一場突如其來的新冠肺炎疫情，成為了2020開年的頭等大事。全民防疫的舉措讓這場沒有硝煙的戰(zhàn)爭不再猝不及防。飛機場、火車站、公司、小區(qū)、超市等入口處都能見到防疫工作者的身影。他們是防疫先鋒，是公共健康的衛(wèi)士，是居民區(qū)的守護者。而他們的必備神器之一——手持測溫儀，也進入了公眾的視野，廣為人知。

今天，我們就來聊一聊測溫儀的那些事。

受疫情影響，很多人在家辦公，出門不是去超市買菜，就是門口取快遞。當然，還有不少人在硬核上班。無論出入小區(qū)，還是車站進站，現(xiàn)階段都要經過體溫檢測。相信大家都有經歷過，防疫工作者手持測溫儀，對著額頭一掃，立刻就顯示你的體溫數(shù)據(jù)，非常方便。有很多人對這測溫儀都深感好奇，想知道它是怎么工作的。也有人擔心它的準確性，擔心把自己體溫測高了。那么，我們就從測溫儀的原理和精確度控制這兩點說起。

地鐵站檢票口的體溫監(jiān)測站 [1]

首先，大家都熟悉傳統(tǒng)體溫計測溫的方法，而這種方法顯然不適合用于傳染性強的新型冠狀病毒的防護工作。在這次防疫戰(zhàn)中，小巧便攜，無需身體接觸的手持測溫儀就成了急先鋒。掃一掃，一秒之內測出體溫的測溫神器讓人們眼前一亮；更令人印象深刻的，還有車站、機場等帶有視頻的成像測溫儀，后者能在快速行進的人流中，辨別每個人的體溫，并用保存視頻成像。相信你肯定好奇過它們究竟是怎么做到的。下面，我就為大家聊聊其中的科學原理。

溫度和光

我們都知道，水銀體溫計能夠測人體的溫度，是水銀玻璃泡和人體接觸后，經過一段時間的熱量傳遞，最終與人體溫度達到一致的原理（熱平衡）。而測溫儀并沒有和人體接觸，為何能如此快速采集溫度信息呢？

水銀體溫計 [2]

答案其實大家也是耳熟能詳，那就是---光！

沒錯！就是我們所熟知的那個光！但是這個光，并不是人眼能看到的可見光，而是與可見光相鄰的紅外光，需要科普一下，我們平時所說的可見光實際上是電磁波的一種，電磁波有連續(xù)的波譜分布，紅外光的波段在紅色光之外，因此得名紅外光。

紅外光

另外簡單提一下，除了可見光和紅外光，很多電磁波都與大家的生活息息相關，按波長由短到長，有醫(yī)院CT的X射線，防曬霜防的紫外線，太陽光，燈光，微波爐的微波，電臺的射頻信號等等，都屬于電磁波。

生活中的電磁波 [3]

說到這里，肯定有人表示，道理我都懂，但是紅外光跟人體溫度有什么關聯(lián)呢？關聯(lián)是必然的，因為人體發(fā)射的光，就是紅外光！沒說錯，人體是發(fā)光的，而且是無時無刻的在發(fā)光。復雜的原理就不贅述了，大家只要記住，任何溫度高于絕對零度（零下273.15攝氏度）的物體都會以電磁波的形式向外輻射能量，至于絕對零度（-273.15℃）的物體嘛，大家放心，那是不存在的。

紅外光和人體溫度的關系

那么問題來了，既然每人每時每刻都在發(fā)射紅外光，儀器憑什么就能辨別出正常溫度和高燒呢？還能準確讀出每個人的溫度？這里，我們請一位大佬幫忙解答，他就是與愛因斯坦并稱20世紀最重要的兩大物理學家，量子力學奠基人之一的馬克斯·普朗克，他于1900年提出的普朗克黑體輻射定律，完美詮釋了溫度與輻射的關系。

馬克斯·普朗克

簡單來講就是，不同溫度的物體發(fā)射的光是不一樣的，如下示意圖， 四條不同的曲線，代表不同溫度下黑體輻射的光譜分布，這里的K是熱力學溫度，數(shù)值等于攝氏度+273.15。大家可以看到，溫度越高，黑體輻射光的強度就越大，峰值的位置就越靠近紫外區(qū)域。那么，答案就呼之欲出了，如果探測到了人體的輻射強度和波譜分布，就完全可以反推出溫度T！這就是測溫儀測體溫的原理。（人體雖不是黑體，卻也遵循普朗克定律。）

