现在大街上最有气势的就是公共场所的安保人员和各个小区的工作人员。不管你平时多大，也不管你来自哪个星球，我们遇到他们都得乖乖的，要么举手，要么伸出头挨枪子。

温度场1

温度场2(图中测温枪，谢谢)

虽然这几天我们被拍了很多次，但是对于很多朋友来说，这在我们之前的生活中还是比较少见的。因为它的陌生，有很多问题萦绕在大脑周围。

为什么测温枪是靠脑袋里“打枪”知道温度的？是否准确；以及最关心它的亲人，被这个东西打会影响身体健康吗？

其实只要了解测温枪的原理，这些问题都会一一解决。虽然原理复杂，但是不用担心。看了边肖的解释，我相信二叔能明白。

测温枪打多了会对身体有害吗

被测温枪打会对身体有害吗？这是一个经典的问题。

测温枪，学名“红外测温仪”或“红外辐射测温仪”。很多人一听到“红外线”、“辐射”这两个词就发抖。

测温枪的名字叫“辐射”和“红外”，但不会对你的身体产生任何轻微的影响。

因为它是接收器，不是发射器。

一般来说，红外测温仪的原理是:被动吸收目标的红外辐射能量，从而获得物体的温度值。

也就是你的身体一直在向外辐射辐射能，测温枪的作用就是接收你身体某个区域的辐射能。如果说这个过程中有什么危害的话，那么我们要担心的是被辐照的是测温枪。也许有一千天，1000℃的额头会碎。

所以这个东西虽然看起来像枪，但只是被动挨打。

好了，要理解这个问题，可能有朋友想先回答一下——这是不是意味着测温枪的工作过程就像温度计一样，每空直接感受你的“温度信号”？——这个说法其实不太对。

红外测温枪能接收到的只是各种波段的电磁波，绝不是直接的温度传导。这其中，最关键的一个，从“电磁波信息”到“温度信息”的转换过程，就要提到今天要讲的真正重点了——黑体辐射定律。

黑体辐射定律

这个“测温枪的原理”就是黑体辐射定律:

自然界中，所有高于绝对零度(-273.15℃)的物体都在不断向外辐射能量。向外辐射能量的大小及其根据波长的分布与其表面温度密切相关。物体的温度越高，红外辐射能力越强。

诚然，这句话是一切的基础，但我相信，如果不拆开里面的句子，不解释黑体辐射的理论，几乎没有人能沉下心来理解这句话的真正含义。

嗯，其实很简单。

这个黑体辐射定律是干什么用的？说白了，物理学家想搞清楚“电磁波信息”和“温度(能量)信息”的转换关系。

所以他们想象出了“黑体”这个东西。

这时，我们派出了边肖的好朋友卡比。我们假设“黑卡比”是一个标准的“黑体”，它的特征是:所有入射的电磁波都被吸收，既不反射也不透射。

卡比身上体现出来的是，他吃的东西从来不吐出来，都是自己消化，不浪费。

然后，被消化的最后变成了卡比体内的热量，也就是热辐射(通俗一点我们可以理解为温度)。

所以这个从“电磁辐射”(光)到“热辐射”(热)的过程叫做黑体辐射。

好了，知道了这个原理，现在新的问题来了——我们怎么知道黑体吸收了多少“热量”？

这个问题从17世纪牛顿发现棱镜的光色散现象开始研究。数百年来，科学家们一直在研究它。终于在1900年，马克斯·普朗克在德国物理学会发表了黑体辐射定律的可靠公式。

黑体辐射定律公式

为了证明这个公式，“量子力学”的导数概念成为现代物理学的两大基本支柱之一。

人类得到这个配方很不容易。看看它值多少钱就知道了。

所以，为了让这个消费的面值不辜负我们的期望，现在我们来看看这个公式。虽然写起来很复杂，但都是纸老虎。它揭示的无非是光和温度的关系-

你看，如果把它画成图，就更好理解了！(否)

如何理解这个数字？这些线的走向反映了在某一固定温度下不同波长的热辐射强度(单位K/国际标准度-日)。

比如里面6000K，这是太阳光球层的温度——所以根据黑体辐射定律的公式，我们可以计算出不同波长的热辐射能量(强度/I)(比如红、绿、蓝、某一红外线、某一紫外线等...)在阳光下。

