一种含水土质埋压人员痕量气体标志物探测装置及方法

本发明属于痕量气体标志物探测领域，具体涉及一种含水土质埋压人员痕量气体标志物探测装置及方法。

背景技术：

1、生命探测仪是一种用于重大灾害后生命搜救的重要设备，也是当前救援工作领域中最为专业与先进的搜救检测工具，在定位、探索与搜寻生命体等方面具有不可替代的作用。生命探测仪可以帮助救援人员更为快速、便捷、有效地判断幸存者的位置，大大降低了救援工作的盲目性和工作量，提高了救援效率，以最大限度的保障人民生命安全。

2、当前，生命探测仪的探测手段有大致四种：光学生命探测、音频生命探测、红外生命探测以及雷达生命探测。光学生命探测主要是通过光反射实现，仪器主体为柔韧管状，在仪器前端设置细小的光学探头，通过将仪器主体深入极微小的缝隙来直观地探测被困人员，其工作深度可达几十米，适用于对常规难以到达的地方进行定性检查。然而，光学生命探测受到地形阻碍的影响也较大，导致在复杂的地形环境下难以发挥作用。音频生命探测应用了声波及震动波的原理，采用微电子处理器、声音或振动传感器进行全方位的声波振动信息采集，可探测以空气为载体的各种声波和以其它介质为载体的振动。在过滤掉背景干扰波后，能够迅速确定被困者的位置。但是，由于以接收到的声波作为主要分析目标，受声波在不同介质中的传播特性限制较大，导致探测微小声波或深处复杂环境下的声波存在困难，使用场景也存在着一定局限性。红外生命探测是根据目标的热辐射进行成像搜寻，可以在黑暗条件下进行被动式生命探测，通过将红外辐射信号转化成视频成像，特别适用于事故早期的浅埋人员的快速发现。但遮挡物会对红外生命探测形成干扰，比如，玻璃会隔离人体热能信号，探测仪无法穿越玻璃遮挡物，导致探测结果受到限制。雷达生命探测器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，从而辨识有无生命迹象。超宽谱雷达生命探测仪是该类型中最先进的一种，它具有穿透能力强、作用距离精确、抗干扰能力强、多目标探测能力强和探测灵敏度高等诸多优点，但超宽频雷达生命探测仪也同时具有高成本、操作复杂等缺点，在面对含水环境、复杂钢板交错埋压的环境以及雨雪天气时，水分以及大面积或交错的钢建筑结构件会对宽频雷达的电磁波产生干扰和阻碍，导致成像不清甚至无法探测。

3、在应急安全搜救探测仪器的发展过程中，提出一种基于多组分痕量气体的生命探测手段，主要通过探测人体散发的多组分痕量气体来搜寻人员所在位置。然而，传统的气体探测设备均基于实验室或相对稳定的工作环境，精度较高但检测周期过长，尤其是设备体积较大、人员操作复杂，导致难以在搜救现场进行快速大面积探测搜寻，探测搜寻结果也一般不具有实时性，对于压埋搜救来说具有相当的局限性和不易操作性，在涉及压埋搜救的应用场景中难以深入开展痕量气体探测任务。

4、因此，现有的各种生命探测手段都或多或少的存在各种限制，尤其是对于复杂环境和含水土质下的埋压人员探测存在着限制。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种含水土质埋压人员痕量气体标志物探测装置及方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明提供了一种含水土质埋压人员痕量气体标志物探测装置，包括：仿生气腔、传感器阵列、气路控制模块和处理控制系统；

3、所述仿生气腔包括依次联通的前腔、中腔和后腔，所述前腔、所述中腔和所述后腔的直径逐渐增大；

4、所述传感器阵列位于所述中腔内，包括若干个气体传感器；每个所述气体传感器均用于采集一种或多种痕量气体标志物，以得到痕量气体标志物信号；所述痕量气体标志物包括：二氧化碳、氨气、丙酮、硫化氢、乙酸、乙醛、乙苯、正戊醛和乙醇；；

