生命探測儀是近年來研制的一種用于探測障礙物后生命跡象的高科技援救設(shè)備。介紹了紅外生命探測儀、音頻生命探測儀和雷達(dá)生命探測儀的原理及特性。

 

    5月12日14時(shí)28分，四川省汶川縣發(fā)生8級(jí)地震，全國許多省區(qū)市均有震感。這場地震強(qiáng)度之大，波及之廣，為幾十年來所罕見，人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全受到嚴(yán)重威脅。面對(duì)這場突如其來的災(zāi)難，中央領(lǐng)導(dǎo)強(qiáng)調(diào)，以人為本是救災(zāi)的核心，抗震救災(zāi)的核心任務(wù)是救人。建筑倒塌，余震頻頻，快速搜尋到幸存者是搶險(xiǎn)救災(zāi)的首要任務(wù)。倒塌建筑物造成的生存空間非常狹小，以至于許多情況下搜索人員和搜索犬都不能進(jìn)入，使搜索范圍限制在倒塌建筑物表面范圍，而幸存者則多數(shù)被掩埋在廢墟之中。國內(nèi)外歷次大地震搶救生命的事實(shí)證明：對(duì)壓埋人員搶救越快速及時(shí)，救出救活的可能性越大；實(shí)施救助的時(shí)間越早，救出的人員越多，因此說“災(zāi)情就是命令，時(shí)間就是生命。”利用新技術(shù)的新裝備——生命探測儀在此危難之際大顯身手。

 

    生命探測儀是近年發(fā)展起來的新技術(shù)，是一種用于探測生命跡象的高科技援救設(shè)備，目前常用的有紅外生命探測儀、音頻生命探測儀和雷達(dá)生命探測儀。生命探測儀是基于穿墻生命探測（Though-the-WallSurveillance,簡稱TWS）技術(shù)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的。TWS是研究障礙物后有無生命現(xiàn)象的一種探測技術(shù)，可采用無源探測和有源探測兩種方法。無源探測主要是根據(jù)人體輻射能量與背景能量的差異，或者人體發(fā)出的聲波或震動(dòng)波等進(jìn)行被動(dòng)式探測，如紅外生命探測儀、音頻生命探測儀；有源探測則主動(dòng)發(fā)射電磁波，根據(jù)人的呼吸、心跳等生理特點(diǎn)，從反射回來的電磁波中探測是否存在生命，如雷達(dá)生命探測儀。

 

    紅外生命探測儀

 

    任何物體只要溫度在零度以上都會(huì)產(chǎn)生紅外輻射，人體也是天然的紅外輻射源。但人體的紅外輻射特性與周圍環(huán)境的紅外輻射特性不同，紅外生命探測儀就是利用它們之間的差別，以成像的方式把要搜索的目標(biāo)與背景分開。人體的紅外輻射能量較集中的中心波長為9.4μm，人體皮膚的紅外輻射范圍為3～50μm，其中8～14μm占全部人體輻射能量的46%，這個(gè)波長是設(shè)計(jì)人體紅外探測儀的重要的技術(shù)參數(shù)[3]。

 

    紅外生命探測儀能經(jīng)受救援現(xiàn)場的惡劣條件，可在震后的濃煙、大火和黑暗的環(huán)境中搜尋生命。紅外生命探測儀探測出遇難者身體的熱量，光學(xué)系統(tǒng)將接收到的人體熱輻射能量聚焦在紅外傳感器上后轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，處理后經(jīng)監(jiān)視器顯示紅外熱像圖，從而幫助救援人員確定遇難者的位置。

 

    紅外探測設(shè)備zui早應(yīng)用于軍事，并隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷改進(jìn)。1988年瑞典AGA公司推出的全功能熱像儀能將溫度的測量、修改、分析及圖像采集、儲(chǔ)存合于一體，并利用這一技術(shù)研制出便攜式全功能熱像儀，主要用于軍事偵查。隨著社會(huì)的發(fā)展，各國都開始重視研制用于減少各種災(zāi)害造成的人員傷亡的技術(shù)設(shè)備，紅外探測技術(shù)也由軍用轉(zhuǎn)變?yōu)榫仍畠x器——紅外生命探測儀.

