“测温枪”到底是怎样测出你的温度的？
当下这些天，大街上最威风的就是公共场所的安保人员和各小区的工作人员了。不管你平时多大派头，也不管你哪个星球来的，遇见他们咱都得乖乖过去，要么举起手来、要么头伸过去，挨上一枪。
虽然这几天大家 挨的枪子不少 被检测的次数不少，但对很多朋友来说，这玩意在之前的生活中还相对比较少见。因为对它的陌生，进而就衍生出了一个个萦绕在脑边问题。
测温枪是为何在你脑袋上“打一枪”就知道温度的；它测得到底准不准；以及亲戚群里最关心的，被这玩意打多了会不会影响健康？
这些问题，其实只要搞懂测温枪的原理，就会一一迎刃而解。原理虽然复杂，但不用担心，看了小姨的讲解，保准咱二舅姥爷瞅了都能理解得明明白白儿的。
被测温枪打多了会不会有损健康
被测温枪打多了会不会有损健康？——这个问题很经典。
测温枪，学名是“红外线测温仪”或者“红外线辐射测温仪”。很多人一听到“红外”“辐射”这类的词就一哆嗦，直接吓尿。
说起来，历来包含“红外”“辐射”的设备科普起来总是一件麻烦事。要知道在“亲戚群”里，才没有人信你说的“任何物体都辐射”；更不会有人跟你谈什么剂量。他们只知道只要“有辐射”，就应该“宁可信其有”。
遗憾的是，测温枪这玩意虽然名头上冠着“辐射”和“红外”，但不会对你的身体施加任何哪怕一丁点的影响。
因为它是个接收器，不是发射器。
笼统的说，红外测温仪的原理是：被动吸收目标的红外辐射能量，从而获得物体温度数值。
意思就是，你的身体无时无刻在向外扩散辐射能量，而测温枪的作用，是接收你身体某区域的辐射能量。如果真的说这个过程有什么危害的话，那么应该担心被辐射的也是测温枪，没准万一哪天测到个1000℃的脑门自己就憋了。
所以这玩意虽然长着一副枪的样子，但只有被动挨打的份。
好了，说明白这个问题，也许有些小伙伴就想抢答了——是不是这就意味着，测温枪的工作过程就是像温度计一样，直接隔空感受你散发的“温度信号”呢？——这样的说法其实也不太对。
红外测温枪能接收到的，只是各种波段的电磁波，绝不是直接的温度传导。而其中最关键的，从“电磁波信息”到“温度信息”的这一转换过程，就要提到今天要说的真正的重点了——黑体辐射定律。
黑体辐射定律
当你试图在中文媒体平台上搜索任何科技产品的原理时，除了会找到一些假装科普的复制粘贴怪，就是一些读理论、贴公式的读课本式的天书。
小姨喜欢把这种不负责任的科普称为“懒科普”。具体到这次的“测温枪原理”就是——他们几乎只会煞有介事地搬出基于黑体辐射定律的那段话：
诚然，这句话是一切的基础，但是我相信如果不对里面的句子进行拆解，不解释黑体辐射的理论，几乎没有人能沉下心来去理解这话到底说了个什么意思。
哎，这事其实很简单。
这个黑体辐射定律是干啥用的呢，说白了就是物理学家想搞懂“电磁波信息”到“温度（能量）信息”的转换关系。
于是他们假想出了“黑体”这个东西。
这个时候我们继续派出小姨的老朋友 卡比 出场。假设“黑卡比”就是一个标准的“黑体”，它的特性是：入射的电磁波全部被吸收，既没有反射，也没有透射。
体现到卡比身上就是，吃掉的食物从来不吐出去，没有浪费地全部自己消化掉。
那么，消化掉的东西，最后就变成了卡比体内的热量，也就是热辐射（我们可以把它通俗地理解为温度）
于是这个从“电磁辐射”（光）到“热辐射”（热）的过程，就叫黑体辐射。
好了，知道了这个原理，现在新的问题来了——我们该怎么知道黑体吸进去的“光”到底转化成了多少“热”呢？
这个问题自从17世纪牛顿发现三棱镜光色散现象的时候就开始研究了，科学家们一直钻研了数百年，终于在1900年的时候，马克思·普朗克在德国物理学会上公布了靠谱的“黑体辐射定律公式”。
其中为了证明这一公式而引出的衍生品“量子力学”概念，顺道成为了现代物理学的两大基本支柱之一。
人类得到这个公式多不容易，看看它是用多少颜值换来的就知道了：
所以，为了让这消耗掉的颜值不被辜负，我们现在就了解一下这个公式，别看写起来复杂，其实都是纸老虎，它所揭示的无非是光与温度的关系——
你看如果把它画成图，是不是就好懂一些了！（并没有）