普朗克定律

利用紅外光探測人體溫度究竟準不準

測溫儀的“ CPU”元件是什么

我們先從測溫儀的構成說起，可以看到下圖中，真正與紅外光直接相關的，便是紅外探測器，顧名思義，這正是測溫儀利用紅外測溫的核心元件,就好比CPU芯片是手機電腦的核心。而它的質量直接決定了測溫的準確性。那么，如何判定紅外探測器的質量呢？

電子額溫槍 [4]

這就需要了解紅外探測器測紅外的細節(jié)。簡單來說，紅外探測器也是由材料構成，紅外探測器上的特殊光感材料可以接收外界的紅外輻射，并將其轉換為電信號，再進行分析計算，最終給出溫度值。因此評價紅外探測器的好壞，就是評判其將光轉換為電信號的能力。

在講紅外探測器的評價之前，我們插一句，火車站，機場中帶成像系統(tǒng)的測溫儀，采用的是更高端的焦平面陣列紅外探測器（FPA技術）。

設置在火車站的帶成像系統(tǒng)的測溫儀 [5]

這類成像測溫儀就如同照相機或攝像儀，內部感光平面內，分布了很多像素點，焦平面上每一個像素點就是一個紅外探測器，這種技術具有二維空間分辨的能力，具備紅外成像功能，可以將發(fā)高燒的人從人群中辨別出來。

紅外FPA檢測器

如何評價紅外探測器，確保其準確性？

紅外探測器是將攜帶溫度信息的紅外光信號轉換為電信號的元件，評估光/電信號轉換的準確性就是關鍵所在。

這里的光信號，一般是指光的能量強度和譜圖分布（與溫度相關），而科學家在研究分析這兩點的方法中，不得不提到紅外光譜法，一種重要的紅外探測器表征方法。實現(xiàn)該方法的核心設備就是在科學研究、檢測分析領域常見的傅里葉變換紅外光譜儀（簡稱FTIR紅外光譜儀）。

FTIR紅外光譜儀 —— 表征紅外探測器

FTIR紅外光譜儀是專門應用于紅外光譜研究相關的科學儀器，配有標準的紅外光源，所發(fā)射的紅外光經過干涉儀后，經過照射樣品，最終到達紅外探測器，解析探測器的電信號，即可得到包含能量強度和波譜分布的紅外譜圖?？茖W家們就是把這種檢測技術應用到了評價紅外探測器材料好壞的研究中，在對光敏度、穩(wěn)定性等等復雜的研究分析之后，才研發(fā)出適合于人體溫度探測的紅外探測器材料，進而工廠將其研究的材料轉化為探測器并且大量生產而成為真正實用的商品（紅外測溫儀），發(fā)揮了科學家研究的作用。

換言之，紅外光譜儀對于探測器的表征研究，就好比是一把精準的卡尺，用它來檢驗每一根直尺的長度是否達到科學家們想要實現(xiàn)的標準。

iCAN 9傅立葉變換紅外光譜儀

以上就是測溫儀背后故事的小科普，相信大家對于最近很亮眼的測溫儀會有更進一步的了解，對紅外探測器精確度的控制也有更深層次的認知。大部分的額溫槍分辨能力都在正負0.3℃，也許在將來科學家們會研發(fā)出對溫度更敏感的紅外探測器材料（0.01℃甚至更低）。

所謂工欲善其事必先利其器，實際上并不是所有的紅外光譜儀都能做紅外探測器的研究與表征，能作為標尺的設備，當然只有技術過硬，具備特殊技能紅外光譜儀才能實現(xiàn)！如果您對紅外技術感興趣，長按下方二維碼與我們取得聯(lián)系。

疫情期間，大家做好防護，注意安全。一起為祖國加油！為武漢加油！

能譜科技致力于傅立葉紅外光譜儀，紅外測油儀，粉塵游離二氧化硅分析儀的研發(fā)生產銷售多元化高xin技術企業(yè)；無論是常規(guī)檢查，還是用于前沿科學研究，在這您一定能找到合適您的理想工具。