 

    音頻生命探測儀

 

    音頻生命探測儀應(yīng)用了聲波及震動(dòng)波的原理，采用先進(jìn)的微電子處理器和聲音/振動(dòng)傳感器，進(jìn)行的振動(dòng)信息收集，可探測以空氣為載體的各種聲波和以其它媒體為載體的振動(dòng)，并將非目標(biāo)的噪音波和其它背景干擾波過濾，進(jìn)而迅速確定被困者的位置。高靈敏度的音頻生命探測儀采用兩級(jí)放大技術(shù)，探頭內(nèi)置頻率放大器，接收頻率范圍為1～4000Hz，主機(jī)收到目標(biāo)信號(hào)后再次升級(jí)放大。這樣，它通過探測地下微弱的諸如被困者呻吟、呼喊、爬動(dòng)、敲打等產(chǎn)生的音頻聲波和振動(dòng)波，就可以判斷生命是否存在。

 

    音頻生命探測儀是一套以人機(jī)交互為基礎(chǔ)的探測系統(tǒng)，包括信號(hào)的檢測、監(jiān)聽、選取、儲(chǔ)存和處理等幾個(gè)方面。在研制過程中的關(guān)鍵技術(shù)包括：高靈敏度傳感器的研制；通過對(duì)聲波和震動(dòng)波數(shù)理模型的研究確定信號(hào)有效性的判據(jù)和有效信號(hào)源位置的判定。由于音頻生命探測儀是一種被動(dòng)接收音頻信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)的儀器，救援時(shí)需要在廢墟中尋找空隙伸入探頭，容易受到現(xiàn)場噪音的影響，探測速度較慢。

 

    雷達(dá)生命探測儀

 

    雷達(dá)生命探測儀是融合雷達(dá)技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)于一體的生命探測設(shè)備。它主要利用電磁波的反射原理制成，通過檢測人體生命活動(dòng)所引起的各種微動(dòng)，從這些微動(dòng)中得到呼吸、心跳的有關(guān)信息，從而辨識(shí)有無生命。雷達(dá)生命探測儀是目前世界上zui先進(jìn)的生命探測儀，它主動(dòng)探測的方式使其不易受到溫度、濕度、噪音、現(xiàn)場地形等因素的影響，電磁信號(hào)連續(xù)發(fā)射機(jī)制更增加了其區(qū)域性偵測的功能。

 

    超寬譜雷達(dá)生命探測儀是該類型中zui先進(jìn)的一種。它的穿透能力強(qiáng)，能探測到被埋生命體的呼吸、體動(dòng)等生命特征，并能測量被埋生命體的距離深度，具有強(qiáng)的抗干擾能力，不受環(huán)境溫度、熱物體和聲音干擾的影響，具有廣泛的應(yīng)用前景。超寬譜雷達(dá)生命探測儀具有很大的相對(duì)帶寬（信號(hào)的帶寬與中心頻率之比），一般大于25%，檢驗(yàn)人體生命參數(shù)是以脈沖形式的微波束照射人體，由于人體生命活動(dòng)（呼吸、心跳、腸蠕動(dòng)等）的存在，使得被人體反射后的回波脈沖序列的重復(fù)周期發(fā)生變化。如果對(duì)經(jīng)人體反射后的回波脈沖序列進(jìn)行解調(diào)、積分、放大、濾波等處理并輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，就可以得到與被測人體生命特征相關(guān)的參數(shù)。

 

    超寬譜雷達(dá)生命探測儀用于震區(qū)生命探測具有穿透力強(qiáng)、作用距離、抗干擾能力強(qiáng)、多目標(biāo)探測能力強(qiáng)、探測靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，探測距離可達(dá)30～50m，穿透實(shí)體磚墻厚度可達(dá)2m以上，可隔著幾間房探測到人，并具有人體自動(dòng)識(shí)別功能，在生命探測領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。與紅外生命探測儀、音頻生命探測儀相比更實(shí)用，因此成為研究的熱點(diǎn)。

 

    生命探測技術(shù)的發(fā)展，必將使其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，如用于醫(yī)學(xué)上的非接觸式生命監(jiān)護(hù)等，將通過更多的途徑挽救生命，造福人類。