Termometer Infra Merah Tidak Membahayakan Manusia

Dr. Tengku Hasnan Tengku Aziz, Felo Penyelidik,
Prof Emeritus Dr. Muhamad Mat Salleh, Felo Penyelidik Kanan,
Institut Kejuruteraan Mikro & Nanoelektronik (IMEN), Universiti Kebangsaan Malaysia

Ancaman pandemik COVID19  yang melanda dunia sejak Disember 2019 sehingga kini  mengancam nyawa dan menyebabkan ketidaktentuan gaya hidup manusia. Di seluruh dunia termasuk negara kita Malaysia, pelbagai langkah telah diambil dan SOP khusus telah dikeluarkan bagi menangani pandemik ini. Antara SOP yang wajub dipatuhi ialah pengambilan suhu badan. Alat yang digunakan untuk mengambil bacaan suhu badan dengan selamat, cepat dan tepat ialah Termometer Infra Merah (TIR).

Baru-baru ini, terdapat maklumat yang tidak tepat mengenai penggunaan TIR ini. Muncul dakwaan menyatakan bahawa penggunaan TIR akan menjejaskan fungsi otak. Dakwaan ini tidak berasas sama sekali kerana prinsip kerja  TIR tidak melibatkan sebarang sinaran infra merah dari TIR ke badan manusia.

Sebenarnya setiap objek termasuklah manusia, akan mengeluarkan tenaga haba dalam bentuk radiasi infra merah. Sebagai contoh mudah, jika kita memandu pada waktu pagi dengan tingkap tertutup, akan terdapat pembentukan kabus disebabkan oleh pengeluaran haba dalam bentuk radiasi infra merah dari badan kita.  Alat TIR sebenarnya berfungsi untuk mengukur kekuatan radiasi sinar merah dan menukarkan kekuatan radiasi ini dalam bentuk yang mudah difahami iaitu, suhu .

Rajah 1 Proses pencerapan suhu menggunakan TIR
Proses pencerapan suhu menggunakan TIR diterangkan dalam Rajah 1.

Prinsip kerja TIR adalah berdasarkan dua langkah mudah;

(1) Apabila TIR didekatkan pada bahagian anggota dahi misalnya, bahagian tersebut akan mengeluarkan radiasi sinar merah

(2) Radiasi ini akan dicerap oleh TIR, dan isyarat radiasi ditukarkan kepada isyarat elektrik yang kemudiannya diterjemahkan dalam bentuk suhu yang senang difahami.

Sejarah moden sains IR bermula pada tahun 1737 di mana Émilie du Châtelet seorang ahli matematik dan ahli fizik Peranchis telah memasuki pertandingan yang dianjurkan oleh French Academy of Sciences.  Walaupun beliau tidak memenangai pertandingan tersebut, teori  beliau mengenai kewujudan radiasi IR berjudul “Dissertation sur la nature et la propagation du feu” telah diterbitkan. Beliau mencadangkan setiap panjang gelombang mempunyai kuasa pemanasan yang tersendiri termasuklah panjang gelombang IR yang ketika itu masih belum dibuktikan.

Setelah 60 tahun berlalu, pada tahun 1800, radiasi IR akhirnya telah dibuktikan secara eksperimen oleh Sir William Herschel iaitu ahli astronomi Jerman-Britishyang mengkaji kuasa pemanasan radiasi solar.

Herschel ketika sedang menguji penuras yang berbeza warna untuk pemerhatian tompok pada matahari. Dia menyedari penuras yang berlainan warna akan menghasilkan kuasa pemanasan yang berbeza apabila cahaya matahari menerusi penuras tersebut.  Beliau berpendapat warna penuras boleh  mengubah kuasa pemanasan. Jadi,  Herschel merancang satu ujikaji untuk membuktikan hipotesisnya.

Spektrum cahaya

Herschel telah menghalakan sinaran matahari melalui prisma yang membentuk spektrum pelangi. Beliau kemudiannya mengukur suhu yang dihasilkan oleh setiap spektrum menggunakan termometer. Herschel mendapati setiap setiap spektrum memberikan nilai suhu yang berlainan. Dan suhu untuk setiap spektra meningkat mengikut urutan ultralembayung (UV), biru, hijau, kuning, jingga dan merah. Menyedari pola peningkatan suhu mengikut spektra, Herschel melanjutkan pengukuran pada bahagian yang melepasi spektra merah . Dan beliau dapati suhu untuk  bahagian yang melepasi spektra merah  adalah yang paling tinggi.  Apa yang Herschel temui ialah sejenis cahaya atau radiasi yang dikenali sebagai radiasi infra merah. Penemuan beliau adalah sangat penting kerana itu adalah pertama kali dibuktikan terdapat sejenis cahaya yang tidak dapat dilihat dengan mata kasar yang dikenali sebagai infra merah. Penemuan inilah yang seterusnya menjadi asas kepada TIR moden yang kita gunakan pada hari ini.

