来源:生态学时空

  新冠肺炎疫情当前,测体温就成了常态,只要有大门的地方,小区、校园、实验室、写字楼、超市等等都要测。

  虽然场合不同,但测定方式大致一致,安保人员会掏出一把类似手枪的东西,对着额头或手腕扣动扳机“打”一下。

  说实话,这东西不仅样子长得像手枪,而且名字也称为 “红外测温枪”。 

  说到枪,我们首先想到的就是士兵手中的那件东西。不管是在冷兵器时代还是热兵器时代,枪都是士兵手中最基本的战斗武器,都是具有致命杀伤力的。

  所以,许多人看到这种类似枪而且名字也叫枪的东西,不免心生疑问,这样测体温对人体有伤害吗,会不会影响健康? 

  实际上,它只是一个接收器,而不是发射器。这东西正式的称谓叫做“红外线测温仪” ,只是外形酷似手枪而已,在原理上与手枪没有半毛钱关系。

  通过这种方式测体温,与我们用体温计测量是非常不同的。

  体温计测体温是必须接触到人的身体,必须用人的身体将体温计加热到与其的温度一致,不管是医用玻璃水银体温计还是电子体温计都一样。

  所以,我们用医用玻璃水银体温计就必须等待5分钟以上,用电子体温计就必须等待它发出哔哔哔的叫声,整个测量过程是比较慢的,因为加热过程需要时间。

  不仅慢,而且因为是接触式的,所以在大疫当前,是不合适使用的。因此,采用非接触性温度计,将你的温度隔空传递过去就是非常有必要的。

  那么,其原理是什么呢?

  简单地说,就是收集被测物体发射的红外能量,并将其汇集聚于检测器上,检测器把这些能量转化为电压信号,电压信号经过数据处理及曲线拟合,推算出被测温度,以数字方式显示出来。 

  自然界中的一切物体,只要它的温度高于绝对零度(-273℃),就存在分子和原子的无规则运动,其表面就不断有辐射。

  我们的太阳光,就是各种电磁波的辐射组合,其中也包括我们人眼能看到的可见光。之所以叫可见光,那就是针对我们的人眼来说。

  但很可惜,我们人眼能看到的电磁波的范围非常有限,仅占整个电磁波谱一个非常小的范围。

  在可见光范围之外,还有许多电磁波是可以反映物质的某些特殊属性的。温度就是其中一个非常重要的属性。

测温枪对人体有害?从原理说到遥感

  不同的温度辐射出去的电磁波在各个波段是不同的,也就是具有一定的谱分布范围。

  这种谱分布与物体本身的特性,特别是温度极其相关。温度越高,辐射出的总能量就越大。这张图上显示的,就是在不同温度下各种电磁波的谱分布范围。

  而且不同温度下的辐射曲线还相互不重叠,整个波长范围内的辐射能量,也就是每条曲线下的区域,其大小与温度四次方相关,所以我们可以从辐射信号中测出对应的温度。随着被测物体温度升高,最大辐射量逐渐向波长较短的区域移动。

  大家可以看到,我们人眼能看到的最大辐射量的温度,必须是物体达到好几千度,所以我们一般只能用人眼感知高温。

  据说一些经验丰富的钢铁工人还可以从颜色估算出炼炉的温度,就是这个道理。

  但是,在大多数情况下,我们需要测定的是常温附近的,那么温度越低,最大辐射量逐渐向波长较长的区域移动,对应于红外波段的波长。

  这就是为什么我们要选用红外波段来测定我们常温附近的温度了。

测温枪对人体有害?从原理说到遥感

  这里,我其实特意没有讲黑体辐射,也没有讲维恩位移定律,也不准备讲基尔霍夫定律,但我相信你肯定是听懂了。我如果先讲这些概念,估计大多数人都看不下去了。

  我们现在再来看看,在技术上如何分离这些电磁波,特别是红外光。

  17世纪70年代,人们就发现太阳光是由各种颜色的光复合而成的。我们熟悉的科学巨匠牛顿还用分光棱镜分离出了红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色单色光。

  当时,另外一位英国科学家赫胥尔,就想测定不同颜色的光所含的热量。

  本来,他想测一些光带外的温度来作为环境温度的对照,可惜他失败了,总有一支温度计要高于其他的温度,反复测试都是一样的结果。

  这个时候他才想到,是不是有一种人眼看不到的光线存在呀?而且这个区域总是位于光带边缘外侧靠近红光的位置,所以就命名为红外线。

  这不得不说是人类对自然认识的一次飞跃。

  二战中,德国人用红外变像管作为光电转换器件,研制出了夜视仪和红外通信设备,为红外技术的发展奠定了基础。

  在实际生活中,利用红外线进行的测定已经非常丰富了,可以扫描成像生成热像图、可用于比较物体表面的温度分布和变化情况,这有许多的应用场景。

  在医学上,可以用来监测体温,或者人体某些部位的病变;安装在摄像头上,可以在夜间监测动物或者人类的活动;如果安装在卫星上,那就是卫星遥感,可用于监测地面的温度变化情况,特别是感知森林温度异常变化而用于防火。

  所以,我们这里测体温,与遥感卫星监测地表温度的变化,在原理上是一样的。

  遥感一词,来源于英语Remote Sensing。从字面上看,就是遥远的感知,但实际上可以泛指一切无接触的探测,正如Remote Control翻译为遥控,实际上距离并不是那么远一样。

  所以,从原理上讲,其实这种非接触式的测定方式,我们都可以称为广义的遥感。

测温枪对人体有害?从原理说到遥感

  那么现在大家看到,遥感原来也不是我们想象的那么神秘,只不过是安装在太空中的一架照相机而已,与我们在小区门口进行的测定差不多。

  我们前面一直在说红外线,但其实这么笼统地说,并不准确。

  任何高于绝对零度的物质都可以产生红外线,太阳的热量也主要是通过红外线传到地球。

  红外线的波长介于760纳米到1毫米之间,跨越了好几个数量级,是一个非常宽的范围,所以一般还分为近红外(0.7~2.5μm)、中红外(2.5~25μm)和远红外(25~1000μm)。

  而人体温度对应的红外辐射峰值,其波长在5~10微米之间,属于中红外。大多地球资源卫星,也都有一个热红外波段(3~15μm),大致也在中红外波段,专门用于测定地表温度的变化。  

  而我们许多电器的红外遥控,则是利用近红外光传送遥控指令的,波长为0.76um~1.5um。

  用近红外作为遥控光源,是因为红外发射器件与红外接收器件的发光与受光峰值波长介于0.8um~0.94um之间,可以获得较高的传输效率及可靠性。由于红外线不可见,因此不会产生其他干扰。 

  说到这里,我想顺便提一个问题。如果所有非接触式的测定方式都称为遥感,那么医学上的影像学检查B超是遥感吗?