針對生命探測儀的應(yīng)用研究分析

譚佳麗

【摘要】針對可能發(fā)生的因震災、爆炸或其它原因造成的建筑物倒塌事故，為了在短時間內(nèi)準確的搜救被困人員，將傷亡人數(shù)降到最低，“生命探測儀”成為人員搜救工作中消防部隊使用頻率最高的器材之一。生命探測儀是美國超視安全系統(tǒng)公司于2005年推出的一種安全救生系統(tǒng)，由著名物理學家，麻省理工學院博士大衛(wèi)·席思研發(fā)，它的出現(xiàn)為災害中受災民眾的搜救帶來極大幫助。

【關(guān)鍵詞】生命探測； 應(yīng)用；雷達

一、基本特點

生命探測儀生命探測儀的基本特點包括：即時移動探測，可以透過混凝土，磚，雪，冰和泥漿；探測運動、探測遇險者的距離；在各種氣候情況下都可以工作；直觀而且簡便易學，不需要大量專門的培訓；對供電能源要求低；幾乎不需要進行系統(tǒng)維護；固件程序可以通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)進行升級；不需要鉆孔，布置電纜和對環(huán)境進行靜音處理，使搜救工作變得簡單易行。在分秒必爭的營救工作中，生命偵測儀可以幫助搜救人員迅速準確安全地發(fā)現(xiàn)仍然存活的遇險者，從而為營救工作爭取到寶貴的時間。

生命探測儀把探頭深入廢墟內(nèi)的縫隙中，只能探測到很小的區(qū)域，而地震探測狗則可以在更大的區(qū)域內(nèi)迂回搜索。生命偵測儀實際上是一個呼吸和運動探測器。雷達信號發(fā)送器連續(xù)發(fā)射電磁信號，對一定空間進行掃描。，接收器不斷接收反射信號并對返回信號進行算法處理。如果被探測者保持靜止，返回信號是相同的。如果目標在動，則信號有差異。通過對不同時間段接受的信號進行比較等算法處理，就可以判斷目標是否在動。

生命偵測儀是通過測試被探測者的呼吸運動或者移動來工作的。由于呼吸的頻率較低，一般每秒1到2次，就可以把呼吸運動和其他較高頻率的運動區(qū)分開來。測移動的原理也大致是這樣。超視安全系統(tǒng)公司的天線是美國航空航天局（NASA）指定的兩種火星探測器地質(zhì)雷達天線之一，能夠非常敏銳地捕捉到非常微弱的運動，加上功能強大的算法處理，是安全救生部門最好的幫手。

二、儀器種類

根據(jù)不同的原理分為紅外生命探測儀、音頻生命探測儀和雷達生命探測儀。

1.紅外生命探測儀

生命探測儀任何物體只要溫度在絕對零度以上都會產(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%，這個波長是設(shè)計人體紅外探測儀的重要的技術(shù)參數(shù)。

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，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)備最早應(yīng)用于軍事，并隨著科學技術(shù)的發(fā)展而不斷改進。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。隨著社會的發(fā)展，各國都開始重視研制用于減少各種災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。

2.音頻生命探測儀

音頻生命探測儀音頻生命探測儀應(yīng)用了聲波及震動波的原理，采用先進的微電子處理器和聲音/振動傳感器，進行全方位的振動信息收集，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，并將非目標的噪音波和其它背景干擾波過濾，進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，主機收到目標信號后再次升級放大。這樣，它通過探測地下微弱的諸如被困者呻吟、呼喊、爬動、敲打等產(chǎn)生的音頻聲波和振動波，就可以判斷生命是否存在。

音頻生命探測儀是一套以人機交互為基礎(chǔ)的探測系統(tǒng)，包括信號的檢測、監(jiān)聽、選取、儲存和處理等幾個方面。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；通過對聲波和震動波數(shù)理模型的研究確定信號有效性的判據(jù)和有效信號源位置的判定。由于音頻生命探測儀是一種被動接收音頻信號和振動信號的儀器，救援時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。

3.雷達生命探測儀

生命探測儀雷達生命探測儀是融合雷達技術(shù)、生物醫(yī)學工程技術(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所引起的各種微動，從這些微動中得到呼吸、心跳的有關(guān)信息，從而辨識有無生命。雷達生命探測儀是目前世界上最先進的生命探測儀，它主動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，電磁信號連續(xù)發(fā)射機制更增加了其區(qū)域性偵測的功能。

超寬譜雷達生命探測儀是該類型中最先進的一種。它的穿透能力強，能探測到被埋生命體的呼吸、體動等生命特征，并能精確測量被埋生命體的距離深度，具有強的抗干擾能力，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。超寬譜雷達生命探測儀具有很大的相對帶寬（信號的帶寬與中心頻率之比），一般大于25%，檢驗人體生命參數(shù)是以脈沖形式的微波束照射人體，由于人體生命活動（呼吸、心跳、腸蠕動等）的存在，使得被人體反射后的回波脈沖序列的重復周期發(fā)生變化。如果對經(jīng)人體反射后的回波脈沖序列進行解調(diào)、積分、放大、濾波等處理并輸入計算機進行數(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)。

超寬譜雷達生命探測儀用于震區(qū)生命探測具有穿透力強、作用距離精確、抗干擾能力強、多目標探測能力強、探測靈敏度高等優(yōu)點，探測距離可達30～50m，穿透實體磚墻厚度可達2m以上，可隔著幾間房探測到人，并具有人體自動識別功能，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用，因此成為研究的熱點。生命探測技術(shù)的發(fā)展，必將使其應(yīng)用范圍不斷擴大，如用于醫(yī)學上的非接觸式生命監(jiān)護等，將通過更多的途徑挽救生命，造福人類。

三、工作原理

生命探測儀是借著感應(yīng)人體所發(fā)出超低頻電波產(chǎn)生之電場（由心臟產(chǎn)生）來找到“活人”的位置。配備特殊電波過濾器可將其它動物，諸如狗、貓、牛、馬、豬等不同于人類的頻率加以過濾去除，使生命探測儀只會感應(yīng)到人類所發(fā)出的頻率產(chǎn)生之電場。儀器配備兩種不同偵測桿，長距離偵測桿偵測距離可達500公尺，短距離20公尺。人體發(fā)出的超低頻電場可穿過鋼筋混凝墻、鋼板。儀器在碰到上述障礙物時，偵測距離會減少，但只要操作者向前靠近偵測地點，仍可精準地找到欲搜尋的人體目標。本儀器目標鎖定功能在偵測到人體發(fā)出超低頻產(chǎn)生之電場后，偵測桿會自動鎖定此電場，人體移動時，偵測桿也會跟著移動。另配備鐳射光點，提供操作者尋找偵測桿方向。

四、應(yīng)用實例

生命探測儀在2008年5月12日的四川汶川大地震的搜救中，中國及世界各國的專家，利用生命探測儀進行探測，搜救出數(shù)萬名被困的遇難同胞。其中搜救出的掩埋時間最長的同胞為216多個小時。生命探測儀在四川汶川大地震的搜救中，發(fā)揮了不可磨滅的作用。

結(jié)論

生命探測儀的發(fā)明和應(yīng)用，為人類應(yīng)對自然災害提供了有力幫助和保障。當下氣候變幻無常，自然災害時有發(fā)生，故應(yīng)大力推廣生命探測儀在更大范圍內(nèi)的使用，以減少人民的生命財產(chǎn)損失。

參考文獻：

[1]張為民 災害中生命搜救方法探究 中國地理 2012

[2]趙子丹 論生命探測儀在人員搜救中的應(yīng)用 2013