ESPECIAL: Análise da tecnologia de medição de temperatura por termografia infravermelha sem contato

Temperatura é uma palavra de fácil compreensão, todos conhecem o que ela representa. Todo objeto tem uma temperatura, mas no ano de 2020 essa palavra passou a aparecer frequentemente na TV, e passamos a escutar cada vez mais termos como “temperatura do corpo humano” e “37,0°C”.

Um surto do novo coronavírus varreu o mundo e soluções de segurança eletrônica, equipamentos infravermelhos para medição de temperatura sem contato, estão na linha de frente da guerra na prevenção de epidemias. Esses equipamentos já examinaram grande número de pacientes com febre suspeita, reduzindo a probabilidade de infecção cruzada entre as pessoas e garantindo a segurança de equipes médicas e pessoal de segurança, impedindo assim efetivamente a propagação do vírus.

Isso leva a uma pergunta: a tecnologia de imagens térmicas pode se tornar cada vez mais relevante no campo da segurança civil, uma vez que protege a vida, a propriedade das pessoas e promove o desenvolvimento da economia social?

Princípio básico da Imagem Térmica Infravermelha

Na natureza, qualquer objeto cuja temperatura seja superior ao zero absoluto (- 273ºC) produzirá radiação infravermelha. O termovisor infravermelho coleta o sinal de radiação e o converte em sinal elétrico, simula o campo de distribuição de calor na superfície do objeto, transforma-o em sinal de imagem de vídeo através do processamento de imagens e outras tecnologias e exibe a imagem intuitivamente.

A radiação térmica infravermelha possui forte condutividade. A imagem térmica infravermelha não pode ser afetada pela luz, fumaça, clima e outros fatores, e pode ser usada em uma ampla variedade de situações.

Princípios básicos do Black Body

De um modo geral, o Black Body tem as seguintes três características:

1. É um objeto que absorve completamente a radiação estranha de qualquer comprimento de onda, sem produzir qualquer reflexão, em nenhuma condição.

2. É um objeto com uma taxa de absorção de 1.

3. É um objeto que absorve radiação de qualquer comprimento de onda a qualquer temperatura.

Qualquer objeto tem a capacidade de irradiar, absorver e emitir ondas eletromagnéticas continuamente. A onda eletromagnética irradiada é diferente em cada faixa de onda, portanto, possui uma certa distribuição espectral. Essa distribuição espectral está relacionada às características do próprio objeto e a sua temperatura, por isso é chamada radiação térmica.

Para estudar as leis da radiação térmica, que não dependem das propriedades físicas específicas da matéria, os físicos definiram um objeto ideal (ou seja, o black body) como o objeto padrão da pesquisa de radiação térmica. No chamado black body, todas as ondas eletromagnéticas incidentes são absorvidas, sem serem refletidas ou transmitidas.

De acordo com a Lei de Kirchhoff para radiação térmica, a proporção de energia radiante para absorção de um corpo em equilíbrio térmico é independente de suas propriedades físicas, apenas relacionada ao comprimento de onda e temperatura. De acordo com a lei de Kirchhoff, a uma certa temperatura, o black body deve ser o objeto com a maior capacidade de radiação, que pode ser chamada de radiador completo.

Melhorando a precisão da medição de temperatura

Para situações que requerem precisão de alta temperatura, o black body pode ser usado para calibração de temperatura, melhorando a precisão da medição do termovisor infravermelho.

Certamente todos os termovisores são calibrados e calibrados com o black body antes da entrega. Ainda assim, quanto maior a precisão do black body, maior a precisão da medição de temperatura do termovisor. O desempenho do black body determina a precisão do termovisor.

Para melhorar a precisão da medição de temperatura do termovisor, diferentes coeficientes de radiação específicos devem ser ajustados de acordo com os diferentes materiais do objeto a ser medido.

Tomando essa epidemia como exemplo: a temperatura do corpo humano é normal em cerca de 36,5°C, para determinarmos anormalidades na temperatura, um detector de alta precisão de medição desempenha papel crucial. Atualmente, usamos a tecnologia de correção do black body para melhorar a precisão da medição de temperatura em casos como esse.

Correção da medição de temperatura

A temperatura de medição do black body em 37°C é 36,9°C, e o erro de medição é 0,1°C, que está dentro da faixa de erros do instrumento. Tomando o black body como objeto de referência, pode-se garantir que o desvio de temperatura do corpo humano medido sob a mesma condição não exceda ± 0,3°C. Conforme mostrado nas figuras abaixo nos mesmos ambientes e distância de medição, a temperatura de medição da testa é de 33,1°C (para homens) e 34,2°C (para mulheres), respectivamente.

A temperatura do corpo humano é constante entre 36°C e 37°C, mas a temperatura da testa é geralmente mais baixa do que a temperatura do corpo, considerando a diferença de temperatura da superfície corporal e temperatura interna corporal.

Devido à dissipação direta do calor, a temperatura da superfície corporal da testa é menor que a da axila. Além disso, a temperatura da testa é facilmente afetada pela temperatura ambiente: a temperatura da testa em ambiente de baixa temperatura é mais baixa do que a in vivo; da mesma forma, a temperatura da testa (principalmente a do cabelo) testada em ambiente com luz solar é maior do que o in vivo.

Com base na influência de fatores ambientais na temperatura da testa, duas sugestões são apresentadas ao usar o instrumento de rastreamento rápido de temperatura por imagem térmica infravermelha:

1. Não é recomendável usar este instrumento de triagem ao ar livre.

2. Sugere-se modificar o local de espera para a triagem interna, aumentando o tempo de retenção do pessoal a ser testado, garantindo que a temperatura da testa seja consistente com a temperatura corporal o máximo possível.

Temperatura da testa como base para a triagem

1. A função do instrumento de triagem rápida de temperatura com imagens térmicas por infravermelho é realizar medições de temperatura sem contato a longa distância, no caso de grande fluxo de pessoas, e triar rapidamente os usuários com alta temperatura no meio de um grande número de pessoas. Nesses casos, apenas a cabeça está exposta ao campo de medição de temperatura.

2. A temperatura interna do corpo humano é chamada de temperatura corporal, que é a temperatura média profunda. Essa temperatura interna se reflete na temperatura da superfície corporal principalmente através do nervo central e da circulação sanguínea, mantendo a temperatura corporal constante.

O fluxo sanguíneo é suprido pela artéria principal e pela artéria carótida através da artéria temporal próxima à testa e ao coração. A circulação sanguínea rápida pode refletir a mudança da temperatura corporal verdadeira e em tempo real. Quando a febre ocorre, o cérebro é afetado primeiro. Ou seja, quando a temperatura do corpo aumenta ou diminui, o cérebro a regula primeiro, por isso a temperatura na superfície da testa também é alterada rapidamente.

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