疫情當下，如果有外出過的話，相信大家一定被人拿“槍”指過。

如今測體溫成為了日常常態(tài)，進出小區(qū)要測，進出公司要測，進出超市要測，只要是不同場合，必須要經歷的一定是露出手腕或額頭，可是你有沒有想過測溫槍是為何在你腦袋上“打一槍”就知道溫度的；它測得到底準不準；以及被這玩意打多了會不會影響健康？

這些問題，其實只要搞懂測溫槍的原理，就會一一迎刃而解。

01 

被測溫槍打多了會不會有損健康

測溫槍，學名是“紅外線測溫儀”或者“紅外線輻射測溫儀”。很多人一聽到說“紅外”“輻射”就嚇得一激靈。
說起來，歷來包含“紅外”“輻射”的設備科普起來總是一件麻煩事。要知道，沒有人信你說的“所有物體都有輻射”，也不會有人跟你聊具體的含量，他們只知道只要“有輻射”，肯定就會對身體有影響。
遺憾的是，測溫槍這玩意雖然名頭上冠著“輻射”和“紅外”對名號，但它并不會對你的身體產生任何影響。
因為體溫槍不是一個發(fā)射體，而是一個接收體。所以測溫槍測量體溫，對人體是無害的，大家在使用的時候可以放心。
紅外測溫儀的主要原理是利用物體表面的紅外輻射來求得被測溫度的。
意思就是，你的身體無時無刻在向外擴散輻射能量，而測溫槍的作用，是接收你身體某區(qū)域的輻射能量。如果真的說這個過程有什么危害的話，那么應該擔心被輻射的也是測溫槍。
任何物體只要它的溫度高于絕對零度（-273度），就有熱能轉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，且輻射波的波長也不同，但總是包含著紅外輻射在內，當物體的溫度在千攝氏度以下時，其熱輻射中最強的電磁波是紅外波。
所以這玩意雖然長著一副槍的樣子，但只有被動挨打的份。
也許有些小伙伴要提問了——是不是這就意味著，測溫槍像溫度計一樣，是直接隔空感受你散發(fā)的“溫度信號”呢？——這樣的說法其實也不大對。
紅外測溫槍能接收到的，只是各種波段的電磁波，絕不是直接的溫度傳導。而其中最關鍵的，從“電磁波信息”到“溫度信息”的這一轉換過程，就要提到今天要說的真正的重點了——黑體輻射定律。

02 

黑體輻射定律

這個黑體輻射定律是干啥用的呢，說白了就是物理學家想搞懂“電磁波信息”到“溫度（能量）信息”的轉換關系。
于是他們假想出了“黑體”這個東西。
這個時候我們繼續(xù)派出卡比出場。假設“黑卡比”就是一個標準的“黑體”，它的特性是：入射的電磁波全部被吸收，既沒有反射，也沒有透射。

體現到卡比身上就是，吃掉的食物從來不吐出去，沒有浪費地全部自己消化掉。

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

好了，知道了這個原理，現在新的問題來了——我們該怎么知道黑體吸進去的“光”到底轉化成了多少“熱”呢？
這個問題自從17世紀牛頓發(fā)現三棱鏡光色散現象的時候就開始研究了，科學家們一直鉆研了數百年，終于在1900年的時候，馬克思·普朗克在德國物理學會上公布了靠譜的“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”概念，順道成為了現代物理學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，我們現在就了解一下這個公式，別看寫起來復雜，其實都是紙老虎，它所揭示的無非是光與溫度的關系——
你看如果把它畫成圖，是不是就好懂一些了！（并沒有）

怎么理解這個圖呢，這幾條線的走勢反映的是某個固定溫度（單位K/國際標準溫度單位）下，不同波長的熱輻射強度。
比如里面的6000K（5727°C），這是太陽的溫度——于是根據黑體輻射定律公式，我們就能分別算出太陽光中不同波長（比如紅色、綠色、藍色、某段紅外線、某段紫外線……）的熱輻射能量（強度/I）是多少。

同理，如果我們知道某段光的熱輻射強度和光線波長，也可以算出其代表的“溫度”是多少了。
好的，我知道說到這很多同學還是想說“依然看不懂”，沒關系，這會兒看睡著的同學可以醒醒了，咱把理解難度繼續(xù)降維，下面才是重點。
我們只要看懂一點，就是——高溫度下的黑體輻射強度，在任何一個波長范圍內，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，在每段波長上強度都比1200℃的黃色曲線高：

