紅外測溫儀及其他

韓吉辰

甲型H1N1流感疫情在全球呈蔓延之勢，許多國家紛紛采取預防措施，避免疫情入境，包括在入境通道啟用“紅外熱成像體溫視頻監測系統”，對旅客進行體溫監測。這不禁令人想起，在抗擊“非典”的戰斗中，紅外測溫儀曾經大顯身手。使用它在1秒鐘內就能鑒別旅客是否發燒。由于不接觸皮膚，因此對人體無任何害處。紅外測溫儀技術先進，結構也較復雜，但它的測溫原理并不深奧。要說清它的原理，先要從紅外線說起。

看不見的“光線”——紅外線

17世紀，牛頓用棱鏡作了太陽光的色散實驗，1672年，他在《關于光和色的新理論》一文中，把實驗中呈現在白屏上的類似天空中彩虹的紅橙黃綠藍靛紫七色光帶稱為光譜，他認為太陽光是由這七色光組成的。

1800年，曾發現天王星的英國天文學家威廉·赫歇耳，用靈敏溫度計研究各種色光的熱作用，他把溫度計移到光譜中紅光外側的區域時，驚奇地發現溫度升得更高，說明有看不見的射線照射到溫度計上。這種波長大于紅光的不可見光線，就是神通廣大的“紅外線”。后來，有人又在太陽光譜中紫光外側的區域發現了另一種看不見的光線——紫外線。我們知道，人耳只能聽到很小的頻率范圍內的聲音，超聲波和次聲波人們都聽不到，而紅橙黃綠藍靛紫是人所能看到的光，超出光譜上這一范圍的光，人們同樣是看不見的。

大家對看不見的光并不陌生，照X光，做手術的γ刀中的γ射線，人們都看不見。原來光實際上就是電磁波，不同顏色的光具有不同的頻率，而光的頻率在不同介質中會發生改變。為了研究方便，人們就用光的一個不變的量——波長來表示它。打個形象的比方，不同的波長，就相當于賽跑時運動員大小不同的步幅。在光譜上，紅外線區域是比可見光還要寬的波段，而所謂近紅外，就是靠近紅光區域對應的紅外線，遠紅外就是遠離紅光區域對應的紅外線。它們的波長各不相同。

紅外線也是一種電磁波，波長在無線電波與可見光波之間，約為0.75～1000微米。電磁波家族按波長順序是這樣排列的：長波、短波、超短波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線……其中長波的波長最長，X射線的波長一般不超過1納米。

產生紅外線的光源極多，任何物體只要處在絕對零度即-273.15℃以上，都會輻射紅外線。科學家發現，紅外線與熱的關系最密切，比如太陽既可以輻射可見光，也可以輻射紫外線和紅外線，其中紅外線部分占了太陽總輻射量的一半左右。一般說來，物體的溫度與輻射的紅外線有關，物體溫度越高，輻射紅外線的波長越短，輻射強度越大。考慮到紅外線與熱的緊密關系，也有人把紅外線叫做“熱線”。在工業上，高溫物體的測溫早就使用了“紅外測溫儀”。

紅外測溫儀的原理和結構

我們知道，人體的體溫一般保持在36.5℃左右，是一個天然的生物紅外輻射源。人體能量的45％是以紅外輻射的形式散發的。醫生們發現，人的健康和人的體溫之間有一定的聯系，測量人體溫度的儀器主要使用水銀體溫計，需要放在舌下或腋下，必須嚴格消毒，而且不能立即得到結果。

近30年來，非接觸紅外測溫儀在技術上得到迅速發展，性能不斷完善，功能不斷增強，品種不斷增多，適用范圍也不斷擴大。比起接觸式測溫方法，紅外測溫有著響應時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優點。非接觸紅外測溫儀包括便攜式、在線式和掃描式三大系列。便攜式紅外測溫儀應用普遍，對準額頭或耳朵，1秒鐘時間內就可測出人體的溫度。用紅外測溫儀檢測體溫，通常只有33℃上下，原來這是檢測人體表(皮膚)的溫度。體表的溫度比體溫低，而且隨著體溫的升高而升高，若人體表溫度超過35℃，這人體溫就較高了。所以嚴格地說，紅外測溫儀不是用來檢測人的體溫，而是快速鑒別人是否發燒。一般人體表溫度超過35.5℃，儀器就會發出鳴叫聲。

