Nguyên Tắc và vấn đề sử dụng công nghệ hình ảnh nhiệt để đo và sàng lọc nhiệt độ cơ thể người

Bởi vì năm COVID-19, tất cả các nơi trên thế giới đều hoảng loạn và rối loạn. Trong sản xuất và cuộc sống hàng ngày, tiêu chuẩn thử nghiệm sức khỏe thể chất của mọi người là 37.3 ℃. Do đó, các thiết bị đo nhiệt độ hồng ngoại khác nhau đã dần dần chứng minh vai trò của chúng trong phòng chống dịch bệnh và tình trạng của chúng ngày càng trở nên quan trọng. Tuy nhiên, một số câu hỏi liên quan cũng đã xuất hiện: Tại sao nhiệt độ cơ thể con người được đo bằng các thiết bị đo nhiệt độ hồng ngoại khác nhau lại khác nhau như vậy? Đo Nhiệt Độ Hồng Ngoại Có thật và đáng tin cậy không? Nó có thực sự hữu ích cho việc phòng chống dịch bệnh?

Để biết sự thật của vấn đề, trước tiên chúng ta phải hiểu nguyên tắc đo nhiệt độ hồng ngoại.

Ⅰ. Nguyên lý đo nhiệt độ hồng ngoại

Miễn là nhiệt độ của bất kỳ vật thể nào cao hơn không tuyệt đối (-273.15 ° C), nó sẽ phát ra bức xạ nhiệt ra bên ngoài và cũng hấp thụ bức xạ nhiệt phát ra từ các vật thể khác. Nhiệt độ của vật thể khác nhau, năng lượng mà nó tỏa ra cũng khác nhau và bước sóng của sóng bức xạ cũng khác nhau, nhưng nó luôn chứa bức xạ hồng ngoại. Đối với các vật thể dưới 1000 ° C, sóng điện từ mạnh nhất trong bức xạ nhiệt là sóng hồng ngoại, do đó việc đo bức xạ hồng ngoại của vật thể có thể xác định chính xác nhiệt độ bề mặt của nó.

Định Luật kirchhoff (định luật bức xạ nhiệt) tin rằng tỷ lệ năng lượng bức xạ bởi một vật thể trong cân bằng nhiệt với sự hấp thụ không liên quan gì đến tính chất vật lý của chính vật thể, nhưng chỉ với bước sóng và nhiệt độ.

Thân màu đen

Nếu có một vật thể và tỷ lệ năng lượng bức xạ của nó với năng lượng hấp thụ được biết đến, thì hãy sử dụng vật thể này như một tiêu chuẩn để phát hiện nhiệt bức xạ bởi một vật thể mục tiêu gần đó, và chúng ta có thể suy ra nhiệt độ bề mặt của nó (quá trình và phương pháp khấu trừ ngược lại như sau: Rất nhiều). Vật thể tiêu chuẩn này được gọi là vật thể màu đen tuyệt đối, hay viết tắt là vật thể màu đen.

Định nghĩa của cơ thể màu đen: Nó có thể hấp thụ tất cả năng lượng của bất kỳ bước sóng nào bức xạ lên bề mặt của nó ở bất kỳ nhiệt độ nào. Điều này có nghĩa là tỷ lệ nhiệt bức xạ với nhiệt hấp thụ của cơ thể màu đen là 1.

Do đặc tính của thân màu đen này, trong đo nhiệt độ thực tế, thân màu đen có thể được sử dụng làm tiêu chuẩn để đo nhiệt độ của các vật thể khác.

Việc hiệu chuẩn thân màu đen có thể được thực hiện trong quá trình sản xuất, và nó cũng có thể được hiệu chuẩn trực tuyến trong môi trường tại chỗ. Nhưng đây chỉ là trên lý thuyết. Trong thực tế, có nhiều lý do sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo nhiệt độ.

