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FAULHABER GROUP

利用热成像技术阻断感染链

全球新冠疫情向人们展示了高传染性病毒能够给全社会带来的极大危害。游客和旅客在无形中提高了疾病的传播率。在机场到达大厅检测感染患者就成为阻断感染链的重要保障。热成像照相机在这样的场合就发挥了关键作用。FAULHABER电机帮助这些照相机在不足一秒的时间内获取精确图像和测量值。

利用热成像技术阻断感染链

其实大规模温度监控技术的应用早已存在。该技术的推出和逐步推广开始于SARS(非典)、MERS(中东呼吸综合症)和Ebola(伊波拉)病毒的区域性疫情防控。鉴于这些病毒给健康带来的严重危害,一些国家在多年前就已经开始在机场和其它高人流量的地点采用热成像扫描技术,以达到阻止流行病传播的目的。新馆肺炎疫情使该技术在全球范围内的应用频率急剧上升。


利用热成像技术阻断感染链

体热是传染性疾病的常见症状。虽然体温升高并不一定代表感染了新冠病毒,但仍然有必要做进一步检查。在发现有体热症状旅客的情况下,即可有针对性的进行检查并立即采取相关措施。

快速、非接触式检测

采用热成像照相机进行温度检测的主要优势在于大规模监控的适用性。此自动化过程完全无接触,需时数秒。这意味着该技术可以应用在机场、边防检查或其它关卡等人流量大的场合,这样可以避免人工检查的繁琐,同时确保正常人流速度。比如,韩国在2020年4月15日进行议会选举时就采用了该技术。进入投票间之前,每名投票人的体温都得到测量。这也许是韩国防疫成果好于其它国家的原因所在。

眼皮内角是快速、可靠测量体温最适合的人脸部位。比如,额头温度在出汗后可能急剧下降,而眼角温度相对来说则非常稳定。通过体表的红外线辐射即可完成测量。大多数热成像照相机捕捉此辐射的方式与采用高达一百万像素图像传感器的普通数码相机相类似。


利用热成像技术阻断感染链

每个像素都是一个微小的辐射热测量计,用于测量若干平方微米热辐射的接收器。辐射热测量计厚度仅为150纳米,能够在不到10毫秒的时间内感测到相当于物体与测量计之间温差五分之一的热辐射。这些值的和用于计算被感测表面的温度特征。我们经常看到的红外热量图就是这些温度的图像显示,颜色越浅的区域,温度越高。

热像素和量子阱

除了热辐射测量计以外,还有其它非接触式和光学温度测量方法。比如,某些类型的传感器可以通过辐射的波长来检测温度。热辐射测量计和波长检测器不仅用于医学测量人体温度。另一个常见应用领域是查找建筑物的隔热泄漏。通过彩色热量图就可以立即确定温控建筑物内热量或冷气的泄漏位置。


利用热成像技术阻断感染链

质量控制是热成像技术的另一个较为广泛却鲜为人知的应用领域。无论是金属、塑料或玻璃行业,热处理步骤中精确的温度控制是保证产品质量的决定因素。这也是在热轧、夹层或玻璃硬化工艺当中经常采用热成像照相机进行监控的原因。在太阳能电池领域,可以利用热成像技术发现有能量缺陷的结构性损坏部位。热成像技术在安全技术方面也起到重要作用。热扫描可以识别出高温部件,防止出现危险状态。

大气和太空研究采用的是一个完全不同的方法:量子阱红外探测器 (QWIP)。它由非常薄的半导体材料层组成,利用的是量子效应。材料层用于限制粒子的量子物理状态。进入材料层的红外波对此状态构成影响,通过此变化即可获取有意义的图像。这些图像的色彩具有非常高的分辨率。

也有一些仪器并不使用热辐射,而是利用有源照明。一个红外光源对需要观测的区域进行照射,就如同普通摄影用灯一样,热成像照相机就变为一台夜视装置。这种方法的应用场合包括黑暗空间内的反恐行动。被监测目标看不到红外光源。

光学的动力来源

无论采用哪一种方法,都必须对电磁波进行“采集”、汇聚和引导,以实现最终的测量和成像。这和采用可见光源的传统照相技术基本上没有区别。所使用的光学元件也一样:透镜的移动(聚焦和缩放),光圈的调整,滤镜的定位和快门的操纵。就拿应用广泛的热辐射测量计来说,必须在短周期内对热像素进行校准,才能确保相同温度的点在图像中的亮度保持相同。为了达到这个目的,绝大多数装置都有一个黑色快门,它能自动移动到传感器前侧,将所有像素校准至相同值。快门移动速度越快,完成测量的时间就越短。


利用热成像技术阻断感染链

为实现聚焦和缩放,光学装置通常装配1524 ... SR系列贵金属直流微电机。它们性能极高,所占空间极小。驱动装置如果需要内置于微透镜,还可以采用直径8-10mm的电机。比如ADM0620型步进电机与内置丝杠组合,最适合于完成滤镜与快门的运动。FAULHABER还提供众多其他类型电机、减速箱、编码器和附件。它们几乎能为每一个应用领域提供最佳解决方案。这些驱动部件已在很多传统光学装置内得到多年应用和测试。照相机在云台底座上的自动对准技术也一样。FAULHABER紧凑型低振动步进电机尤其适合于此类应用。

Thermal imaging cameras (faulhaber.com)

Optics & Photonics (faulhaber.com)

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