紅外測溫儀結構比較復雜，一般由光學系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。物體的紅外輻射能量的大小與它的表面溫度有著十分密切的關系。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據的原理。

還有一種帶有紅外線發射器的測溫儀，就是主動式紅外測溫儀。紅外線經被測人反射，由測溫儀接收。由于體溫不同的人吸收不同波長的紅外線，這樣就能根據接收紅外線的波長和強度測出發熱者。據報道，在俄羅斯投入使用的大型主動式紅外測溫儀，使用它能快速發現50米遠的發熱者。

紅外“熱象”技術

公安干警追捕罪犯，趕到房間一看，罪犯剛剛掀開被子逃走。公安干警立即用一種特殊的照相機，對準床鋪進行拍照。從照片上可以看到一個白色的身影，可以判斷出罪犯的身高、體形和性別等體征。奇怪，這是什么“照片”呢?原來它是一張“熱象”照片，同樣是利用紅外線進行成像的。

紅外線與可見光一樣，都可以用于攝像技術，由于紅外線的波長比可見光要長，它不易被天空的微粒所散射，穿透力強。利用紅外線可以拍攝被濃霧或煙塵籠罩的景物。

利用紅外線掃描技術，還可以隨時觀察到動態的物象，一般叫做“熱象儀”。與一般電視攝像差不多，熱象儀由光學系統、紅外探測器、電子信息處理系統和顯示器組成。景物目標發出的紅外線，由探測器(一種高靈敏熱電傳感器)轉變成電信號，經過放大處理，最后在顯示器上以可見光的形式顯示出來。“熱象”，可以放大，也可以縮小，還可以保存。

當人生了病，人體的熱平衡就遭到破壞，某些局部的溫度就會發生變化，這就給紅外“熱象”診病提供了線索。

紅外“熱象”技術，可以顯示人體的整個“熱象”，還可以得到每個時刻體溫變化的動態全貌，并且能夠拍照和存儲。醫生可以分析病人全身“熱象”圖，找出異常溫區，根據溫區變化的規律，即可以診斷疾病。

“癌癥”早期發現極其重要，利用紅外“熱象”技術就可以對一些癌癥作出早期診斷，如乳腺癌、甲狀腺癌、皮膚癌等。研究表明，有癌變的部位通常要比正常部位的溫度高，而這種溫度差異，在“熱象儀”上可以“一目了然”，非常清楚。另外對于一些血管病變，如血栓形成閉塞性動脈硬化、血管狹窄等也可作出明確診斷。

紅外“熱象”這種在20世紀60年代發展起來的一門技術，現在正沿著兩個方向發展，一個是高精度，一個是高速度。目前，高精度熱象儀可以分辨零點幾度甚至零點零幾度的溫度變化；而高速度熱象儀則可以每秒鐘成像幾十幅，多用于活動目標的連續顯示。

“夜視”技術

神奇的“夜視儀”可以在黑暗中看清周圍事物，主要有兩種：微光夜視儀和紅外夜視儀。

夜晚只要有點點星光，微光夜視儀就可以大顯身手，儀器中的“象增管”能夠把從景物發射回來的微弱光線增強，放大能力可達100萬倍。這樣，利用“微光夜視儀”完全可以將微光環境中的景物看得“一清二楚”。

“紅外夜視儀”則可以在絕對黑暗中使用，它又分為“被動型”和“主動型”兩種。由于任何物體都在不斷輻射著紅外線，“紅外夜視儀”可以接收這些紅外線，通過光電轉換再加以放大。由于不同的物體輻射紅外線能力是不同的，最后可以將物體顯現出來。就是前面說過的“熱象儀”原理，這是一種被動型“紅外夜視儀”。還有一種主動型“紅外夜視儀”，原理和雷達一樣：它能夠自己先向一定方向不斷發射出紅外線，再接收從物體反射回來的紅外線信號，進行放大處理，用來區分物體和背景，不但可以看清物體的大小形狀，以及物體的距離，還可以根據“多普勒效應”，知道被測物體的運動方向和速度。

“紅外夜視儀”還能在濃霧中照“看”不誤，因為紅外線能傳播很遠的距離，在軍事偵察、公安消防和環境保護方面有著特殊的作用。(文章代碼：1305)

責任編輯龐云