红外测温仪及其他

韩吉辰

甲型H1N1流感疫情在全球呈蔓延之势，许多国家纷纷采取预防措施，避免疫情入境，包括在入境通道启用“红外热成像体温视频监测系统”，对旅客进行体温监测。这不禁令人想起，在抗击“非典”的战斗中，红外测温仪曾经大显身手。使用它在1秒钟内就能鉴别旅客是否发烧。由于不接触皮肤，因此对人体无任何害处。红外测温仪技术先进，结构也较复杂，但它的测温原理并不深奥。要说清它的原理，先要从红外线说起。

看不见的“光线”——红外线

17世纪，牛顿用棱镜作了太阳光的色散实验，1672年，他在《关于光和色的新理论》一文中，把实验中呈现在白屏上的类似天空中彩虹的红橙黄绿蓝靛紫七色光带称为光谱，他认为太阳光是由这七色光组成的。

1800年，曾发现天王星的英国天文学家威廉·赫歇耳，用灵敏温度计研究各种色光的热作用，他把温度计移到光谱中红光外侧的区域时，惊奇地发现温度升得更高，说明有看不见的射线照射到温度计上。这种波长大于红光的不可见光线，就是神通广大的“红外线”。后来，有人又在太阳光谱中紫光外侧的区域发现了另一种看不见的光线——紫外线。我们知道，人耳只能听到很小的频率范围内的声音，超声波和次声波人们都听不到，而红橙黄绿蓝靛紫是人所能看到的光，超出光谱上这一范围的光，人们同样是看不见的。

大家对看不见的光并不陌生，照X光，做手术的γ刀中的γ射线，人们都看不见。原来光实际上就是电磁波，不同颜色的光具有不同的频率，而光的频率在不同介质中会发生改变。为了研究方便，人们就用光的一个不变的量——波长来表示它。打个形象的比方，不同的波长，就相当于赛跑时运动员大小不同的步幅。在光谱上，红外线区域是比可见光还要宽的波段，而所谓近红外，就是靠近红光区域对应的红外线，远红外就是远离红光区域对应的红外线。它们的波长各不相同。

红外线也是一种电磁波，波长在无线电波与可见光波之间，约为0.75～1000微米。电磁波家族按波长顺序是这样排列的：长波、短波、超短波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线……其中长波的波长最长，X射线的波长一般不超过1纳米。

产生红外线的光源极多，任何物体只要处在绝对零度即-273.15℃以上，都会辐射红外线。科学家发现，红外线与热的关系最密切，比如太阳既可以辐射可见光，也可以辐射紫外线和红外线，其中红外线部分占了太阳总辐射量的一半左右。一般说来，物体的温度与辐射的红外线有关，物体温度越高，辐射红外线的波长越短，辐射强度越大。考虑到红外线与热的紧密关系，也有人把红外线叫做“热线”。在工业上，高温物体的测温早就使用了“红外测温仪”。

红外测温仪的原理和结构

我们知道，人体的体温一般保持在36.5℃左右，是一个天然的生物红外辐射源。人体能量的45％是以红外辐射的形式散发的。医生们发现，人的健康和人的体温之间有一定的联系，测量人体温度的仪器主要使用水银体温计，需要放在舌下或腋下，必须严格消毒，而且不能立即得到结果。

近30年来，非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展，性能不断完善，功能不断增强，品种不断增多，适用范围也不断扩大。比起接触式测温方法，红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。非接触红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列。便携式红外测温仪应用普遍，对准额头或耳朵，1秒钟时间内就可测出人体的温度。用红外测温仪检测体温，通常只有33℃上下，原来这是检测人体表(皮肤)的温度。体表的温度比体温低，而且随着体温的升高而升高，若人体表温度超过35℃，这人体温就较高了。所以严格地说，红外测温仪不是用来检测人的体温，而是快速鉴别人是否发烧。一般人体表温度超过35.5℃，仪器就会发出鸣叫声。