Rajah dipetik dari buku “Infrared Thermal Imaging, Michael Vollmer and Klaus-PeterMöllmann, Fundamentals, Research and Applications Second Edition, 2018, WILEY-VCHVerlagGmbH&Co. KGaA, Boschstr. 12, 69469 Weinheim, Germany”

Aspek teknikal dalam pengukuran suhu melalui radiasi infra merah berdasarkan penemuan Herschel adalah bergantung kepada pengesan inframerah. Secara umumnya terdapat dua jenis pengesan dalam TIR. Pertama, pengesan kuantum dan kedua pengesan terma.

Contoh pengesan kuantum ialah foto diod yang berdasarkan interaksi foton secara terus. Ia menggunakan kesan fotoelektrik untuk menghasilkan signal elektrik yang akan ditukarkan kepada suhu. Namun begitu kos untuk menghasilkan pengesan kuantum adalah tinggi berbanding pengesan terma.

Pengesan terma menggunakan konsep keseimbangan terma yang berkadaran dengan suhu sasaran melalui pertukaran tenaga melalui radiasi. Contoh pengesan terma yang lazim digunakan ialah termopil (thermopile) sebagai berfungsi sebagai tranduser. Termopil mampu menyerap jalur lebar radiasi inframerah dalam julat 4000 – 16 000 nm.

Prinsip pengukuran thermometer inframerah adalah berdasarkan kepada Hukum Stefan-Boltzmann dan Hukum Radiasi Planck melalui radiasi jasad hitam. Asas pengukuran ini adalah berdasarkan anggaran dan bacaan keterpancaran yang sebenar perlu diambil kira sebagai rujukan untuk mendapatkan bacaan yang tepat.

Nadi utama untuk TIR ialah sensor termopil terdiri daripada sekeping plat besi yang berfungsi sebagai plat penyerap. Termopil adalah terdiri daripada beberapa jujukan simpangan termogandingan bersaiz mini. Satu simpangan akan berada  pada bahagian lapisan penyerap manakala yang lain akan berada pada selongsong seperti rajah di dibawah.

Lapisan nipis plat penyerap akan didedahkan kepada radiasi IR  daripada badan manusia pada sudut tertentu. Radiasi IR  daripada badan manusia seterusnya akan memanaskan plat pengukur. Voltan yang berkadaran dengan radiasi IR seterusnya akan dijana oleh termopil berdasarkan kesan termoelektrik.

Plat pengukur kemudiannya akan menghasilkan voltan melalui kesan yang dikenali sebagai termoelektrik.

Rajah dipetik dari “The infrared thermometer in school science: teaching physics with modern technologies, Raimund Girwidz and Gren Ireson, Physics Education 46 (1), 2011,pp 64-72)

Untuk memastikan bacaan TIR yang tepat,  sistem optikal dalam TIR akan memastikan titik pengukuran dilakukan secara membulat. Objek mesti berada dalam radius bulatan untuk mengelakkan pengesan menyerap radiasi daripada latar belakang dan menyebabkan bacaan menjadi tidak tepat. Salah satu kaedah mudah yang digunakan dalam TIR  berkos rendah untuk mendapatkan bacaan yang tepat ialah dengan menentukan sudut kon melalui permukaan pemantul Rajah 7a. polietilena berketumpatan tinggi

Hubungan antara jarak thermometer dengan objek (D) dan diameter titik pengukuran (S) adalah penting dalam mendapatkan ukuran yang tepat. Lebih Lebih besar nilai ratio D:S, lebih tinggi resolusi optik yang dicerap. Untuk mendapatkan nilai ratio D:S yang lebih besar, lensa Fresnel yang dibuat daripada polietilena berketumpatan tinggi berwarna putih susu telah digunakan secara meluas sebagai solusi berkos rendah.

Rajah 2 Struktur (a) pemantul (b) lensa IR Fresnel

Berdasarkan penerangan di atas dapat disimpulkan bahawa penggunaan TIR tidak membahayakan manusia kerana TIR hanyalah mencerap sinar IR dari badan manusia dan penggunaan pemantul dan lensa Fresnel juga diperbuat daripada polietilena berketumpatan tinggi yang tidak merbahaya kepada manusia.

Penggunaan TIR dalam mengesan suhu badan seseorang adalah selamat. Pengesanan suhu dengan mengacukan TIR di dahi individu tidak menjejaskan fungsi otak manusia. Prinsip kerja yang mencerap sinar IR dari badan manusia dan penggunaan pemantul dan lensa Fresnel juga diperbuat daripada polietilena berketumpatan tinggi yang tidak berbahaya kepada manusia. Stigma segelintir individu dengan menyatakan penggunaan TIR tidak selamat boleh disangkal selepas sains di sebalik TIR berjaya menyingkap konsep TIR sebenar.

sumber asal : www.majalahsains.com

Write a Comment

view all comments

*