Ⅱ. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo nhiệt độ cơ thể người:

Thông qua phân tích trên, nếu bạn muốn đo nhiệt độ cơ thể của một người, ba khía cạnh sau đây sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo nhiệt độ: chính cơ thể con người, quá trình truyền nhiệt, và máy dò hồng ngoại.

1. Nhiệt độ của cơ thể người:

Nhiệt độ môi trường xung quanh sẽ ảnh hưởng đến nhiệt độ cơ thể của cơ thể con người.

Tình trạng tập thể dục khác nhau sẽ ảnh hưởng đến nhiệt độ cơ thể của mọi người. Nhiệt độ của cơ thể con người thay đổi vào buổi sáng và buổi tối. Nhiệt độ cơ thể con người thấp nhất vào sáng sớm, đạt mức cao nhất vào buổi chiều, sau đó giảm dần. Nhiệt độ của phụ nữ thường cao hơn một chút so với nam giới. Các bộ phận khác nhau của cơ thể con người có nhiệt độ khác nhau. Bề mặt trán không bị cản trở, các mao mạch phân bố dày đặc và phân bố nhiệt độ tương đối đồng đều, đây là điểm đo nhiệt độ tốt.

Như đã đề cập ở trên, Độ phát xạ của thân màu đen là 1. Sử dụng cơ thể màu đen làm tiêu chuẩn, cơ thể con người Khoảng 0.98, tương tự như cơ thể màu đen (cơ thể màu đen thực tế cũng khó đạt được 1). Do đó, trong một số phép đo nhiệt độ thực tế, bạn có thể trực tiếp đối xử với một người như một cơ thể màu đen.

2. Quá trình truyền nhiệt

Năng lượng nhiệt phát ra từ một vật thể chỉ liên quan đến nhiệt độ và bước sóng, và dải hồng ngoại tập trung phần lớn năng lượng bức xạ. Để phát hiện nhiệt độ, chúng ta không cần phát hiện năng lượng của toàn bộ băng tần, chỉ có dải hồng ngoại.

Bức xạ hồng ngoại của vật thể có liên quan nhiều đến khả năng xuyên thấu và bước sóng của khí quyển. May mắn thay, chúa đã mở một số Cửa Sổ (Tên khoa học: Cửa sổ khí quyển hồng ngoại). Các cửa sổ khí quyển chính bao gồm 2μm -2.6μm, 3μm ~ 6μm và 8μm ~ 14μm. Công nghệ hình ảnh Nhiệt Hồng Ngoại đang sử dụng "cửa sổ khí quyển" của bức xạ hồng ngoại. (Nhiều máy dò hồng ngoại chọn thấu kính thủy tinh Germanium vì thủy tinh Germanium có hiệu suất truyền ánh sáng tốt trong dải 2-16μm và tính chất hóa học của nó ổn định.)

(Transmittance độ truyền, 长độ dài sóng, 分子 hấp thụ phân tử, Spectrum phổ truyền khí quyển)

Mặc dù là cửa sổ, độ truyền qua vẫn không đạt 1, do đó bức xạ nhiệt sẽ bị suy giảm ở một mức độ nhất định do khoảng cách. Khi khoảng cách gần, chúng tôi đơn giản hóa vấn đề và bỏ qua tác động. Khi khoảng cách dài, sóng điện từ hồng ngoại lan truyền trong không khí sẽ được hấp thụ bởi các khí như carbon dioxide, gây suy giảm năng lượng và cần xem xét bù nhiệt độ tương ứng.

3. Máy dò hồng ngoại

Có hai loại Máy dò thường được sử dụng để chuyển đổi bức xạ nhiệt thành tín hiệu điện: Máy dò dựa trên nhiệt điện (cặp nhiệt điện); Máy dò dựa trên nguyên tắc đo điện trở vi bức xạ.

Máy dò nhiệt điện (Cặp nhiệt điện): Súng Đo trán và tấm đo nhiệt độ mặt Chủ yếu sử dụng sơ đồ này. Các thương hiệu Nhà sản xuất phổ biến bao gồm melexis, heimann, amphenol, Oriental System và Shanghai Sunshine Technologies.