أجهزة الأستشعار الحراري

ماهي أجهزة الاستشعار الحراري؟

أ.م.د محمد حميد حسين
كلية التربية للعلوم الصرفة-قسم الفيزياء

لقد طور العلماء أجهزة عديدة لقياس درجات الحرارة، ومن بين هذه الأجهزة أجهزة حرارية للاستشعار عند بع ، إذ إن الأشعة تحت الحمراء أساس عملها ، وتستخدم هذه الأجهزه لقياس درجة حرارة السطح عن بعد دون لمسه.
ويعرف مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء على إنه مقياس حرارة (محرار) يقوم بقياس الحرارة عبر جزء من الإشعاع الحراري الذي يدعى اشعاع الجسم الأسود والذي يشع من الجسم المُراد قياس درجة حرارته (1).
 ويطلق علي الجهاز أحيانًا اسم “مسدس قياس الحرارة Thermometer Gun” ، وهو مزود بجهاز استشعار بالأشعة تحت الحمراء يمكنه قياس درجة حرارة السطح بسرعة, دون حدوث أي تلامس بينهما . وتُسمى أحياناً محارير الليزر في حالة استخدم الليزر فيها لمساعدة المحرار أو مسدس درجة الحرارة، لوصف قدرة الجهاز على قياس الحرار عن بعد. من خلال معرفة مقدار الاشعة تحت الحمراء المنبعثه منه (2).

آلية عمل جهاز الأستشعار الحراري
يتكون المحرار من عدسة تعمل على تركيز الاشعة تحت الحمراء المنبعثه من الجسم نحو الكاشف الذي يحول قدرة الإشعاع إلى إشارة كهربائية تعرض بوحدات قياس الحرارة على شاشة رقمية. ويفضل أستخدم هذا النوع من المحارير في حالة عدم القدرة على أستخدام المزدوج الحراري اوالحساسات الحرارية ، أو أنها لا تعطي قراءة صحيحة لأسباب عديدة.
وأجهزة الاستشعار الحراري تتمكن من جس الحرارة المنبعثة من الجسم من خلال قياس الأشعة تحت الحمراء. ومن ثم تحويل بيانات رقمية عبر أجهزة استقبال في نطاق يتراوح بين 8 إلى 14 مايكرومتر من المجال الكهرومغنطسي.  وكلما زاد الانبعاث زادت درجة الحرارة، والعكس صحيح (2،3).

ماهي الأستخدامات التي صممت من أجلها أجهزة الاستشعار الحراري؟
يؤكد خبير في أجهزة الأشعة تحت الحمراء في معهد نيوجيرسي جيم سيفرين قائلاً: “نرى صوراً لأشخاص يستخدمون موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء الصناعية لقياس درجة حرارة الأشخاص، لكن هذه الأدوات لا تهدف إلى قياس درجة حرارة جسم الإنسان”. (4).
وأضاف: “يتم معايرة أدوات الصف الصناعية لقياس أشياء مثل الأنابيب، وأن استخدامها لقياس درجة حرارة جلد الإنسان يمكن أن يؤدي إلى أرقام خاطئة تصل إلى 7 درجات فهرنهايت”. (4).

وينصح بأستخدام أجهزة الأستشعار الحراري عندما يكون الجسم متحركاً؛ أو عند الحاجة إلى أستجابة سريعة (قياس درجة الحرارة بسرعة)، أو عندما يكون التماس المباشر بين المحرار والجسم يسبب ضرراً للجسم أو المحرار أو كليهما.
من التطبيقات التي يفضل فيها استخدام محرار الأشعة تحت الحمراء هي (2):
الكشف عن الغيوم.
التأكد من درجة حرارة المعدات الميكانيكية أو الكهربائية.
مراقبة درجة حرارة المرضى (ذوي الأمراض المعدية) في المستشفى دون لمسهم.
التأكد من درجة حرارة الأفران الحرارية.
التأكد من درجة حرارة البقع الحارة اثناء عمليات الإطفاء.
مراقبة درجة الحرارة العالية والمنخفضة للمواد.
درجة حرارة الحمم البركانيه أو البراكين.
التأكد من عدم أرتفاع حرارة المسافرين عن بعد في حالات الاوبئه المعدية.

