背景
3月12號,世界衛生組織宣布新冠肺炎為全球性流行病,迄今為止全球已有超過3000萬感染的病例,中國雖然較早地爆發了疫情,但隨即採取了強力有效的措施率先控制了疫情的傳播,這些措施中包括廣泛地使用非接觸紅外測溫對疑似發熱進行篩查,這些廣泛使用的設備除了有需手持使用的槍式紅外額溫計外,也應用了眾多的自動測量設備,在地鐵、車站等人流量大的場合,可以使用熱成像人臉識別攝像機快速測溫,可以快速地篩查多人的表面體溫,但此類設備價格高昂,並且需要多個設備配套,安裝使用時也需要較大的空間安置設備。
對於辦公室、教室、商店、公交車等人流量較少的場所,應用熱成像攝像頭並不一定合適,而用手持式額溫槍需要專人操作,那麼一種較低成本、自動測量的測溫系統可以滿足這些場景下非接觸測溫的需求。
原理介紹
非接觸紅外測試儀的核心元器為熱電堆傳感器,凡是溫度高於絕對零度(0 K或-273.15℃)的物體,均會自表面向外發出紅外輻射,且該輻射與物體的固有溫度成比例,應用熱電堆傳感器可以檢測目標人體/物體與傳感器之間的輻射強度輸出為電壓。
圖1. 熱電堆傳感器的應用
圖2. 電壓與目標溫度的關係
使用ADC模數轉換讀取傳感器模擬電壓,並計算或查表換算成目標溫度,再與傳感器的本體溫度相加,即可計算出目標表面的溫度,傳感器內置有NTC熱敏電阻,通過ADC讀出計算NTC的電阻值,將電阻值換算成傳感器本體的溫度。
圖3.一種紅外測溫儀的原理
圖4. 恆溫水槽校準
每個傳感器輸出電壓與實際溫度的比例是一樣的,但是電壓輸出幅度卻不相同,每個NTC電阻也會存在誤差,輸出的電阻在相同溫度也不一致,這就需要紅外測溫儀在生產時需要使用恆溫房、恆溫水槽、黑體爐等設施、設備對傳感器進行校準、標定,經過校準與標定後的紅外測溫儀可以測得目標溫度的準確表面溫度。
從紅外測溫原理上可知,傳感器本體溫度與熱電堆本身的精度,都會直接影響到目標表面絕對溫度測量的精度,在使用中,如果環境溫度與傳感器本體的溫度差別較大(進入到不同環境溫度的瞬間),將很難保證測量的精度,所以此類設備的使用都會要求設備進入到環境本體溫度穩定後再使用。同時為了保證測量的精度,需要減少環境溫度(環境不可能是恆溫)對傳感器本身的影響,所以熱電堆傳感器設計時需要搭配銅套,其目的是為了提高傳感器本身的熱沉與熱容,即減小外界快速擾動環境溫度對傳感器測量精度的影響。
圖5. 銅套與傳感器
用紅外溫度儀可以直接取得人體表面的準確溫度,但人體表面的溫度是低於人體內部體溫的,越遠離核心的部位體溫越低,並且在氣溫降低下,表面溫度會進一步降低。
圖6. 人體表面溫度與環境溫度的關係
正常健康的不同的人體內溫度相差不大,多為36.7攝氏度,但是不同個體之間體表差異會很大,夏天25度室內環境下,體胖、強壯的個體手掌心表面實際溫度可能超過35.5攝氏度,而相同環境下體弱、瘦弱的人手掌心溫度可能還不到30攝氏度,臨床上,收集大量的不同個體在不同環境溫度下的表面溫度與實際體溫的對照的臨床數據,計算公式,紅外測溫儀在使用的時候,即可將測得的表面溫度與溫度估算成人體體溫。
相對來說,額頭眉心與人體內部體溫比較接近,耳道可以深入內部測量,與核心溫度會更接近,所以常用的手持紅外測溫儀通常測量這兩個位置,俗稱為額溫槍與耳溫槍。
由於紅外測溫產品具有非接觸測量、測溫速度快、精準度高等特點,故越來越的場所(如:車站、機場、公交、計程車、住宅、辦公樓宇、商超等眾多公共場所)選擇應用該技術的測溫產品進行體溫篩查,不但可以從源頭有效規避交叉感染的機率,更可以幫助企業減少人力成本和強大的數據拓展。