热感探测仪原理

历经连续多天的雾霾天气，北京终于拨霾见日，大快人心。然而，民众对空气质量的担忧恐慌情绪，却不会像雾霾一样散去。面对日益紧迫的雾霾问题，除了戴上防霾口罩，我们又能做些什么?......雾霾之下，没有看客，我们每个人都应该积极行动起来，你知道吗?西安的一群大学生为我们做了一个良好的表率。　　前不久，西安理工大研究生代晨昱和同学们发明了一款便携式雾霾空间分布激光探测仪，可以实时监测大气污染物的仪器，打破了传统环保部门测量大气污染物的方法，将激光遥感技术应用到了雾霾监测领域。据悉，该仪器还荣获了陕西省大学生课外学术科技作品大赛一等奖。　　打破陈规 用激光遥感监测领域　　目前，相关部门监测大气污染物主要采用的是直接称重、多点监测、人工取样等方法，上述方法都仅是单点测量。例如直接称重法，是抽取等量空气将污染物停留在过滤膜上，直接称其重量，计算单位体积中的污染物浓度。而多点监测需要架设许多仪器，不仅耗时耗力，还不具有实时性。因为大气是流动的，往往当工作人员把仪器上的数据整理出来时，污染源的位置、雾霾污染的空间分布等已经发生了变化。　　实际上，城市每个区域的PM2.5数值都不一样，而且数据也是不断变化的，这就让代晨昱萌生了用专业知识发明一种可以实时监测大气污染物的仪器的想法。经过近两年努力，他和同学们完成了设计发明工作。探测仪弥补了现有雾霾探测仪无法进行大面积探测的缺陷，大大拓展了探测距离。这款仪器的夜间探测距离为10-20 km，白天探测距离为5-8km。　　探测仪整体系统主要由激光发射系统、光学接收系统、光电探测系统、数据采集处理系统及三维扫描控制系统五部分组成。代晨昱解释，这套系统主要运用了光散射和光测距两大原理。由激光发射系统发出脉冲激光进入大气，激光与大气中的雾霾颗粒发生散射后，由光学接收系统接收后向散射回波信号，再由光电探测系统将光信号转换为电信号，最后由数据采集处理系统利用模拟探测方式完成数据采集与处理。　　实时监测，雾霾无处逃遁　　这款便携式雾霾空间分布激光探测仪，相较于单点测量，扩大了探测范围，还可对污染源的位置、污染程度、污染物的扩散方式及传播途径进行实时监测，继而对雾霾污染的出现提前预警，使有关部门前移工作关口，采取应对措施缓解污染问题。弥补了现有雾霾探测仪无法进行大面积探测的缺陷，大大拓展了探测距离。这款仪器的夜间探测距离为10-20 km，白天探测距离为5-8km。　　以城区面积约为860余平方公里的西安市为例，实验表明，4-6台探测仪就可以实现整个西安市区的覆盖探测，工作效率着实提升了不少。　　代晨昱表示，这款仪器可以与现有的颗粒物监测仪器设备配合工作，不仅可以弥补现有仪器的缺陷，配合工作后测试出来的结果精度更高。他们也期待可以和有关单位部门、企业合作，为治污减霾贡献出自己的一份力量。　　年轻的大学生也懂得要以己之力，为社会贡献一份力量。身为地理信息行业的从业者，手握各种地理空间技术，在这场休戚与共的雾霾反击战中，也应多思考，多行动，多出力，守护苍穹之下的那片蓝天。

说到生命探测仪，就不得不说地震，这个沉重的话题虽然好像离我们十分遥远，但是每年都有来自世界各地的新闻，几乎任何一个时间，都有地方发生地震。过去13年的汶川地震，在大家的印象中已经慢慢淡去，但对于经历过灾难的人来说，是一辈子难以磨灭的印记。而面对这种巨大的自然灾难，生命探测仪就发挥了强大的作用，可以救人于危难中。生命探测仪是一种安全救生装备，它是美国的物理学家大卫席思研发的，对于灾难中的搜救做出了卓越的贡献。其实生命探测仪是一个统称，具体根据探测范围和手法的不同，还可以分为红外探测、雷达探测、光学探测、声波振动探测和其他先进类探测。很不幸的是几乎每一种我们都听说过，尤其是雷达探测和红外探测。红外生命探测，需要被探测的物体体温在绝对零度以上，那么什么是绝对零度呢？和我们知道的0℃不同，绝对零度象征着极度的寒冷，换算下来大概相当于-273.15℃。也就是红外探测在我们日常的温度下都可以探测到生命。并且能够不畏条件的恶劣，不受干扰。雷达探测仪就又先进很多，相比于红外探测仪只能感受体温，雷达探测仪可以通过监测人体生命活动所引起的各种微动，从微动中得到心跳、呼吸等信息，再利用电磁波反射原理进行探测。不仅不受温湿度控制，噪音和地形也同样奈何不了它，稳定性好、准确率高。如果可以，没有人愿意认识这些探测仪，可灾难是无法避免的，我们现代的先进科学仪器，就是为了在自然灾难面前可以做到先知先觉和挽救更多生命。是我们的自救工具，相信在不久的将来，我们对于这类重大灾难，一定可以做到准确的预测和躲避。

