疫情當(dāng)下，如果有外出過(guò)的話(huà)，相信大家一定被人拿“槍”指過(guò)。

如今測(cè)體溫成為了日常常態(tài)，進(jìn)出小區(qū)要測(cè)，進(jìn)出公司要測(cè)，進(jìn)出超市要測(cè)，只要是不同場(chǎng)合，必須要經(jīng)歷的一定是露出手腕或額頭，可是你有沒(méi)有想過(guò)測(cè)溫槍是為何在你腦袋上“打一槍”就知道溫度的；它測(cè)得到底準(zhǔn)不準(zhǔn)；以及被這玩意打多了會(huì)不會(huì)影響健康？

這些問(wèn)題，其實(shí)只要搞懂測(cè)溫槍的原理，就會(huì)一一迎刃而解。

01 

被測(cè)溫槍打多了會(huì)不會(huì)有損健康

測(cè)溫槍?zhuān)瑢W(xué)名是“紅外線測(cè)溫儀”或者“紅外線輻射測(cè)溫儀”。很多人一聽(tīng)到說(shuō)“紅外”“輻射”就嚇得一激靈。
說(shuō)起來(lái)，歷來(lái)包含“紅外”“輻射”的設(shè)備科普起來(lái)總是一件麻煩事。要知道，沒(méi)有人信你說(shuō)的“所有物體都有輻射”，也不會(huì)有人跟你聊具體的含量，他們只知道只要“有輻射”，肯定就會(huì)對(duì)身體有影響。
遺憾的是，測(cè)溫槍這玩意雖然名頭上冠著“輻射”和“紅外”對(duì)名號(hào)，但它并不會(huì)對(duì)你的身體產(chǎn)生任何影響。
因?yàn)轶w溫槍不是一個(gè)發(fā)射體，而是一個(gè)接收體。所以測(cè)溫槍測(cè)量體溫，對(duì)人體是無(wú)害的，大家在使用的時(shí)候可以放心。
紅外測(cè)溫儀的主要原理是利用物體表面的紅外輻射來(lái)求得被測(cè)溫度的。
意思就是，你的身體無(wú)時(shí)無(wú)刻在向外擴(kuò)散輻射能量，而測(cè)溫槍的作用，是接收你身體某區(qū)域的輻射能量。如果真的說(shuō)這個(gè)過(guò)程有什么危害的話(huà)，那么應(yīng)該擔(dān)心被輻射的也是測(cè)溫槍。
任何物體只要它的溫度高于絕對(duì)零度（-273度），就有熱能轉(zhuǎn)變的熱輻射向外部發(fā)射，物體溫度不同，其輻射出的能量不同，且輻射波的波長(zhǎng)也不同，但總是包含著紅外輻射在內(nèi)，當(dāng)物體的溫度在千攝氏度以下時(shí)，其熱輻射中最強(qiáng)的電磁波是紅外波。
所以這玩意雖然長(zhǎng)著一副槍的樣子，但只有被動(dòng)挨打的份。
也許有些小伙伴要提問(wèn)了——是不是這就意味著，測(cè)溫槍像溫度計(jì)一樣，是直接隔空感受你散發(fā)的“溫度信號(hào)”呢？——這樣的說(shuō)法其實(shí)也不大對(duì)。
紅外測(cè)溫槍能接收到的，只是各種波段的電磁波，絕不是直接的溫度傳導(dǎo)。而其中最關(guān)鍵的，從“電磁波信息”到“溫度信息”的這一轉(zhuǎn)換過(guò)程，就要提到今天要說(shuō)的真正的重點(diǎn)了——黑體輻射定律。

02 

黑體輻射定律

這個(gè)黑體輻射定律是干啥用的呢，說(shuō)白了就是物理學(xué)家想搞懂“電磁波信息”到“溫度（能量）信息”的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
于是他們假想出了“黑體”這個(gè)東西。
這個(gè)時(shí)候我們繼續(xù)派出卡比出場(chǎng)。假設(shè)“黑卡比”就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的“黑體”，它的特性是：入射的電磁波全部被吸收，既沒(méi)有反射，也沒(méi)有透射。

體現(xiàn)到卡比身上就是，吃掉的食物從來(lái)不吐出去，沒(méi)有浪費(fèi)地全部自己消化掉。

那么，消化掉的東西，最后就變成了卡比體內(nèi)的熱量，也就是熱輻射（通俗地理解為“溫度”）。
于是這個(gè)從“電磁輻射”（光）到“熱輻射”（熱）的過(guò)程，就叫黑體輻射。

好了，知道了這個(gè)原理，現(xiàn)在新的問(wèn)題來(lái)了——我們?cè)撛趺粗篮隗w吸進(jìn)去的“光”到底轉(zhuǎn)化成了多少“熱”呢？
這個(gè)問(wèn)題自從17世紀(jì)牛頓發(fā)現(xiàn)三棱鏡光色散現(xiàn)象的時(shí)候就開(kāi)始研究了，科學(xué)家們一直鉆研了數(shù)百年，終于在1900年的時(shí)候，馬克思·普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)上公布了靠譜的“黑體輻射定律公式”。