استخدام جهاز الاستشعار الحراري للكشف عن فيروس كورونا
إن فيروس كورونا يسبب مجموعة من الأعراض تتمثل بعضها في : الحمى ، السعال ، ضيق التنفس ، التهاب الحلق وسيلان الأنف). ويشير مركز السيطرة على الأمراض، إلى إن الأعراض الجديدة لفيروس كورونا تشمل “الحمى ، السعال وصعوبة التنفس) “. وعقب الانتشار الواسع لفيروس كورونا، أصبح من الضروري إجراء فحوصات قياس درجة الحرارة للوافدين إلى المطارات والمنافذ الحدودية، وفي بعض الدول يتم إيقاف الأشخاص وفحصهم أثناء سيرهم في الشارع للتأكد من سلامتهم .
وبعد شهرين من إنتشار هذا الوباء، وبعد الأرتفاع في حالتي القلق والحذر لدى سكان جميع الدول ، أصبح الكشف الدائم والمستمر عن درجة الحرارة لجميع العاملين والمرتادين لتلك المناطق ذا أهمية قصوى لدى المنشآت والمؤسسات الحكومية والأهلية.
وبسبب صعوبة توفير مايكفي من معدات الفحص ومن العاملين المدربين على استخدامها نرى بعض الحكومات تتجه نحو استخدام تدابير أخرى قد تكون أقل دقة لتوفير أعلى حد ممكن من الحماية لمواطنيها (2).

ما مدى دقة أجهزة الأستشعار الحراري لكشف عن فيروس كورونا؟
صرح مسؤولو الصحة الألمان “إن عمليات فحص درجة الحرارة في المطارات ليست فعالة، فهناك العديد من الأسباب التي تجعل فحص درجة الحرارة غير فعال فالجهاز ليس مصمماً لهذا الغرض” (4).
ويقول اختصاصيو الأمراض المعدية في مستشفى تورنتو العام إسحاق بوتشوك: “يمكن لمقياس الحرارة، إذا تم معايرته وإذا تم استخدامه بشكل مناسب، اكتشاف الحمى.. إننا جميعا سعداء بذلك، ولكن هل هي طريقة فعالة لفحص الأشخاص بحثا عن كورونا؟ الجواب لا”.(4).
وقال الدكتور جيمس لولر، الخبير الطبي في المركز العالمي للأمن الصحي بجامعة نبراسكا، “إن هذه الأجهزة تشتهر بأنها غير دقيقة وغير موثوقة” (4).
وقال الدكتور جيمس لولر James Lawler ، الخبير الطبي في المركز العالمي للأمن الصحي بجامعة نبراسكا University of Nebraska’s Global Centre for Health Security: “ “هذه الأجهزة معروفة بعدم الدقة والموثوقية”(4).
 وبالرغم من قوة تقنية الاستشعار عن بعد، إلا إن ترمومتر الحرارة بالأشعة تحت الحمراء Infrared Thermometer  أثبت في نهاية الأمر أنه وسيله دفاعية غير فعالة ، وذلك وفقًا لما أكده مسؤولين طبيين وخبراء في أجهزة الأشعة تحت الحمراء (2).
ويؤكد خبير في أجهزة الأشعة تحت الحمراء في معهد نيوجيرسي جيم سيفرين: “نرى صوراً لأشخاص يستخدمون موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء الصناعية لقياس درجة حرارة الأشخاص، لكن هذه الأدوات لا تهدف إلى قياس درجة حرارة جسم الإنسان” ، واكد أنه حتى لو تم معايرة أدوات الصف الصناعية لقياس أشياء مثل الأنابيب، وأن استخدامها لقياس درجة حرارة جلد الإنسان يمكن أن يؤدي إلى أرقام خاطئة تصل إلى 7 درجات فهرنهايت(4).
قال السيد Mo Yingchun ، المدير العام لشركة Alicn Medical (Shenzhen) ، وهي شركة تصنيع مسدس قياس الحرارة Thermometer Gun  في مدينة Shenzhen الصينية ، تستخدم مسدسات قياس الحرارة Thermometer Guns فقط للفحص السريع وليست دقيقة مثل ترمومترات الحرارة التقليدية” (4).
ويؤكد أحد كبار زملاء منظمة الصحة العالمية يانتشونغ هوانغ، أن “فحوص درجة الحرارة قد تكشف شخصاً يعاني من الحمى الناجمة عن الإنفلونزا، في حين أنه ربما تخطئ لدى آخر مصاب بكورونا، لكن لم تظهر عليه الأعراض بعد”. . وقال، إنه “يمكن أن يكون الفحص فعالاً جزئياً، لكنه لن يكون فعالاً بالنسبة لشركات النقل”. . وأشار هوانغ إلى أن فحص الأشخاص على الحدود خلال وباء “H1N1” حدد أقل من ثلث الحالات، فيما دعت دراسات أحدث إلى فعالية الفحص في المطارات (5).
وأكد الباحثون في المركز الأوروبي للوقاية من الأمراض ومكافحتها، إن نسبة ثلاثة أرباع الأشخاص المغادرين من المدن الصينية يعانون من الدخول بسلامة (5).
وقالت منظمة الصحة العالمية World Health Organization إن فحص درجات الحرارة للمسافرين يمكن أن يقلل من “خطر استيراد الوباء من الخارجThe Risk of Importation “ (5).