p style="text-indent: 2em text-align: justify "从中国研制第一颗科学卫星——双星计划开始，中国科学院国家空间科学中心的科学家就和瑞典空间物理研究所的科学家有了首度合作。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "时隔十数年，在嫦娥四号国际载荷工作中，两位老朋友再度联手，研制出国际上首个可以在月表直接探测中性原子的仪器——中性原子探测仪。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“月球是一个天然的实验室，太阳风和月表的相互作用，可以类比到其他的行星体上，对未来的科学研究提供重要的科学数据。”中方首席专家、中科院空间中心研究员张爱兵说。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "太阳风吹呀吹 中性原子飞呀飞/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "太阳风是一种跟空气流动很相似的“风”，只不过它吹的不是气体分子，而是太阳上层大气射出的超声速等离子体带电粒子流。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "由于太阳风中的粒子会干扰通讯系统，它一直让人类倍感恐慌。2006年12月13日，一次太阳风暴曾经对我国短波无线电通信造成严重影响，使得广州、海南、重庆通信中断达3小时之久。好莱坞大片《2012》《末日预言》等也曾展现过人类对于太阳风袭击地球的恐惧。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "这种恐惧同时也演化成了科学家的研究方向，在没有磁场、大气保护层的“月球实验室”里，他们决定近距离且直观地看一看太阳风与月球表面的作用机制。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“最早，人们以为太阳风里的离子和电子是被月表吸收了，但是，经过一段时间的研究后，科研人员发现，太阳风离子打到月表后，会反射回来，反射回来的粒子里，有一部分仍然是离子状态，还有一部分则获得了电子，从离子状态变成了原子状态，成为中性原子。”张爱兵说。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "与此同时，就好比“一石激起千层浪”，太阳风里的高速粒子打到月球表面后，也会将月球表面物质溅射起来。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“最终，溅射出的中性原子也会因为拥有一定的速度和能量，出现‘逃逸’，形成月球的外逸层。”张爱兵说。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "除此之外，太阳风和月表作用会对月球环境产生什么样的影响，也是科学家希望探索的内容。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“有科学家猜测，太阳风里的氢离子和月表的氧相击，可能会产生水，月球上的水可能与太阳风打到月球表面有一些关系，虽然这还不是一个定论，这也是我们想要搞清楚的内容。”张爱兵说。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "创造探月新历史 首次月表直接探测/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "这次，嫦娥四号上搭载的中性原子探测仪，主要目标就是在月表上测量太阳风和月表相互作用之后产生的中性原子，包括太阳风本身的离子获得电子后产生的中性原子，和月球表面被溅射出的中性原子。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "印度的首颗绕月人造卫星“月神一号”曾经搭载过中性原子成像仪，但和其他探月卫星一样，都是在环月轨道上对中性原子进行探测。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“我们这次要做的是在月表巡视区直接测量中性原子，可以说是人类探月史上首次在月表开展中性原子探测。以往的探测就好像是用肉眼看中性原子，这次，我们是拿着放大镜近距离、仔细地看。”张爱兵说。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "过去人类在环月轨道对中性原子的探测，曾发现了一些超出预期的现象，留下了一些未解之谜，例如，人们发现中性原子和太阳风在密度、速度比率上没有直接关系等，而这些谜题也为此次探测指出了方向。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“这次我们在月表可以进行实地观测，随着月球车在月表移动到不同位置，可以观测到月表不同的地形地貌，进而观测到太阳风与月表相互作用的不同过程，有望解决过去遗留的类似科学问题。”张爱兵说。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "碰撞与交流中 航天文化再度对接/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "作为搭载在嫦娥四号巡视器上的国际载荷，中性原子探测仪由瑞典空间物理所负责研制，中国科学家参与设备的性能测试及交付后的相关工作。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "张爱兵介绍，中国与瑞典在科学卫星载荷上，已经有了很长的合作历史。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "最开始的合作是在中欧合作研制的我国第一颗空间科学卫星——双星计划时。双星计划中有一台测量地球轨道环境下中性原子情况的中性原子探测仪，就是由中国科学家和瑞典科学家合作完成。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "2009年，中国发起的“萤火一号”火星探测计划中，中国科学家与瑞典科学家再度合作，双方分别研制其中一个载荷的一部分，然后集中在一起形成了一个载荷包，用于测量火星离子和电子的情况。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "此外，在中科院空间科学先导专项中，中国科学家和瑞典科学家也曾联手完成一些预先研究项目。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“由于双方合作次数比较多，所以在嫦娥四号的合作上非常顺利。”张爱兵说。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "当然，尽管顺利，但合作中难免会有碰撞和交流，“新的合作加深了两国航天文化的交流。”张爱兵说。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "按照中方的相关规范，中方在国际载荷接管复查过程中要确保接口安全，包括接口设计和元器件等的安全，不能影响其他载荷的工作，更不能影响嫦娥四号整体任务。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“一开始对方不能理解，但是通过交流，他们还是按照我们的要求做了相关工作，并把相关资料提供给中方。此次合作再一次体现了我国航天精益求精的作风，而这样的工作作风也让瑞典科学家十分认可中国科学家的工作。”张爱兵说。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "未来，中国和瑞典将共同利用科学数据开展科学研究，为此，中方已经组织了专门的科学家团队。“双方将会协同工作，共同利用好这台仪器的科研数据。”张爱兵说。/p