同样，如果我们知道某一段光的热辐射强度和波长，我们也可以计算出它所代表的“温度”。

好了，我知道说到这，很多同学还是想说“我还是不能理解”。没关系。现在，睡着的学生可以醒来了。还是继续降低理解难度吧。以下是重点。

只要我们理解一下，就是-在任何波长范围内，高温下的黑体辐射强度都高于低温下的。

如图所示，1500℃的红色高温曲线比1200℃的黄色曲线在每个波长都要高:

红外测温仪就是根据这一特点设计的。

在此理论基础上，根据工程应用要求的不同测量精度，红外测温仪有三个主要的设计方向。

一、单色测温法:利用单一波长下单色辐射强度的比值来判断温度；

二、双色测温法:测量被测物体在两个波长上的辐射强度比的强度变化来判断，这种方法受外界影响比前者小，误差也更小；

前两种可以理解个人性质。再来详细说说第三个——

第三，总辐射测温法。

总辐射测温法的名字听起来是最好的，但实际上是三种方法中准确度最差的一种，但它的优点在于结构简单，成本低。

原因在于其“励精图治”的设计思想——总辐射测温法，通过测量热辐射在所有波长的总强度来确定物体的辐射温度。

我们如何理解这个概念？这就像将某一温度下的全波段辐射强度图与米山进行比较。现在让卡比把米山都吃了吧。我们来测一下吃了之后转化的热辐射能量总量，最后推断出当时的温度值。

全辐射测温过程

现在小区门口测量你体温的红外测温枪，基本就是用这个思路设计的。

所以在思路明确之后，我们只需要把这样一个卡比放在测温枪里，测量它吸收辐射后释放的热辐射量，就可以计算出被测物体对应的温度。

热释电红外传感器(PIR)可以将接收到的“红外电磁波辐射”转化为“热辐射”(黑体辐射过程)，再将“热辐射”转化为电信号(热电转换过程)。

简单列举一下这个东西是怎么工作的:

顺便说一句，真的不贵:

是否允许使用测温枪

好了，原理明白了，可以回到接地气的问题了。那么另外一个大家都很关心的问题就是这个东西能不能精确测量？

影响测量结果的原因有很多。

一、客观物理因素:

因为“黑体辐射定律”是在工作物质为理论黑体的条件下计算的，而生活中的物质由于物质关系属于“纯度”不同的黑体，所以这种纯度用“发射率”来表示。

黑体的理论发射率是1，我们测温枪用的大部分发射率是0.95，适用于生活中的大部分情况。所以你可以观察到，基本上你能看到的测温枪显示都写着“0.95”的字样。

但这个0.95毕竟是根据被测物体材质浮动的值，这也是测温枪很难做到绝对准确的原因之一。

二、污染因素:

因为信息是通过电磁辐射(光)传播的，所以不可避免地会受到烟雾、灰尘、水汽等外界因素的影响。此外，机器入口处的镜头污染也是干扰项的一部分。

三、机器精度:

因为成本的原因，我们平时使用的测温枪大多没有采用更精确的双色测温技术，内部元器件的精细程度参差不齐。然后就是使用中距离误差造成的数值波动。

然而，这些有限的缺点仍然很难成为我们拒绝测温枪的理由。

我们现在使用的红外测温枪，比传统的热传导测温方法要好得多——响应时间短，测温效率高，不接触被测物体，精度相对可靠，制造成本低，操作方便。

所以从另一方面来说，在这么多客观因素的影响下，红外测温枪还能把测得的温度保持在一个相对准确的范围内，这本身就是一件非常厉害的事情。虽然不是那么完美，但在有限的范围内还是不错的产品。

至少在今天，我很难想象，如果这场防疫战没有类似的科技产品，仅仅是量体温，防控工作会有多难。

对于边肖来说，这一次，我能借此机会讲解测温枪的原理，能传达多少知识是其次，我最关心的是，我有幸以一个世界的视角，再次和大家一起见证科学的力量。

本文转载自微信微信官方账号 " 关于地球人的研究报告 "，外星小姑告诉你地球上迷惑人类和奇怪的科学

来源:地球人研究报告

编辑:过麻亭[/S2/]

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