科普丨带你3分钟了解红外测温仪

近期，新型冠状病毒感染的肺炎疫情严峻，测量体温成为防控疫情的必要手段。体温测量设备主要分为接触式和非接触式，两者最大的区别为是否接触被测者的皮肤，非接触式的主要有红外额温计、红外耳温计及红外筛检仪，均是利用物体热辐射与物体温度之间的关系来测量温度。

而在这次疫情中人体红外测温仪因其非接触、效率高、使用方便的特点在人流密集的各交通关口、医院、住宅小区、企事业单位广泛用。

要想知道红外测温仪为什么这样神奇，首先还得从它的工作原理说起。

红外热成像仪的发展历程

1800年，英国天文学家F.W.赫歇尔发现了红外线。

上世纪70年代，热成像系统和电荷耦合器件被成功应用。

上世纪末，以焦平面阵列（FPA）为代表的红外器件被成功应用。

红外技术的核心是红外探测器，红外探测器按其特点可分为四代：

第一代（1970s－80s）：主要是以单元、多元器件进行光机串/并扫描成像；

第二代（1990s－2000s）：是以4x288为代表的扫描型焦平面；

第三代：凝视型焦平面；

第四代：目前正在发展的以大面阵、高分辨率、多波段、智能灵巧型为主要特点的系统芯片，具有高性能数字信号处理功能，甚至具备单片多波段探测与识别能力。

目前非制冷焦平面探测器的主流技术为热敏电阻式微辐射热计，根据使用的热敏电阻材料的不同可以分为氧化钒探测器和非晶硅探测器两种。

非制冷焦平面阵列探测器的发展，其性能可以满足部分的军事用途和几乎所有的民用领域，真正实现了小型化、低价格和高可靠性，成为红外探测成像领域中极具前途和市场潜力的发展方向。

红外热成像仪的原理

在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。根据基尔霍夫定律、普朗克定律、维恩公式这三大辐射定律，物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与其表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。

三大辐射定律均是以“黑体”作为研究对象分析得出的。黑体辐射定律以及发射率黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为1。但是，自然界中并不存在真正的黑体，为了弄清和获得红外辐射分布规律，在理论研究中必须选择合适的模型，这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型，从而导出了普朗克黑体辐射的定律，即以波长表示的黑体光谱辐射度，这是一切红外辐射理论的出发点，故称黑体辐射定律。

所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。因此，为使黑体辐射定律适用于所有实际物体，必须引入1个与材料性质及表面状态有关的比例系数，即发射率。

该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，其值在0～＜1之间。根据辐射定律，只要知道了材料的发射率，就知道了任何物体的红外辐射特性。

红外热成像仪的工作原理

红外热成像仪测量目标的温度时，首先是测量出目标在其波段范围内的红外辐射量，然后由测温仪计算出被测目标的温度。红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量；红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号；该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值或热像图。

这种热像图与物体表面的热分布场相对应，但实际被测目标物体各部分红外辐射的热像分布图由于信号非常弱，与可见光图像相比，缺少层次和立体感，因此，在实际过程中为更有效地判断被测目标的红外热分场，常采用一些辅助措施来增加仪器的实用功能，如图像亮度、对比度的控制，实标校正，伪色彩描绘等高线和直方进行数学运算和处理等。

影响测量结果准确性的各种因素

（1）测温范围

它是测温仪最重要的一个性能指标。每种型号的测温仪都有自己特定的测温范围。一般来说，测温范围越窄，输出信号分辨率越高，精度可靠性容易解决；测温范围过宽，会降低测温精度。因此，使用者在选用测温仪前一定要把被测温度范围考虑准确、周全，既不要过窄，也不要过宽，使测温仪的测温范围在能够覆盖被测温度的前提下尽量小。

（2）目标尺寸、测温仪与测试目标之间的距离

为了获得精确的温度读数，测温仪与测试目标之间的距离必须在合适的范围之内。

（3）光学分辨率（距离系数D:S）

距离系数由D:S确定，即测温仪探头到目标之间的距离D与被测目标直径S之比。光学分辨率越高，即D:S比值越大，测温仪的成本也越高。如果测温仪由于环境条件限制必须在远离目标之处使用，而又要测量小的目标，就应选择高光学分辨率的测温仪。

举例：机器的距离系数比为8：1。当被测目标直径为1cm时，则红外测温仪至被测目标的最远距离为8cm。如果在超过8cm的距离进行测试，则误差会超过机器的允许范围，导致测试结果无意义。

（4）目标发射率

在红外测温仪接收来自目标红外辐射功率相同的情况下，因目标的表面发射率不同，将会得到不同的检测结果。因此要使用红外测温仪准确地测量物体温度，必须要知道被测目标的发射率值,并调整红外测温仪的ε值,使之等于被测表面的发射率值，对所测量的温度进行发射率修正。

日常生活中红外热成像仪的应用及分类

常用的人体红外测温仪可分为红外热成像体温快速筛检仪和红外体温计两类。

红外热成像体温快速筛检仪，可在人流密集的公共场所进行大面积监测，自动跟踪、报警高温区域，与可见光视频配合，快速找出并追踪体温较高的人员。当红外热成像体温快速筛检仪集成人脸识别、手机探针等技术时，还能掌握体温较高人员的更多信息。

红外体温计又可分为红外耳温计和红外额温计，红外体温计设备简单、使用方便、价格实惠，应用，可实现对人员的依次、快速测温。

（红外耳温计）

（红外额温计）

红外热成像体温快速筛检仪利用红外测温技术对人体表面温度进行非接触式的快速测量，当被测温度达到或超过预设警示温度值时进行警示的仪器。

红外耳温计是利用耳道和鼓膜与探测器间的红外辐射交换测量体温的仪器，测量的是人体耳部鼓膜部位。

红外额温计是利用皮肤与探测器间的红外辐射交换和适当的发射率修正测量皮肤温度的仪器。

通常在人体温度37℃附近，红外热成像体温快速筛检仪的准确度能达到±0.3℃，红外体温计能达到±0.2℃。目前，市面常见红外测温仪激光安全符合 FDA 二级标准，属于 CLASS2 级低输出激光类别，对人体无害，可以用于测试体温，但需注意避免直射人眼。

新型冠状病毒感染的肺炎疫情，牵动着全国人民的心。在这场全国总动员的“防疫战”中，“防疫神器”红外测温仪是防疫人员手中的重要工具。全国红外体温检测仪生产企业已经复工复产，希望通过甘丹科技小编的对红外测温仪知识的分享，大家对红外测温仪有更多的了解。在疫情中保护好自己，众志成城 共克时艰！