抗震救災(zāi)中的生命探測儀

●文/劉玉柱 南京信息工程大學(xué)教授、博導(dǎo)周卓彥 南京信息工程大學(xué)

9 月5 日，四川甘孜藏族自治州瀘定縣發(fā)生6.8 級(jí)地震，6 日又發(fā)生3.2 級(jí)地震。瀘定、雅安受災(zāi)嚴(yán)重，數(shù)十人遇難。

過去，洪水、地震等自然災(zāi)害被人們認(rèn)為是神明的責(zé)罰。雖然這一說法以現(xiàn)在科學(xué)的眼光來看是完全錯(cuò)誤的，但是這也無疑證明了自然災(zāi)害的恐怖力量以及人們身處其中的渺小。時(shí)至今日,我們依然不能完全避免自然災(zāi)難帶來的巨大損失。但是，隨著科技進(jìn)步，不斷減少損失是我們一直在奮斗的目標(biāo)。

就拿地震來說，減少人員傷亡的重要方式之一就是在地震后第一時(shí)間開展緊急救援，這也最能彰顯科技力量中流砥柱的地位。那么，同學(xué)們知道抗震救災(zāi)中最普遍的科學(xué)設(shè)備是什么嗎？下面，我們就來給大家介紹一下抗震救災(zāi)中最重要的科學(xué)設(shè)備之一——生命探測儀。

靈敏的“順風(fēng)耳”——音頻生命探測儀

音頻生命探測儀應(yīng)用了聲波的原理，可探測以空氣為載體的各種聲波和以其他媒體為載體的振動(dòng)，進(jìn)而迅速確定被困者的位置。

聲波其實(shí)就是一種通過物質(zhì)振動(dòng)而產(chǎn)生的波，如吉他弦、人的聲帶或揚(yáng)聲器紙盆所產(chǎn)生的振動(dòng)。這些振動(dòng)會(huì)對鄰近的微觀顆粒產(chǎn)生作用，比如我們說話就是聲帶的振動(dòng)對喉嚨中的空氣分子產(chǎn)生了作用，而輕微地增加了空氣壓力。在這樣的壓力下，空氣分子隨后推動(dòng)周圍的空氣分子，后者又推動(dòng)下一組空氣分子，以此類推。高壓區(qū)域穿過空氣時(shí)，在后面留下了低壓區(qū)域，這樣的壓力波動(dòng)就是聲波的一種。當(dāng)這些聲波到達(dá)人耳時(shí)，會(huì)振動(dòng)耳中的神經(jīng)末梢，然后我們的大腦就會(huì)把這些振動(dòng)變成聲音，于是我們就聽見了說話的聲音。

而在抗震救災(zāi)中，這樣的聲波能夠發(fā)揮巨大作用。地震中的受困者一般都是被困在廢墟下，由于重重阻礙，其在廢墟下的呼救難以被人耳辨別。但是，通過音頻生命探測儀，搜救人員能夠靈敏地探測到地下發(fā)出的聲波信號(hào)。諸如受困者呻吟、呼喊、爬動(dòng)、敲打等產(chǎn)生的音頻聲波和振動(dòng)波，都可以通過音頻生命探測儀被搜救人員獲得，繼而判斷廢墟之下生命的存在并進(jìn)行救援。

但是，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)場噪聲的影響，而且探測速度較慢。因此，此類生命探測儀正在逐步被其他探測儀所替代。

穿越壁障的“透視眼”——紅外生命探測儀

由于音頻生命探測儀存在缺陷，科學(xué)家又發(fā)明了紅外生命探測儀。要知道，任何物體只要溫度在絕對零度以上都會(huì)產(chǎn)生紅外輻射，人體也是天然的紅外輻射源。但是，由于人的體核溫度以及體表各部位溫度的不同，人體的紅外輻射特性與周圍環(huán)境的紅外輻射特性就會(huì)有差異。紅外生命探測儀就是利用這一原理，以成像的方式把地震廢墟中的受困者與背景環(huán)境分開，從而讓搜救人員找到受困者。

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，宛若一雙穿越壁障的透視眼。紅外生命探測儀探測出受困者身體的紅外輻射特征后，探測儀上裝備的光學(xué)系統(tǒng)就可以進(jìn)一步將接收到的人體熱輻射能量聚焦在紅外傳感器上，然后將其轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，最終經(jīng)過處理，得到紅外熱像圖，從而幫助救援人員確定受困者的位置。

但是，由于紅外輻射是一種長波輻射，能量小，穿透力強(qiáng)，很容易被一般的物質(zhì)所吸收，這就導(dǎo)致了紅外生命探測儀的探測范圍存在局限。如果受困者被紅外吸收能力較強(qiáng)的物體所掩埋或者掩埋較深，很可能就無法被探測到。為此，科學(xué)家繼續(xù)攻關(guān)，發(fā)明了抗震救災(zāi)中的“千里眼”——雷達(dá)生命探測儀。

明察秋毫的“千里眼”——雷達(dá)生命探測儀

雷達(dá)生命探測儀是集雷達(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，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。就如同在黑暗中的蝙蝠，通過超聲波的反射，可以判斷自己周圍的環(huán)境，哪里有巖石，哪里有山洞。雷達(dá)生命探測儀用電磁波代替了超聲波，如果是蝙蝠采用了這樣的探測，它不僅可以判斷巖石的方位，還可以接收到巖石的材質(zhì)、溫度、濕度等更加全面詳細(xì)的信息。

因此，采用雷達(dá)生命探測儀可以全方位地對震后廢墟進(jìn)行探測，如同一雙無所不知的千里眼，一“望”而去，受困者的被困地點(diǎn)便可一清二楚地被搜救者獲知，從而進(jìn)行救援。雷達(dá)生命探測儀主動(dòng)探測的方式使其不易受到溫度、濕度、噪聲、現(xiàn)場地形等因素的影響，并且電磁波的性質(zhì)也使它增加了偵測的范圍?？梢哉f，這是目前世界上最先進(jìn)的生命探測儀。

當(dāng)然，地震救災(zāi)中的科學(xué)設(shè)備不是只有生命探測儀這一種，其他的例如液壓鉗、氣墊、蛇眼探測儀等也都有著不容忽視的作用。而隨著科技的進(jìn)步，越來越多的新型科學(xué)設(shè)備也會(huì)被研發(fā)出來，造福民眾。

在自然災(zāi)難面前，在天地震動(dòng)之下，唯有科技巨龍擎天而立，為身處災(zāi)難中的人們撐起一片希望的“藍(lán)天”。