红外热成像仪测量体温的原理

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发表时间:2020-06-03 15:37作者:kdacctv

红外热成像仪是一种能够利用红外波进行成像的装置。由于红外波与光波波长差别很大,有很多不同的特性,红外热成像仪能够实现许多有用的特性,在工业监测、火灾救援、公共安全和军事等领域发挥着重要的应用。


一般常用的红外热成像仪是通过对 9~14 μm 波段的电磁波来进行成像和探测实现的。根据黑体辐射原理,任何物体都在向外辐射电磁波,温度越高,辐射的电磁波波长越短。太阳的温度很高(高达5700 K左右),所以太阳辐射的电磁波峰在500 nm左右。而对于常温(27℃)的物体,其辐射峰值约在10 μm左右,并且辐射功率与温度正相关。所以如果有一种类似相机的设备,能够探测 9~14 μm 的电磁波,将能够利用物体自身的辐射来进行成像,而不需要外部的照明光源。由于辐射的强弱与温度正相关,因此,成像的亮度也与物体的温度正相关:温度越高,辐射功率越高,探测到的信号越强,对应的成像也就越亮。因此,这种成像设备能够用来测试物体表面的温度分布。由于是利用物体自身的辐射进行成像,不需要额外的照明光源,所以在夜晚等环境下也能够成像,实现类似夜视仪的效果。


由于这个波段的电磁波辐射也被称为红外波,所以这种设备就也被称为红外热成像仪。


在硬件上来看,红外热像仪与常用的相机结构基本类似,主要包括接收红外波进行红外成像的红外镜头,和对红外波进行探测的红外探测器。


红外镜头与普通光学镜头原理类似,即通过对红外波的折射操控其传输方向,实现成像的目的。但是用的材料是对红外波吸收较小的锗晶体,硅晶体,和硫化物玻璃等。


红外探测器 其中的能够探测电磁波的探测器也有多种技术实现方案,包括非制冷型红外焦平面阵列探测器,制冷型红外探测器等。不过这类探测器技术还不是很成熟,性能还有待提高。如何提升这类探测器的性能也是工业界和学术界研究的课题。在测试体温的应用中,一般用成本较低,同时性能也差一些的非制冷型红外焦平面探测器。


红外热成像仪经常被用于工业测量,监控设备温度变化等应用中起着重要的作用。同时由于中红外波比较容易穿透烟雾,因而红外热成像仪也经常用于火灾救援等任务中。


在这次新冠状病毒疫情中,由于感染的一个明显症状是发热,因而对人体体温进行快速准确的测量对疫情的防控具有重要意义。有不少检测站点用红外热成像仪进行人体温度的测量。


但是应用红外热成像仪测量温度在理论上存在一些限制,使得其测试物体的绝对温度存在一定的误差。这个限制,从本质上讲,是红外热成像仪探测到的红外波的强度不只与物体的温度有关,还与物体的辐射率、物体与红外热像仪的距离有关。


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