红外测温仪结构比较复杂，一般由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。物体的红外辐射能量的大小与它的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原理。

还有一种带有红外线发射器的测温仪，就是主动式红外测温仪。红外线经被测人反射，由测温仪接收。由于体温不同的人吸收不同波长的红外线，这样就能根据接收红外线的波长和强度测出发热者。据报道，在俄罗斯投入使用的大型主动式红外测温仪，使用它能快速发现50米远的发热者。

红外“热象”技术

公安干警追捕罪犯，赶到房间一看，罪犯刚刚掀开被子逃走。公安干警立即用一种特殊的照相机，对准床铺进行拍照。从照片上可以看到一个白色的身影，可以判断出罪犯的身高、体形和性别等体征。奇怪，这是什么“照片”呢?原来它是一张“热象”照片，同样是利用红外线进行成像的。

红外线与可见光一样，都可以用于摄像技术，由于红外线的波长比可见光要长，它不易被天空的微粒所散射，穿透力强。利用红外线可以拍摄被浓雾或烟尘笼罩的景物。

利用红外线扫描技术，还可以随时观察到动态的物象，一般叫做“热象仪”。与一般电视摄像差不多，热象仪由光学系统、红外探测器、电子信息处理系统和显示器组成。景物目标发出的红外线，由探测器(一种高灵敏热电传感器)转变成电信号，经过放大处理，最后在显示器上以可见光的形式显示出来。“热象”，可以放大，也可以缩小，还可以保存。

当人生了病，人体的热平衡就遭到破坏，某些局部的温度就会发生变化，这就给红外“热象”诊病提供了线索。

红外“热象”技术，可以显示人体的整个“热象”，还可以得到每个时刻体温变化的动态全貌，并且能够拍照和存储。医生可以分析病人全身“热象”图，找出异常温区，根据温区变化的规律，即可以诊断疾病。

“癌症”早期发现极其重要，利用红外“热象”技术就可以对一些癌症作出早期诊断，如乳腺癌、甲状腺癌、皮肤癌等。研究表明，有癌变的部位通常要比正常部位的温度高，而这种温度差异，在“热象仪”上可以“一目了然”，非常清楚。另外对于一些血管病变，如血栓形成闭塞性动脉硬化、血管狭窄等也可作出明确诊断。

红外“热象”这种在20世纪60年代发展起来的一门技术，现在正沿着两个方向发展，一个是高精度，一个是高速度。目前，高精度热象仪可以分辨零点几度甚至零点零几度的温度变化；而高速度热象仪则可以每秒钟成像几十幅，多用于活动目标的连续显示。

“夜视”技术

神奇的“夜视仪”可以在黑暗中看清周围事物，主要有两种：微光夜视仪和红外夜视仪。

夜晚只要有点点星光，微光夜视仪就可以大显身手，仪器中的“象增管”能够把从景物发射回来的微弱光线增强，放大能力可达100万倍。这样，利用“微光夜视仪”完全可以将微光环境中的景物看得“一清二楚”。

“红外夜视仪”则可以在绝对黑暗中使用，它又分为“被动型”和“主动型”两种。由于任何物体都在不断辐射着红外线，“红外夜视仪”可以接收这些红外线，通过光电转换再加以放大。由于不同的物体辐射红外线能力是不同的，最后可以将物体显现出来。就是前面说过的“热象仪”原理，这是一种被动型“红外夜视仪”。还有一种主动型“红外夜视仪”，原理和雷达一样：它能够自己先向一定方向不断发射出红外线，再接收从物体反射回来的红外线信号，进行放大处理，用来区分物体和背景，不但可以看清物体的大小形状，以及物体的距离，还可以根据“多普勒效应”，知道被测物体的运动方向和速度。

“红外夜视仪”还能在浓雾中照“看”不误，因为红外线能传播很远的距离，在军事侦察、公安消防和环境保护方面有着特殊的作用。(文章代码：1305)

责任编辑庞云