其中為了證明這一公式而引出的衍生品“量子力學(xué)”概念，順道成為了現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基本支柱之一。
所以，為了讓這消耗掉的顏值不被辜負(fù)，我們現(xiàn)在就了解一下這個(gè)公式，別看寫(xiě)起來(lái)復(fù)雜，其實(shí)都是紙老虎，它所揭示的無(wú)非是光與溫度的關(guān)系——
你看如果把它畫(huà)成圖，是不是就好懂一些了！（并沒(méi)有）

怎么理解這個(gè)圖呢，這幾條線的走勢(shì)反映的是某個(gè)固定溫度（單位K/國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)溫度單位）下，不同波長(zhǎng)的熱輻射強(qiáng)度。
比如里面的6000K（5727°C），這是太陽(yáng)的溫度——于是根據(jù)黑體輻射定律公式，我們就能分別算出太陽(yáng)光中不同波長(zhǎng)（比如紅色、綠色、藍(lán)色、某段紅外線、某段紫外線……）的熱輻射能量（強(qiáng)度/I）是多少。

同理，如果我們知道某段光的熱輻射強(qiáng)度和光線波長(zhǎng)，也可以算出其代表的“溫度”是多少了。
好的，我知道說(shuō)到這很多同學(xué)還是想說(shuō)“依然看不懂”，沒(méi)關(guān)系，這會(huì)兒看睡著的同學(xué)可以醒醒了，咱把理解難度繼續(xù)降維，下面才是重點(diǎn)。
我們只要看懂一點(diǎn)，就是——高溫度下的黑體輻射強(qiáng)度，在任何一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，都高于低溫度下的黑體輻射。
反映到圖里就是，1500℃的紅色高溫曲線，在每段波長(zhǎng)上強(qiáng)度都比1200℃的黃色曲線高：

紅外測(cè)溫儀就是根據(jù)這一特性設(shè)計(jì)出來(lái)的。
在這個(gè)理論基礎(chǔ)下，根據(jù)工程應(yīng)用所需的測(cè)量精度不同，紅外測(cè)溫儀有三種主要的設(shè)計(jì)方向。
其一，單色測(cè)溫法：利用單一波長(zhǎng)下的單色輻射強(qiáng)度比值來(lái)判斷溫度；
其二，雙色測(cè)溫法：測(cè)量被測(cè)物體在兩個(gè)波長(zhǎng)下的輻射強(qiáng)度比值的強(qiáng)度變化來(lái)判斷，這種方法比前者受外界影響更小，誤差也更??；
前面這兩種能不能理解看個(gè)人造化，我們?cè)敿?xì)說(shuō)一下第三種——
其三，全輻射測(cè)溫法。
全輻射測(cè)溫法名字聽(tīng)起來(lái)最牛逼，但其實(shí)是三種方法里精度相對(duì)最差的一種，不過(guò)優(yōu)勢(shì)就在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。
原因就在于其“大力出奇跡”式的設(shè)計(jì)思路——全輻射測(cè)溫法，是通過(guò)測(cè)量輻射物體的全波長(zhǎng)的熱輻射總強(qiáng)度，來(lái)確定物體的輻射溫度的。
我們?cè)趺蠢斫膺@個(gè)概念呢，就是好比把一個(gè)溫度下的全波段輻射強(qiáng)度圖比做一個(gè)米山，現(xiàn)在讓卡比把整個(gè)米山全部吃掉，我們來(lái)測(cè)它吃掉后轉(zhuǎn)化的熱輻射能量總共有多少，最終推導(dǎo)出當(dāng)時(shí)的溫度值。
現(xiàn)在小區(qū)門(mén)口給你測(cè)體溫的紅外線測(cè)溫槍?zhuān)径际沁@一思路設(shè)計(jì)的。
所以思路縷清后，我們只需把一個(gè)這樣的卡比放在測(cè)溫槍中，測(cè)量出它吸收輻射后釋放的熱輻射量，就能換算出被測(cè)物對(duì)應(yīng)的溫度了。
這個(gè)能將接收到的“紅外電磁波輻射”轉(zhuǎn)換為“熱輻射”（黑體輻射過(guò)程），進(jìn)而把“熱輻射”轉(zhuǎn)化為電信號(hào)（熱電轉(zhuǎn)化過(guò)程）的東西就是：熱釋電紅外傳感器（簡(jiǎn)稱(chēng)：PIR）

03 

測(cè)溫槍到底準(zhǔn)不準(zhǔn)

