涨姿势!原来红外测温是这样玩的~
时间: 2020-09-21作者:安服优

背景

3月12号,世界卫生组织宣布新冠肺炎为全球性流行病,迄今为止全球已有超过3000万感染的病例,中国虽然较早地爆发了疫情,但随即采取了强力有效的措施率先控制了疫情的传播,这些措施中包括广泛地使用非接触红外测温对疑似发热进行筛查,这些广泛使用的设备除了有需手持使用的枪式红外额温计外,也应用了众多的自动测量设备,在地铁、车站等人流量大的场合,可以使用热成像人脸识别摄像机快速测温,可以快速地筛查多人的表面体温,但此类设备价格高昂,并且需要多个设备配套,安装使用时也需要较大的空间安置设备。

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对于办公室、教室、商店、公交车等人流量较少的场所,应用热成像摄像头并不一定合适,而用手持式额温枪需要专人操作,那么一种较低成本、自动测量的测温系统可以满足这些场景下非接触测温的需求。

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原理介绍

非接触红外测试仪的核心元器为热电堆传感器,凡是温度高于绝对零度(0 K或-273.15℃)的物体,均会自表面向外发出红外辐射,且该辐射与物体的固有温度成比例,应用热电堆传感器可以检测目标人体/物体与传感器之间的辐射强度输出为电压。

图1. 热电堆传感器的应用

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图2. 电压与目标温度的关系

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使用ADC模数转换读取传感器模拟电压,并计算或查表换算成目标温度,再与传感器的本体温度相加,即可计算出目标表面的温度,传感器内置有NTC热敏电阻,通过ADC读出计算NTC的电阻值,将电阻值换算成传感器本体的温度。

图3.一种红外测温仪的原理

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图4. 恒温水槽校准

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每个传感器输出电压与实际温度的比例是一样的,但是电压输出幅度却不相同,每个NTC电阻也会存在误差,输出的电阻在相同温度也不一致,这就需要红外测温仪在生产时需要使用恒温房、恒温水槽、黑体炉等设施、设备对传感器进行校准、标定,经过校准与标定后的红外测温仪可以测得目标温度的准确表面温度。

从红外测温原理上可知,传感器本体温度与热电堆本身的精度,都会直接影响到目标表面绝对温度测量的精度,在使用中,如果环境温度与传感器本体的温度差别较大(进入到不同环境温度的瞬间),将很难保证测量的精度,所以此类设备的使用都会要求设备进入到环境本体温度稳定后再使用。同时为了保证测量的精度,需要减少环境温度(环境不可能是恒温)对传感器本身的影响,所以热电堆传感器设计时需要搭配铜套,其目的是为了提高传感器本身的热沉与热容,即减小外界快速扰动环境温度对传感器测量精度的影响。

图5. 铜套与传感器

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用红外温度仪可以直接取得人体表面的准确温度,但人体表面的温度是低于人体内部体温的,越远离核心的部位体温越低,并且在气温降低下,表面温度会进一步降低。

图6. 人体表面温度与环境温度的关系

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正常健康的不同的人体内温度相差不大,多为36.7摄氏度,但是不同个体之间体表差异会很大,夏天25度室内环境下,体胖、强壮的个体手掌心表面实际温度可能超过35.5摄氏度,而相同环境下体弱、瘦弱的人手掌心温度可能还不到30摄氏度,临床上,收集大量的不同个体在不同环境温度下的表面温度与实际体温的对照的临床数据,计算公式,红外测温仪在使用的时候,即可将测得的表面温度与温度估算成人体体温。

相对来说,额头眉心与人体内部体温比较接近,耳道可以深入内部测量,与核心温度会更接近,所以常用的手持红外测温仪通常测量这两个位置,俗称为额温枪与耳温枪。

 

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由于红外测温产品具有非接触测量、测温速度快、精准度高等特点,故越来越的场所(如:车站、机场、公交、出租车、住宅、办公楼宇、商超等众多公共场所)选择应用该技术的测温产品进行体温筛查,不但可以从源头有效规避交叉感染的机率,更可以帮助企业减少人力成本和强大的数据拓展。