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几种生命探测仪工作原理

生命探测仪是近年来研制的一种用于探测障碍物后生命迹象的高科技援救设备。介绍了红外生命探测仪、音频生命探测仪和雷达生命探测仪的原理及特性。

【关键词】生命探测仪；红外生命探测仪；音频生命探测仪；雷达生命探测仪

5月12日14时28分，四川省汶川县发生8级地震，全国许多省区市均有震感。这场地震强度之大，波及之广，为几十年来所罕见，人民群众生命财产安全受到严重威胁。面对这场突如其来的灾难，中央领导强调，以人为本是救灾的核心，抗震救灾的核心任务是救人。建筑倒塌，余震频频，快速搜寻到幸存者是抢险救灾的首要任务。倒塌建筑物造成的生存空间非常狭小，以至于许多情况下搜索人员和搜索犬都不能进入，使搜索范围限制在倒塌建筑物表面范围，而幸存者则多数被掩埋在废墟之中。国内外历次大地震抢救生命的事实证明：对压埋人员抢救越快速及时，救出救活的可能性越大；实施救助的时间越早，救出的人员越多，因此说“灾情就是命令，时间就是生命。”利用新技术的新装备——生命探测仪在此危难之际大显身手。

生命探测仪是近年发展起来的新技术，是一种用于探测生命迹象的高科技援救设备，目前常用的有红外生命探测仪、音频生命探测仪和雷达生命探测仪。生命探测仪是基于穿墙生命探测（Though-the-Wall Surveillance,简称TWS）技术的发展应运而生的。TWS是研究障碍物后有无生命现象的一种探测技术，可采用无源探测和有源探测两种方法。无源探测主要是根据人体辐射能量与背景能量的差异，或者人体发出的声波或震动波等进行被动式探测，如红外生命探测仪、音频生命探测仪；有源探测则主动发射电磁波，根据人的呼吸、心跳等生理特点，从反射回来的电磁波中探测是否存在生命，如雷达生命探测仪。

红外生命探测仪

任何物体只要温度在绝对零度以上都会产生红外辐射，人体也是天然的红外辐射源。但人体的红外辐射特性与周围环境的红外辐射特性不同，红外生命探测仪就是利用它们之间的差别，以成像的方式把要搜索的目标与背景分开。人体的红外辐射能量较集中的中心波长为9.4μm，人体皮肤的红外辐射范围为3～50μm，其中8～14μm占全部人体辐射能量的46%，这个波长是设计人体红外探测仪的重要的技术参数^[3]。

红外生命探测仪能经受救援现场的恶劣条件，可在震后的浓烟、大火和黑暗的环境中搜寻生命。红外生命探测仪探测出遇难者身体的热量，光学系统将接收到的人体热辐射能量聚焦在红外传感器上后转变成电信号，处理后经监视器显示红外热像图，从而帮助救援人员确定遇难者的位置。

红外探测设备最早应用于军事，并随着科学技术的发展而不断改进。1988年瑞典AGA公司推出的全功能热像仪能将温度的测量、修改、分析及图像采集、储存合于一体，并利用这一技术研制出便携式全功能热像仪，主要用于军事侦查。随着社会的发展，各国都开始重视研制用于减少各种灾害造成的人员伤亡的技术设备，红外探测技术也由军用转变为救援仪器——红外生命探测仪.

音频生命探测仪

音频生命探测仪应用了声波及震动波的原理，采用先进的微电子处理器和声音/振动传感器，进行全方位的振动信息收集，可探测以空气为载体的各种声波和以其它媒体为载体的振动，并将非目标的噪音波和其它背景干扰波过滤，进而迅速确定被困者的位置。高灵敏度的音频生命探测仪采用两级放大技术，探头内置频率放大器，接收频率范围为1～4000Hz，主机收到目标信号后再次升级放大。这样，它通过探测地下微弱的诸如被困者呻吟、呼喊、爬动、敲打等产生的音频声波和振动波，就可以判断生命是否存在。

