Principios y problemas del uso de la tecnología de imágenes térmicas para medir y criar la temperatura del cuerpo humano

Debido a COVID-19, todas las partes del mundo están en pánico y desorden. En la producción y la vida diaria, el estándar de prueba para la salud física de las personas es de 37,3 ℃. Como resultado, varios dispositivos de medición de temperatura por infrarrojos han demostrado gradualmente su papel en la prevención de epidemias y su estado se ha vuelto cada vez más importante. Sin embargo, también han surgido algunas preguntas relacionadas: ¿Por qué las temperaturas del cuerpo humano medidas por diferentes dispositivos de medición de temperatura infrarroja son tan diferentes? ¿La Medición de temperatura infrarroja es real y confiable? ¿Es realmente útil para la prevención de epidemias?

Para conocer la verdad del asunto, primero debemos comprender el principio de medición de temperatura infrarroja.

Ⅰ. El principio de medición de temperatura infrarroja

Siempre que la temperatura de cualquier objeto sea superior al cero absoluto (-273,15 °C), emitirá radiación de calor hacia el exterior y también absorberá la radiación de calor emitida por otros objetos. La temperatura del objeto es diferente, la energía que irradia también es diferente y la longitud de onda de la onda de radiación también es diferente, pero siempre contiene radiación infrarroja. Para objetos por debajo de 1000 ° C, la onda electromagnética más fuerte en la radiación térmica son las ondas infrarrojas, por lo que la medición de la radiación infrarroja del objeto mismo puede determinar con precisión su temperatura superficial.

La LEY DE Kirchhoff (la Ley de la radiación térmica) cree que la relación entre la energía irradiada por un objeto en equilibrio térmico y la absorbancia no tiene nada que ver con las propiedades físicas del objeto en sí, pero solo con longitud de onda y temperatura.

Cuerpo negro

Si hay un objeto y se conoce la relación entre su energía radiante y la energía absorbida, use este objeto como estándar para detectar el calor irradiado por un objeto objetivo cercano. Y podemos inferir su temperatura superficial (el proceso y los métodos de deducción inversa son los siguientes: una gran cantidad). Este objeto estándar se llama cuerpo negro absoluto o cuerpo negro para abreviar.

Definición de cuerpo negro: Puede absorber toda la energía de cualquier longitud de onda irradiada a su superficie a cualquier temperatura. Esto significa que la relación entre el calor radiante y el calor absorbido del cuerpo negro es 1.

Debido a esta característica del cuerpo negro, en la medición de temperatura real, el cuerpo negro se puede utilizar como un estándar para medir la temperatura de otros objetos.

La calibración del cuerpo negro se puede llevar a cabo en el proceso de producción, y también se puede calibrar en línea en el entorno in situ. Pero esto es solo en teoría. En la práctica, hay muchas razones que afectarán la precisión de la medición de la temperatura.

Ligen. Factores que afectan la precisión de la medición de la temperatura del cuerpo humano:

A través del análisis anterior, si desea medir la temperatura corporal de una persona, los siguientes tres aspectos afectarán la precisión de la medición de la temperatura: el propio cuerpo humano, el proceso de transferencia de calor, y el detector de infrarrojos.

1. La temperatura del cuerpo humano:

La temperatura ambiente afectará la temperatura corporal del cuerpo humano.

El estado de ejercicio diferente afectará la temperatura corporal de las personas. La temperatura del cuerpo humano varía por la mañana y por la noche. La temperatura del cuerpo humano es la más baja en la madrugada, alcanza la más alta en la tarde y luego disminuye gradualmente. La temperatura de las mujeres es generalmente ligeramente más alta que la de los hombres. Diferentes partes del cuerpo humano tienen diferentes temperaturas. La superficie de la frente no está obstruida, los capilares están densamente distribuidos y la distribución de la temperatura es relativamente uniforme, lo que es un buen punto de medición de temperatura.

Como se mencionó anteriormente, la emisividad de un cuerpo negro es 1. Usando un cuerpo negro como estándar, el cuerpo humano es aproximadamente 0,98, que es similar a un cuerpo negro (el cuerpo negro real también es difícil de alcanzar 1). Por lo tanto, en alguna medición de temperatura real, puede tratar directamente a una persona como un cuerpo negro.

2. proceso de transferencia de calor

La energía térmica emitida por un objeto solo está relacionada con la temperatura y la longitud de onda, y la banda infrarroja concentra la mayor parte de la energía radiante. Para detectar la temperatura, no necesitamos detectar la energía de toda la banda, solo la banda infrarroja.

La radiación infrarroja de un objeto tiene mucho que ver con la penetrabilidad y la longitud de onda de la atmósfera. Afortunadamente, Dios ha abierto varias ventanas (nombre científico: ventana atmosférica infrarroja). Las ventanas atmosféricas principales incluyen 2μm -2.6μm, 3μm ~ 6μm y 8μm ~ 14μm. La tecnología de imágenes térmicas infrarrojas está utilizando la "ventana atmosférica" de la radiación infrarroja. (Muchos detectores de infrarrojos eligen Lentes de vidrio de germanio porque el vidrio de germanio tiene un buen rendimiento de transmisión de luz en la banda de 2 a 16 μm, y sus propiedades químicas son estables).

Aunque es una ventana, la transmitancia aún no llega a 1, por lo que la radiación térmica se atenuará en cierta medida debido a la distancia. Cuando la distancia está cerca, simplificamos el problema e ignoramos el impacto. Cuando la distancia es larga, la onda electromagnética infrarroja que se propaga en el aire será absorbida por gases como el dióxido de carbono, lo que provocará la atenuación de la energía, y se debe considerar la compensación de temperatura correspondiente.

3. Detector de infrarrojos

Hay dos tipos de detectores comúnmente utilizados para convertir la radiación térmica en señales eléctricas: detectores basados en termopila (termopar); detectores basados en el principio de medición de micro-radiación de resistencia.

Detectores basados en termopila (termopar): las pistolas de frente y los paneles de medición de temperatura de la cara utilizan principalmente este esquema. Las marcas de fabricantes comunes incluyen Melexis, Heimann, Amphenol, Oriental System y Shanghai Sunshine Technologies.