أسباب عدم دقة أجهزه الأستشعار الحراري
إن بعد الجهاز عن الشخص المفحوص وتوقيت الفحص ونشاط الشخص قبل إجراء الفحص مباشرة, او كون الفحص يتم في بيئة غير محكمة (مغلقه)، فضلاً عن التغيرات الكبيرة في درجات الحرارة خارج الجسم، كلها عوامل يمكن أن توثر على قراءة أجهزة التصوير الحراري.
كما بين خبراء في أجهزة الأستشعار الحراري أن غالبية الأشخاص الذين يستخدمونها لقياس حرارة الأشخاص يستخدمونها من مسافة غير صحيحة (بعيدة جدا أو قريبة جدا)، فالشخص الفاحص لايقوم بتقريب الجهاز الشخص المفحوص بما يكفي، مما يؤدي بالنتيجة إلى أن تكون القراءات لدرجة الحرارة منخفضة بشكل غير معقول عندما تكون المسافة بعيدة ، بينما تكون القراءات عالية في حالة المسافة قريبة جداُ. كما إنه من الضروري الإنتباه إلى إن يمكن أن تكون القياسات لدرجات الحرارة غير دقيقة في بيئات معينة، مثل الأجواء المتربة ، وعند تناول الشخص المفحوص دواء ما لخفض درجة حرارته أو عندما يتناول شخص ما دواء لخفض الحمى. ووفقا لشركة الإمدادات الصناعية جراينجر Grainger، للحصول على قراءة صحيحة ينبغي جعل أجهزة الأستشعار الحراري على مسافة مناسبة (صحيحة) تعتمد على حجم الجسم المراد قياس درجة حرارته(5).
يقول جيم سيفرين وهو خبير في أجهزة الأشعة تحت الحمراء في معهد نيوجيرسي: “المهم أيضا مكان وكيفية استخدامها، إذ يستخدم الناس موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء على الأشخاص الذين يقفون في الخارج في برد الشتاء، وهذا غير صحيح نظرا لأن هذا النوع من الأجهزة يقيس درجة حرارة السطح، وليس درجة حرارة الجسم الأساسية، فقد يعني ذلك قراءة خاطئة.. يمكن للشخص أن يظهر بدرجة حرارة أعلى من المتوسط لأنه خرج للتو للركض، أو ربما كان واقفا بالقرب من المدفئة، ، أو قياس حرارة المسافر داخل سيارة ساخنة مما تسبب في ارتفاع درجة حرارته”. وقال: “المشكلة الأخرى، في الأشخاص الذين يتناولون الدواء لإخفاء الحمى، فحتى إذا تم إجراؤها بشكل صحيح، فإن فحوص درجة الحرارة ليست بالضرورة كافية لتحديد الحالات المناسبة”(5).

أين يكمن الخطر؟
إن أعظم مشكله في مقاييس الأستشعار الحراري عندما تخطأ في بعض الحالات، إذ أنها يمكن أن تعطي نتائج إيجابية خاطئة لأشخاص غير مصابين، وبالتالي فإنه من الممكن أن تؤدي إلى إرسال شخص سليم إلى أماكن يتواجد فيها أشخاص مصابين بالفايروس وبالتالي سوف ينتقل إليهم (2).

المراجع:
قاموس المعاني. نسخة محفوظة 28 أكتوبر 2018 على موقع واي باك مشين.
Thermal Imaging for Detetcing Potential SARS Infection (also covers non-imaging infrared thermometers) نسخة محفوظة 26 ديسمبر 2016 على موقع واي باك مشين.
محرار الأشعة تحت الحمراء الخاص بالأذن العلوم الحقيقية. نسخة محفوظة 26 مارس 2016 على موقع واي باك مشين.
“US steps up Ebola screening at New York’s JFK airport”. آر تي (شبكة تلفاز). 2014-10-11. مؤرشف من الأصل في 17 نوفمبر 2018. اطلع عليه بتاريخ 18 أكتوبر 2014.  The special squads will be armed with infrared thermal guns aimed at checking elevated temperatures among passengers
“A Roissy, le “thermomètre laser” pour détecter Ebola”. ليبراسيون. 2014-10-18. مؤرشف من الأصل في 18 أغسطس 2018. اطلع عليه بتاريخ 18 أكتوبر 2014.  A peine descendus d’avion, les passagers du vol Conakry-Paris ont été accueillis samedi avec des thermomètres laser pour détecter d’éventuels cas de fièvre, mesure la plus spectaculaire prise par le gouvernement pour prévenir l’éventuelle arrivée en France du virus Ebola.