大规模温度监测的想法并不新鲜。SARS、中东呼吸综合征和埃博拉病毒引起的地方性流行病促使它的引入和使用增加。鉴于这些病毒构成严重的健康风险,一些国家多年前就已开始在机场和其他到达点使用热扫描,以便至少阻止疾病的传播。由于COVID-19,这种方法现在正在世界各地越来越多地使用。
发烧通常是传染病的症状。即使温度升高不一定是由冠状病毒引起的,这也表明需要进行更仔细的检查。如果发现旅客有高烧,可进行有针对性的检测,并立即采取进一步措施。
快速、无接触充电成为
使用热成像相机进行温度测量的一个主要优点是它适合于大规模监测。这个过程是免接触的,只需要几秒钟,可以自动化。这意味着它可以在机场、边境检查站或其他“闸门”情况下使用,而不严重限制行动自由,也不需要大量人员办理繁琐的手续。例如,韩国在2020年4月15日的议会选举中也采用了这种方法:在每个选民进入投票站之前测量他们的体温。这可能是与世界其他国家相比,该国成功控制冠状病毒的原因。
眼睑的内角是一个人脸上最适合快速和相对可靠的温度测量的地方。例如,额头会因为出汗而明显降温,而眼角的温度则非常恒定。它可以通过身体表面发出的红外辐射来确定。大多数热成像相机捕捉这种辐射的方式与普通数码相机相似,使用高达100万像素的图像传感器。
每个像素都是一个微小的辐射热计,一个测量几平方微米的热接收器。热辐射在不到10毫秒的时间内就将只有150纳米薄的辐射热计加热,加热温度约为物体温度与辐射热计自身温度之间温差的五分之一。这些值的总和用于计算捕获表面的温度分布。视觉表现,这产生一个热图像与熟悉的颜色阴影-颜色越亮,温度越高。
热像素和量子阱
除了辐射热计之外,还有其他的非接触和“光学”测量温度的方法。例如,某些类型的传感器检测辐射的波长,并利用它来确定温度。辐射热计和波长探测不仅用于人体的临床温度测量。另一个熟悉的应用是在建筑物的绝缘材料中寻找温度泄漏。彩色的热图像立即显示出热(或空调建筑中的冷)正在流失的地方。
热成像的一个鲜为人知但广泛应用是质量控制。无论是金属、塑料还是玻璃,在热加工过程中精确设定的温度往往是产品质量的决定性因素。这就是为什么热轧、夹层或玻璃硬化等过程经常使用热成像相机进行监测的原因。就太阳能电池而言,热成像技术通过探测能量效率低下的“热点”来揭示结构损伤。热成像技术在安全技术中也起着关键作用。例如,热扫描可以使过热的部件在达到临界状态之前就可见。
在大气和空间研究中,使用了完全不同的方法:量子阱红外光电探测器(QWIP)。它由交替的极薄半导体材料层组成,利用量子效应。这些层限制了粒子在那里可以假设的量子力学状态。入射的红外波影响状态,因此有可能获得有意义的图像。这些图像的特点是高分辨率的“颜色”。
还有一些装置不使用可用的热辐射,而是利用主动照明。红外光源以与标准照相灯相同的方式照亮观察到的场景——热成像相机成为夜视设备。例如,这种方法用于暗室反恐行动。红外光对目标个体是隐形的。
机动运动中的光学
无论使用哪种方法,电磁波都必须被“收集”、捆绑和引导以进行测量和成像。这基本上是用与传统可见光摄影相同的方式完成的。同样的光学元件被使用:镜头被移动来聚焦和变焦;光圈被调整,过滤器被放置到位,百叶窗被操作。在广泛使用的辐射热计的情况下,必须在短时间间隔内对热像素进行重新校准,以使具有相同温度的点在图像中具有相同的亮度。为此,大多数设备都有一个黑色快门,它会自动移动到传感器的前面,以便校准所有像素到相同的值。快门移动得越快,无法进行测量的时间就越短。
为了实现对焦和变焦,光学器件通常配备有贵金属换向直流微电机1524…SR系列。它们以最小的空间需求实现极高的性能值。电机测量直径8-10mm的情况下,驱动器需要适合在微小微透镜。例如,ADM0620型步进电机结合集成丝杠是移动过滤器和百叶窗的理想选择。FAULHABER还提供广泛的电机以及匹配的齿轮头,编码器和其他配件。它们为几乎所有应用程序提供最佳解决方案。驱动元件可以在许多传统光学器件中找到,它们已经成功地尝试和测试了多年。这也适用于自动,电动对准相机的泛倾斜安装。FAULHABER紧凑型和低振动步进电机特别适合这种应用。