音频生命探测仪是一套以人机交互为基础的探测系统，包括信号的检测、监听、选取、储存和处理等几个方面。在研制过程中的关键技术包括：高灵敏度传感器的研制；通过对声波和震动波数理模型的研究确定信号有效性的判据和有效信号源位置的判定。由于音频生命探测仪是一种被动接收音频信号和振动信号的仪器，救援时需要在废墟中寻找空隙伸入探头，容易受到现场噪音的影响，探测速度较慢。

雷达生命探测仪

雷达生命探测仪是融合雷达技术、生物医学工程技术于一体的生命探测设备。它主要利用电磁波的反射原理制成，通过检测人体生命活动所引起的各种微动，从这些微动中得到呼吸、心跳的有关信息，从而辨识有无生命。雷达生命探测仪是目前世界上最先进的生命探测仪，它主动探测的方式使其不易受到温度、湿度、噪音、现场地形等因素的影响，电磁信号连续发射机制更增加了其区域性侦测的功能。

超宽谱雷达生命探测仪是该类型中最先进的一种。它的穿透能力强，能探测到被埋生命体的呼吸、体动等生命特征，并能精确测量被埋生命体的距离深度，具有强的抗干扰能力，不受环境温度、热物体和声音干扰的影响，具有广泛的应用前景。超宽谱雷达生命探测仪具有很大的相对带宽（信号的带宽与中心频率之比），一般大于25%，检验人体生命参数是以脉冲形式的微波束照射人体，由于人体生命活动（呼吸、心跳、肠蠕动等）的存在，使得被人体反射后的回波脉冲序列的重复周期发生变化。如果对经人体反射后的回波脉冲序列进行解调、积分、放大、滤波等处理并输入计算机进行数据处理和分析，就可以得到与被测人体生命特征相关的参数。

超宽谱雷达生命探测仪用于震区生命探测具有穿透力强、作用距离精确、抗干扰能力强、多目标探测能力强、探测灵敏度高等优点，探测距离可达30～50m，穿透实体砖墙厚度可达2m以上，可隔着几间房探测到人，并具有人体自动识别功能，在生命探测领域拥有广泛的应用前景。与红外生命探测仪、音频生命探测仪相比更实用，因此成为研究的热点。

生命探测技术的发展，必将使其应用范围不断扩大，如用于医学上的非接触式生命监护等，将通过更多的途径挽救生命，造福人类。

在2008年5月12日的四川汶川大地震的搜救中，中国及世界各国的专家，利用生命探测仪进行探测，搜救出数万名被困的遇难同胞。
　　其中搜救出的掩埋时间最长的同胞为216多个小时！
　　生命探测仪在四川汶川大地震的搜救中，发挥了不可磨灭的作用！
　　生命探测仪是借着感应人体所发出超低频电波产生之电场(由心脏产生)来找到"活人"的位置。配备特殊电波过滤器可将其它动物，诸如狗、猫、牛、马、猪等不同于人类的频率加以过滤去除，使生命探测仪只会感应到人类所发出的频率产生之电场。仪器配备两种不同侦测杆，长距离侦测杆侦测距离可达500公尺，短距离20公尺。人体发出的超低频电场可穿过钢筋混凝墙、钢板。仪器在碰到上述障碍物时，侦测距离会减少，但只要操作者向前靠近侦测地点，仍可精准地找到欲搜寻的人体目标。
　　本仪器目标锁定功能在侦测到人体发出超低频产生之电场后，侦测杆会自动锁定此电场,人体移动时，侦测杆也会跟着移动。另配备镭射光点，提供操作者寻找侦测杆方向。
　　经过计算机的辅助与不断的训练，本仪器比其它生命探测仪更精准、迅速的找到人体目标，其运用范围相当广泛：
　　一、救难队员可在倾倒的大楼中找到埋在瓦砾中的灾民。
　　二、警方人员可侦测到歹徒与人质的位置，供攻坚时的参考。
　　三、海巡署、海关、边界、港口、安检人员可侦测货柜和车辆夹层是否有偷渡人员。长距离天线侦搜距离达500公尺，可协助海岸巡防人员侦测偷渡人员上岸位置。