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地(dì)震麵前,與(yǔ)死神爭(zhēng)分奪秒的計量探測儀器

發布時間:2017-08-15 作者(zhě): 來源:中國青年報 瀏覽:2053

  8月8日21時19分46秒在四川阿壩(bà)藏族羌族(zú)自治州(zhōu)九寨溝縣發生的7.0級地震(zhèn),牽動著億萬人的心。不僅因為那(nà)裏美若天堂,讓人擔心當地居民和遊客的(de)安危,也是因為人們很容(róng)易就想到汶川大地震,以及當時的慘烈。這些天,大批救援力量在災區奮力救人。

  其實,自地球(qiú)誕生之日(rì)起,地殼在(zài)持(chí)續緩慢運動,蓄積了巨大的能(néng)量,正如使用足夠大的力量撕扯紙張(zhāng)或者彎折玻璃時它們(men)會碎裂(liè)一(yī)樣,當超過承受限度時,地殼(ké)蘊含的能量便(biàn)會(huì)噴薄而出,能量快速釋放會帶來劇烈震動,這種自(zì)然現象便是地震。地(dì)震發(fā)生之時,天塌地陷、山巒(luán)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(de)發生,因此,震(zhèn)後救援就顯得尤為重要(yào)。

  對(duì)於(yú)救援來說,發現生命與救出生命是最大的目標。科學、技術在救援中展(zhǎn)現出其不俗的實力??各類生命探測儀一俟發明,便(biàn)與救援犬(quǎn)並駕齊驅、力合作,發揮(huī)了巨大作用。紅外、音頻、視頻、雷達、靜電場、光學(xué)、氣敏等一係列生命探測儀都較為常見。它們各有所長,適用於不同的救(jiù)援(yuán)條件。實際救援中往(wǎng)往幾種儀器(qì)協同(tóng)作戰??先是紅外探測儀確定幸存者的大致方位,之後雷達(dá)探測儀精準定位,最後利用光學探測儀觀察幸存者周圍環境以(yǐ)確定救(jiù)援方案。其中(zhōng),紅(hóng)外探測儀曆史較為悠久,是最常(cháng)用的生命探測儀之一。

  紅外生命探測儀依(yī)靠人體與環境紅(hóng)外輻射的區別(bié)來辨別幸存者,因此可用於黑暗、充滿煙霧等人們目力難及的救援場所。所有處(chù)於絕對零度之上的物體,都會產生紅外輻射(shè),人體(tǐ)自然也是天然的紅外輻(fú)射源。有別於環境中其他物體,人作為一種恒溫動物,所發射出的紅外線波段為一個特殊的恒定範圍,找到了(le)這個範(fàn)圍內的紅外(wài)線,便有極大(dà)的可能找到(dào)幸存(cún)者,這也正是紅外探測儀搜尋救援的關鍵點。紅外生命探測儀的核心部(bù)件是(shì)紅外檢測(cè)器。由(yóu)於工作原(yuán)理迥然相異,它們(men)又分(fèn)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(yì)的(de)光(guāng)電檢測器。熱電檢測器常用於測量(liàng)溫度,而用於(yú)生命探(tàn)測的往往是能(néng)夠針對性識別特殊波(bō)段的紅外光電檢測器。

  光電(diàn)檢測器是將光信號轉化為電信號的電子元件,較為常見的有兩類,一(yī)類(lèi)是光電二極管,一類是光電阻。

  前者與(yǔ)太陽能電池發電(diàn)的原理(lǐ)相同,半(bàn)導體材料吸收(shōu)光的能(néng)量(liàng),會產生可以相互分離的正負電荷。它們被材料內部電場分開,緊接著又被其推向半導體兩端,形(xíng)成電勢差。電勢(shì)差(chà)正如大壩兩端一高一(yī)低的水(shuǐ)位落差,一旦(dàn)接通電路,電流便像開閘泄洪時的水流一樣,隻一瞬間便波(bō)濤洶湧,從(cóng)而(ér)形成了完整的回路,也即是電信號;後者在沒有光照時通常沒什麽導(dǎo)電性(xìng),受到光照後,也隻會產生大量光(guāng)生載流(liú)子(攜帶電荷的基本單元)。不同於光電二極(jí)管,這些電荷通常隻有一種,根(gēn)據半導體類(lèi)型不同(tóng)會產生正電荷或者負電荷,它們如同一些突(tū)然空降下來的散兵遊勇,隻會無頭蒼蠅般四處亂轉,但當在半導體兩端施加電壓後,它們就像聽到了進攻的號角般有序地向前衝,使得(dé)電流(liú)驟然變大,也便將光信號轉化為電信號了。

  光(guāng)電檢測器通常對不同波長的光線具(jù)有差異性響應,因此可以檢測出特定波段(duàn)的光線。半導體中電子所(suǒ)處的能量狀態(tài)帶(dài)有兩種??導帶和價帶,低(dī)溫下,大多電子處(chù)在低能量的價帶(dài),非常安分(fèn);而部分電子就(jiù)像人來瘋的孩子,稍(shāo)受刺激(比如光照或升溫),便成(chéng)了“小(xiǎo)瘋子”,躍至高能量的導帶,此時它們更(gèng)自由,便有了導(dǎo)電(diàn)性,半導體也因此得名??基(jī)態(tài)導(dǎo)電性差,受激後導電性(xìng)大幅提升。能隙是這兩(liǎng)種狀態間的能量差,它決定了受多大刺激才(cái)能使安(ān)分的(de)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(liàng)取決於它(tā)的波長,能隙便對應了特定波長的光,隻有能量等於或者大於這一波長的光才(cái)可以使光轉化為電,畢竟刺激大了,隻會(huì)讓電子們更“瘋”。因此,若想檢測能量很小的紅外(wài)線,所(suǒ)選半導體的能隙必須更小,這(zhè)便使得紅外(wài)光電(diàn)檢測器(qì)的材料選(xuǎn)擇受(shòu)到了很大的局限,正因(yīn)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(liào),另一部分則在探索全新的半導體材料,例如(rú)可設計性較強的有機半導體。

  紅外探(tàn)測(cè)技術很(hěn)早便應用在我們生活的方方麵麵。例如,無論是空(kōng)調還是電視的遙控器,都是將信息負載(zǎi)於紅(hóng)外線上發(fā)射出去,再由電器(qì)中的紅外探(tàn)測器將其轉化成電信號,再由處理(lǐ)器解調來實現遠(yuǎn)程控製的。

  而(ér)事實上,這項技(jì)術最初是在軍工行業中嶄露頭角的,其蓬勃發展也有(yǒu)賴於(yú)第二次世界大戰,隨(suí)後,紅外夜視儀幫助(zhù)戰士們在夜間也能清晰看到(dào)敵人的(de)行蹤(zōng)。近些年發展起(qǐ)來的紅外精確製導武器更是將戰爭引領到了“外科手術”式精(jīng)準打擊的新層麵上。

  因此,紅外探測技術不僅是癱在沙發上手握遙控器,也是在災區(qū)爭分奪秒搜尋幸存者的決勝利器,更是沙場之上先發製人的撒手鐧。

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