紅外測溫儀就是根據這一特性設計出來的。
在這個理論基礎下，根據工程應用所需的測量精度不同，紅外測溫儀有三種主要的設計方向。
其一，單色測溫法：利用單一波長下的單色輻射強度比值來判斷溫度；
其二，雙色測溫法：測量被測物體在兩個波長下的輻射強度比值的強度變化來判斷，這種方法比前者受外界影響更小，誤差也更小；
前面這兩種能不能理解看個人造化，我們詳細說一下第三種——
其三，全輻射測溫法。
全輻射測溫法名字聽起來最牛逼，但其實是三種方法里精度相對最差的一種，不過優(yōu)勢就在于結構簡單，成本較低。
原因就在于其“大力出奇跡”式的設計思路——全輻射測溫法，是通過測量輻射物體的全波長的熱輻射總強度，來確定物體的輻射溫度的。
我們怎么理解這個概念呢，就是好比把一個溫度下的全波段輻射強度圖比做一個米山，現在讓卡比把整個米山全部吃掉，我們來測它吃掉后轉化的熱輻射能量總共有多少，最終推導出當時的溫度值。
現在小區(qū)門口給你測體溫的紅外線測溫槍，基本都是這一思路設計的。
所以思路縷清后，我們只需把一個這樣的卡比放在測溫槍中，測量出它吸收輻射后釋放的熱輻射量，就能換算出被測物對應的溫度了。
這個能將接收到的“紅外電磁波輻射”轉換為“熱輻射”（黑體輻射過程），進而把“熱輻射”轉化為電信號（熱電轉化過程）的東西就是：熱釋電紅外傳感器（簡稱：PIR）

03 

測溫槍到底準不準

另一個大家很關心的問題，就是這玩意測得準不準呢？
影響測量結果的原因是多方面的。測溫槍在測溫的時候，會受到外界的影響，例如水蒸氣與光照、被測物體發(fā)射率等。另外測溫槍接收輻射的入口處如果有污物，同樣也會影響精準度。所以測溫槍測出來的溫度，并不是百分之百準確的。
其一，客觀物理因素：
由于“黑體輻射定律”是在工作物質是理論黑體的情況下演算的，而生活中物質因為材質關系都是屬于不同“純度”的黑體，這個純度用“發(fā)射率”來表示。

理論黑體的發(fā)射率是1，平時我們測溫槍用的大多數都是0.95的發(fā)射率，這適用于生活中大多數的情況。所以你可以觀察一下，你能見到的測溫槍顯示屏基本上都會寫著“0.95”的字樣。

但這個0.95畢竟是根據被測物的材質而定的浮動值，這是測溫槍很難絕對準確的原因之一。
其二，污染因素：
由于信息是通過電磁輻射（光）傳導的，這不可避免的會受到煙塵和水蒸氣等外界因素的影響；另外，機器入射口處的透鏡污染也是干擾項的一環(huán)。
其三，機器精度：
因為成本原因，我們平時所用的測溫槍大多沒有用更精確的雙色測溫法技術，內部元件的精細度也參差不齊；再有就是使用時的距離誤差導致的數值波動了。

但是，這些有限的缺點還是很難成為我們拒絕測溫槍的理由。
有的朋友可能遇到這種情況：每天早上需要騎行5km的路程來到公司，如今北方的早晨還是存在一定的嚴寒，經過一路的冷風侵襲，體表溫度相對較低，而此時到達公司后用紅外測溫槍所測得的體溫在33℃左右，跟出小區(qū)時測的溫度不一樣。
另外，對于負責測量和被測量的我們來說，需要注意幾點。
1.紅外測溫槍與額頭不能距離太遠，不然的測溫槍的紅外探測器能夠收集到的紅外幅射能量會變小，從而影響測量的結果。最理想的情況下是距離額頭大概5cm至8cm左右。
2.紅外測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測量區(qū)域散發(fā)出的。
3.與額頭無關，因為暴露在空氣中的額頭溫度可能會比實際的人體溫度要低，例如說當走在寒風里，溫度越低紅外輻射能量也就越少。
4.不要讓紅外測溫槍處在溫差相差20度或更高的環(huán)境下，不然的話測出來的數據將會是不準確的。
而作為被測量的我們，也可以在測量前的20分鐘至半小時內不要做劇烈的運動或者吃過熱或過冷的東西，讓測量的結果盡量準確。

所以反過來想想，有這么多客觀因素的影響，紅外測溫槍依然能保證測量溫度維持在相對精確的范圍內，這本身就是一種很厲害的事。它沒有那么完美，但依然是一種有限范圍內，可以選擇到的好產品。
至少在今天來看，我已經很難想像，這次防疫戰(zhàn)中如果沒有類似響應時間短、測溫效率高，不用接觸被測物體，依然可以有著相對可靠的準確度，同時制作成本低廉，操作起來也足夠方便的科技產品的存在，僅僅是一個個測體溫，就會給防控工作帶來多大的困難了。

這次能借此機會說明白測溫槍的原理，能傳遞出多少知識不是重點，最重要的是有幸和大家再次從另一個角度，感受科技產品所帶來的力量。