地震面前 與死神爭分奪秒的紅外生命探測儀
2017-08-16
8月8日21時19分46秒在四川阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣發(fā)生的7.0級地震，牽動著億萬人的心。不僅因為那里美若天堂，讓人擔心當?shù)鼐用窈陀慰偷陌参＃彩且驗槿藗兒苋菀拙拖氲姐氪ù蟮卣?，以及當時的慘烈。這些天，大批救援力量在災區(qū)奮力救人。
其實，自地球誕生之日起，地殼在持續(xù)緩慢運動，蓄積了巨大的能量，正如使用足夠大的力量撕扯紙張或者彎折玻璃時它們會碎裂一樣，當超過承受限度時，地殼蘊含的能量便會噴薄而出，能量快速釋放會帶來劇烈震動，這種自然現(xiàn)象便是地震。地震發(fā)生之時，天塌地陷、山巒崩摧、房倒屋斜。目前，還沒有完全行之有效的手段可以預測地震的發(fā)生，因此，震后救援就顯得尤為重要。
對于救援來說，發(fā)現(xiàn)生命與救出生命是最大的目標?？茖W、技術(shù)在救援中展現(xiàn)出其不俗的實力——各類生命探測儀一俟發(fā)明，便與救援犬并駕齊驅(qū)、力合作，發(fā)揮了巨大作用。紅外、音頻、視頻、雷達、靜電場、光學、氣敏等一系列生命探測儀都較為常見。它們各有所長，適用于不同的救援條件。實際救援中往往幾種儀器協(xié)同作戰(zhàn)——先是紅外探測儀確定幸存者的大致方位，之后雷達探測儀精準定位，最后利用光學探測儀觀察幸存者周圍環(huán)境以確定救援方案。其中，紅外探測儀歷史較為悠久，是最常用的生命探測儀之一。
紅外生命探測儀依靠人體與環(huán)境紅外輻射的區(qū)別來辨別幸存者，因此可用于黑暗、充滿煙霧等人們目力難及的救援場所。所有處于絕對零度之上的物體，都會產(chǎn)生紅外輻射，人體自然也是天然的紅外輻射源。有別于環(huán)境中其他物體，人作為一種恒溫動物，所發(fā)射出的紅外線波段為一個特殊的恒定范圍，找到了這個范圍內(nèi)的紅外線，便有極大的可能找到幸存者，這也正是紅外探測儀搜尋救援的關(guān)鍵點。紅外生命探測儀的核心部件是紅外檢測器。由于工作原理迥然相異，它們又分為兩大類——利用溫度差的熱電檢測器與依賴紅外線波長差異的光電檢測器。熱電檢測器常用于測量溫度，而用于生命探測的往往是能夠針對性識別特殊波段的紅外光電檢測器。
光電檢測器是將光信號轉(zhuǎn)化為電信號的電子元件，較為常見的有兩類，一類是光電二極管，一類是光電阻。
前者與太陽能電池發(fā)電的原理相同，半導體材料吸收光的能量，會產(chǎn)生可以相互分離的正負電荷。它們被材料內(nèi)部電場分開，緊接著又被其推向半導體兩端，形成電勢差。電勢差正如大壩兩端一高一低的水位落差，一旦接通電路，電流便像開閘泄洪時的水流一樣，只一瞬間便波濤洶涌，從而形成了完整的回路，也即是電信號;后者在沒有光照時通常沒什么導電性，受到光照后，也只會產(chǎn)生大量光生載流子。不同于光電二極管，這些電荷通常只有一種，根據(jù)半導體類型不同會產(chǎn)生正電荷或者負電荷，它們?nèi)缤恍┩蝗豢战迪聛淼纳⒈斡拢粫o頭蒼蠅般四處亂轉(zhuǎn)，但當在半導體兩端施加電壓后，它們就像聽到了進攻的號角般有序地向前沖，使得電流驟然變大，也便將光信號轉(zhuǎn)化為電信號了。
光電檢測器通常對不同波長的光線具有差異性響應，因此可以檢測出特定波段的光線。半導體中電子所處的能量狀態(tài)帶有兩種——導帶和價帶，低溫下，大多電子處在低能量的價帶，非常安分;而部分電子就像人來瘋的孩子，稍受刺激，便成了“小瘋子”，躍至高能量的導帶，此時它們更自由，便有了導電性，半導體也因此得名——基態(tài)導電性差，受激后導電性大幅提升。能隙是這兩種狀態(tài)間的能量差，它決定了受多大刺激才能使安分的電子變成“小瘋子”。一般情況下，一種半導體的能隙恒定不變，光的能量取決于它的波長，能隙便對應了特定波長的光，只有能量等于或者大于這一波長的光才可以使光轉(zhuǎn)化為電，畢竟刺激大了，只會讓電子們更“瘋”。因此，若想檢測能量很小的紅外線，所選半導體的能隙必須更小，這便使得紅外光電檢測器的材料選擇受到了很大的局限，正因如此，目前一部分科學工作者在改良現(xiàn)有的紅外響應材料，另一部分則在探索全新的半導體材料，例如可設(shè)計性較強的有機半導體。
紅外探測技術(shù)很早便應用在我們生活的方方面面。例如，無論是空調(diào)還是電視的遙控器，都是將信息負載于紅外線上發(fā)射出去，再由電器中的紅外探測器將其轉(zhuǎn)化成電信號，再由處理器解調(diào)來實現(xiàn)遠程控制的。
而事實上，這項技術(shù)最初是在軍工行業(yè)中嶄露頭角的，其蓬勃發(fā)展也有賴于第二次世界大戰(zhàn)，隨后，紅外夜視儀幫助戰(zhàn)士們在夜間也能清晰看到敵人的行蹤。近些年發(fā)展起來的紅外精確制導武器更是將戰(zhàn)爭引領(lǐng)到了“外科手術(shù)”式精準打擊的新層面上。
因此，紅外探測技術(shù)不僅是癱在沙發(fā)上手握遙控器，也是在災區(qū)爭分奪秒搜尋幸存者的決勝利器，更是沙場之上先發(fā)制人的撒手锏。
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