另一個(gè)大家很關(guān)心的問(wèn)題，就是這玩意測(cè)得準(zhǔn)不準(zhǔn)呢？
影響測(cè)量結(jié)果的原因是多方面的。測(cè)溫槍在測(cè)溫的時(shí)候，會(huì)受到外界的影響，例如水蒸氣與光照、被測(cè)物體發(fā)射率等。另外測(cè)溫槍接收輻射的入口處如果有污物，同樣也會(huì)影響精準(zhǔn)度。所以測(cè)溫槍測(cè)出來(lái)的溫度，并不是百分之百準(zhǔn)確的。
其一，客觀物理因素：
由于“黑體輻射定律”是在工作物質(zhì)是理論黑體的情況下演算的，而生活中物質(zhì)因?yàn)椴馁|(zhì)關(guān)系都是屬于不同“純度”的黑體，這個(gè)純度用“發(fā)射率”來(lái)表示。

理論黑體的發(fā)射率是1，平時(shí)我們測(cè)溫槍用的大多數(shù)都是0.95的發(fā)射率，這適用于生活中大多數(shù)的情況。所以你可以觀察一下，你能見(jiàn)到的測(cè)溫槍顯示屏基本上都會(huì)寫(xiě)著“0.95”的字樣。

但這個(gè)0.95畢竟是根據(jù)被測(cè)物的材質(zhì)而定的浮動(dòng)值，這是測(cè)溫槍很難絕對(duì)準(zhǔn)確的原因之一。
其二，污染因素：
由于信息是通過(guò)電磁輻射（光）傳導(dǎo)的，這不可避免的會(huì)受到煙塵和水蒸氣等外界因素的影響；另外，機(jī)器入射口處的透鏡污染也是干擾項(xiàng)的一環(huán)。
其三，機(jī)器精度：
因?yàn)槌杀驹颍覀兤綍r(shí)所用的測(cè)溫槍大多沒(méi)有用更精確的雙色測(cè)溫法技術(shù)，內(nèi)部元件的精細(xì)度也參差不齊；再有就是使用時(shí)的距離誤差導(dǎo)致的數(shù)值波動(dòng)了。

但是，這些有限的缺點(diǎn)還是很難成為我們拒絕測(cè)溫槍的理由。
有的朋友可能遇到這種情況：每天早上需要騎行5km的路程來(lái)到公司，如今北方的早晨還是存在一定的嚴(yán)寒，經(jīng)過(guò)一路的冷風(fēng)侵襲，體表溫度相對(duì)較低，而此時(shí)到達(dá)公司后用紅外測(cè)溫槍所測(cè)得的體溫在33℃左右，跟出小區(qū)時(shí)測(cè)的溫度不一樣。
另外，對(duì)于負(fù)責(zé)測(cè)量和被測(cè)量的我們來(lái)說(shuō)，需要注意幾點(diǎn)。
1.紅外測(cè)溫槍與額頭不能距離太遠(yuǎn)，不然的測(cè)溫槍的紅外探測(cè)器能夠收集到的紅外幅射能量會(huì)變小，從而影響測(cè)量的結(jié)果。最理想的情況下是距離額頭大概5cm至8cm左右。
2.紅外測(cè)溫槍需要盡可能的與額頭保持垂直，這樣可以確保收集的紅外幅射能量是從目標(biāo)測(cè)量區(qū)域散發(fā)出的。
3.與額頭無(wú)關(guān)，因?yàn)楸┞对诳諝庵械念~頭溫度可能會(huì)比實(shí)際的人體溫度要低，例如說(shuō)當(dāng)走在寒風(fēng)里，溫度越低紅外輻射能量也就越少。
4.不要讓紅外測(cè)溫槍處在溫差相差20度或更高的環(huán)境下，不然的話(huà)測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)將會(huì)是不準(zhǔn)確的。
而作為被測(cè)量的我們，也可以在測(cè)量前的20分鐘至半小時(shí)內(nèi)不要做劇烈的運(yùn)動(dòng)或者吃過(guò)熱或過(guò)冷的東西，讓測(cè)量的結(jié)果盡量準(zhǔn)確。

所以反過(guò)來(lái)想想，有這么多客觀因素的影響，紅外測(cè)溫槍依然能保證測(cè)量溫度維持在相對(duì)精確的范圍內(nèi)，這本身就是一種很厲害的事。它沒(méi)有那么完美，但依然是一種有限范圍內(nèi)，可以選擇到的好產(chǎn)品。
至少在今天來(lái)看，我已經(jīng)很難想像，這次防疫戰(zhàn)中如果沒(méi)有類(lèi)似響應(yīng)時(shí)間短、測(cè)溫效率高，不用接觸被測(cè)物體，依然可以有著相對(duì)可靠的準(zhǔn)確度，同時(shí)制作成本低廉，操作起來(lái)也足夠方便的科技產(chǎn)品的存在，僅僅是一個(gè)個(gè)測(cè)體溫，就會(huì)給防控工作帶來(lái)多大的困難了。

這次能借此機(jī)會(huì)說(shuō)明白測(cè)溫槍的原理，能傳遞出多少知識(shí)不是重點(diǎn)，最重要的是有幸和大家再次從另一個(gè)角度，感受科技產(chǎn)品所帶來(lái)的力量。