatura superficial.

A lei de Kirchhoff (a lei da radiação térmica) acredita que a razão entre a energia irradiada por um objeto em equilíbrio térmico e a absorvância não tem nada a ver com as propriedades físicas do próprio objeto, mas apenas com comprimento de onda e temperatura.

Corpo preto

Se houver um objeto e a proporção de sua energia radiante para a energia absorvida for conhecida, use esse objeto como padrão para detectar o calor irradiado por um objeto alvo próximo, e podemos inferir sua temperatura superficial (o processo e os métodos de dedução reversa são os seguintes: muito). Este objeto padrão é chamado de corpo preto absoluto ou corpo preto para abreviar.

Definição de corpo negro: pode absorver toda a energia de qualquer comprimento de onda irradiado para sua superfície em qualquer temperatura. Isso significa que a proporção do calor radiante para o calor absorvido do corpo negro é de 1.

Por causa dessa característica do corpo negro, na medição real da temperatura, o corpo negro pode ser usado como padrão para medir a temperatura de outros objetos.

A calibração do corpo negro pode ser realizada no processo de produção e também pode ser calibrada online no ambiente local. Mas isso é apenas em teoria. Na prática, existem muitas razões que afetarão a precisão da medição da temperatura.

Exply. Fatores que afetam a precisão da medição da temperatura do corpo humano:

Através da análise acima, se você quiser medir a temperatura corporal de uma pessoa, os três aspectos a seguir afetarão a precisão da medição da temperatura: o próprio corpo humano, o processo de transferência de calor, e o detector infravermelho.

1. a temperatura do corpo humano:

A temperatura ambiente afetará a temperatura corporal do corpo humano.

O status de exercício diferente afetará a temperatura corporal das pessoas. A temperatura do corpo humano varia de manhã e à noite. A temperatura do corpo humano é a mais baixa no início da manhã, atinge a mais alta à tarde e depois diminui gradualmente. A temperatura das mulheres é geralmente ligeiramente superior à dos homens. Diferentes partes do corpo humano têm diferentes temperaturas. A superfície da testa é desobstruída, os capilares são densamente distribuídos e a distribuição da temperatura é relativamente uniforme, o que é um bom ponto de medição da temperatura.

Como mencionado acima, a emissividade de um corpo negro é 1. Usando um corpo preto como padrão, o corpo humano tem cerca de 0,98, o que é semelhante a um corpo negro (o corpo preto real também é difícil de atingir 1). Portanto, em algumas medições reais de temperatura, você pode tratar diretamente uma pessoa como um corpo negro.

2. processo de transferência de calor

A energia térmica emitida por um objeto está relacionada apenas à temperatura e ao comprimento de onda, e a banda infravermelha concentra a maior parte da energia radiante. Para detectar a temperatura, não precisamos detectar a energia de toda a banda, apenas a banda infravermelha.

A radiação infravermelha de um objeto tem muito a ver com a penetrabilidade e o comprimento de onda da atmosfera. Felizmente, Deus abriu várias janelas (nome científico: janela atmosférica infravermelha). As principais janelas atmosféricas incluem 2μm -2.6μm, 3μm ~ 6μm e 8μm ~ 14μm. A tecnologia de imagem térmica infravermelha está usando a "janela atmosférica" da radiação infravermelha. (Muitos detectores infravermelhos escolhem lentes de vidro de germânio porque o vidro de germânio tem bom desempenho de transmissão de luz na banda de 2-16μm e suas propriedades químicas são estáveis.)

Embora seja uma janela, a transmitância ainda não chega a 1, então a radiação térmica será atenuada até certo ponto devido à distância. Quando a distância está próxima, simplificamos o problema e ignoramos o impacto. Quando a distância é longa, a onda eletromagnética infravermelha que se propaga no ar será absorvida por gases como o dióxido de carbono, causando atenuação de energia, e a compensação de temperatura correspondente precisa ser considerada.

3. detector infravermelho

Existem dois tipos de detectores comumente usados para converter radiação térmica em sinais elétricos: detectores baseados em termopilha (termopar); detectores baseados no princípio da medição de micro-radiação de resistência.

Detectores baseados em termopilha (termopar): pistolas de testa e painéis de medição de temperatura facial usam principalmente este esquema. As marcas comuns do fabricante incluem Melexis, Heimann, Amphenol, Oriental System e Shanghai Sunshine Technologies.