怎么理解这个图呢，这几条线的走势反映的是某个固定温度（单位K/国际标准温度单位）下，不同波长的热辐射强度。
比如里面的6000K（5727°C），这是太阳的温度——于是根据黑体辐射定律公式，我们就能分别算出太阳光中不同波长（比如红色、绿色、蓝色、某段红外线、某段紫外线……）的热辐射能量（强度/I）是多少。
同理，如果我们知道某段光的热辐射强度和光线波长，也可以算出其代表的“温度”是多少了。
好的，我知道说到这很多同学还是想说“依然看不懂”，没关系，这会儿看睡着的同学可以醒醒了，咱把理解难度继续降维，下面才是重点。
我们只要看懂一点，就是——高温度下的黑体辐射强度，在任何一个波长范围内，都高于低温度下的黑体辐射。
反映到图里就是，1500℃的红色高温曲线，在每段波长上强度都比1200℃的黄色曲线高：
红外测温仪就是根据这一特性设计出来的。
在这个理论基础下，根据工程应用所需的测量精度不同，红外测温仪有三种主要的设计方向。
其一，单色测温法：利用单一波长下的单色辐射强度比值来判断温度；
其二，双色测温法：测量被测物体在两个波长下的辐射强度比值的强度变化来判断，这种方法比前者受外界影响更小，误差也更小；
前面这两种能不能理解看个人造化，我们详细说一下第三种——
其三，全辐射测温法。
全辐射测温法名字听起来最牛逼，但其实是三种方法里精度相对最差的一种，不过优势就在于结构简单，成本较低。
原因就在于其“大力出奇迹”式的设计思路——全辐射测温法，是通过测量辐射物体的全波长的热辐射总强度，来确定物体的辐射温度的。
我们怎么理解这个概念呢，就是好比把一个温度下的全波段辐射强度图比做一个米山，现在让卡比把整个米山全部吃掉，我们来测它吃掉后转化的热辐射能量总共有多少，最终推导出当时的温度值。
现在小区门口给你测体温的红外线测温枪，基本都是这一思路设计的。
所以思路缕清后，我们只需把一个这样的卡比放在测温枪中，测量出它吸收辐射后释放的热辐射量，就能换算出被测物对应的温度了。
这个能将接收到的“红外电磁波辐射”转换为“热辐射”（黑体辐射过程），进而把“热辐射”转化为电信号（热电转化过程）的东西就是：热释电红外传感器（简称：PIR）
简单列一下这东西的工作原理：
顺便说一下，这玩意还真不贵：
测温枪到底准不准
好了，原理搞明白，又可以回到接地气的问题上了。所以另一个大家很关心的问题，就是这玩意测得准不准呢？
影响测量结果的原因是多方面的。
其一，客观物理因素：
由于“黑体辐射定律”是在工作物质是理论黑体的情况下演算的，而生活中物质因为材质关系都是属于不同“纯度”的黑体，这个纯度用“发射率”来表示。
理论黑体的发射率是1，平时我们测温枪用的大多数都是0.95的发射率，这适用于生活中大多数的情况。所以你可以观察一下，你能见到的测温枪显示屏基本上都会写着“0.95”的字样。
但这个0.95毕竟是根据被测物的材质而定的浮动值，这是测温枪很难绝对准确的原因之一。
其二，污染因素：
由于信息是通过电磁辐射（光）传导的，这不可避免的会受到烟尘和水蒸气等外界因素的影响；另外，机器入射口处的透镜污染也是干扰项的一环。
其三，机器精度：
因为成本原因，我们平时所用的测温枪大多没有用更精确的双色测温法技术，内部元件的精细度也参差不齐；再有就是使用时的距离误差导致的数值波动了。
但是，这些有限的缺点还是很难成为我们拒绝测温枪的理由。
现在我们正在使用的红外测温枪，比传统的热传导测温方式还是优秀太多了——响应时间短、测温效率高，不用接触被测物体依然可以有着相对可靠的准确度，同时制作成本低廉，操作起来也足够方便。
所以反过来想想，有这么多客观因素的影响，红外测温枪依然能保证测量温度维持在相对精确的范围内，这本身就是一种很厉害的事。它没有那么完美，但依然是一种有限范围内，可以选择到的好产品。
至少在今天来看，我已经很难想像，这次防疫战中如果没有类似的科技产品的存在，仅仅是测体温这项一项，就会给防控工作带来多大的困难了。
而对小姨来说，这次能借此机会说明白测温枪的原理，能传递出多少知识倒是其次，最在意的，还是能有幸和大家再次从世界的一个角度，见证科学的力量吧。
*本文原载于“地球人研究报告”。