5、所述气路控制模块设置于所述仿生气腔外，并与所述仿生气腔通过气路联通；

6、所述处理控制系统分别电连接所述传感器阵列和所述气路控制模块，用于控制所述传感器阵列和所述气路控制模块，并处理所述痕量气体标志物信号，以得到埋压人员信息。

7、在本发明的一个实施例中，一种含水土质埋压人员痕量气体标志物探测装置还包括：内部骨架；

8、所述内部骨架设置于所述仿生气腔内，包括：前流板、传感器支架、尾流板、传动轴和自转驱动电机；

9、所述前流板、传感器支架、尾流板通过所述传动轴同轴固定连接，所述自转驱动电机的输出轴连接所述传动轴的一端，并驱动所述前流板、传感器支架、尾流板和所述传动轴转动；

10、所述前流板位于所述前腔内；所述传感器支架位于所述中腔内，在所述传感器支架上设置有若干个传感器挂载区域，所述若干个传感器挂载区域沿周向均匀设置，所述若干个气体传感器对应设置于所述若干个传感器挂载区域上；所述尾流板和所述自转驱动电机均位于所述后腔内；

11、所述前流板与所述尾流板均包括若干个沿周向均匀间隔设置的挡板。

12、在本发明的一个实施例中，所述气体传感器包括：mos型气体传感器或电化学气体传感器。

13、在本发明的一个实施例中，所述气路控制模块包括：第一电磁阀、第一流量计、第二流量计、第二电磁阀和真空泵；

14、所述第一电磁阀、所述第一流量计、所述仿生气腔、所述第二流量计、所述第二电磁阀和所述真空泵依次联通，形成气体通路；

15、其中，在所述前腔设置有气体入口，所述后腔设置有气体出口，所述第一流量计连接所述气体入口，所述第二流量计连接所述气体出口。

16、在本发明的一个实施例中，所述处理控制系统包括：主控模块、模拟前端电路、电源管理模块和显示与报警模块；

17、所述主控模块电连接并分别控制所述气路控制模块、所述模拟前端电路、所述电源管理模块和所述显示与报警模块；所述模拟前端电路，包括若干个模拟前端子电路；每一个所述模拟前端子电路均对应一个气体传感器，用于控制和驱动所述气体传感器，并对所述痕量气体标志物信号进行前端处理，以得到痕量气体数字信号；所述前端处理包括：滤波处理和模数转换处理；

18、所述电源管理模块，受所述主控模块控制，分别为所述传感器阵列、所述气路控制模块、所述模拟前端电路、所述电源管理模块和所述显示与报警模块供电；

19、所述主控模块包括：数据处理模块，用于处理所述痕量气体数字信号，根据所述痕量气体数字信号进行埋压人员识别，以得到埋压人员信息；

20、所述显示与报警模块，用于根据所述埋压人员信息进行显示或报警。

21、在本发明的一个实施例中，每个所述模拟前端子电路均包括：传感器驱动控制部分、滤波部分、电压跟随器和模数转换部分；

22、所述传感器驱动控制部分，用于驱动并控制所述传感器阵列；

23、所述滤波部分，用于对所述痕量气体标志物信号进行滤波处理，以得到滤波信号；

24、所述电压跟随器，用于对所述滤波信号进行信号的隔离与缓冲；

25、所述模数转换部分，用于对经过隔离与缓冲的所述滤波信号进行模数转换，以得到痕量气体数字信号。

26、在本发明的一个实施例中，所述电源管理模块包括：缓启动模块和过压保护模块；

27、所述缓启动模块的输入端连接外部电源电压端，输出端连接过压保护模块，用于减小由所述电源管理模块输出的瞬时电流；

28、所述过压保护模块，在所述电源管理模块中输入的电压超过其设定的过压值时关断，以保护连接的后端电路。

29、本发明还提供了一种含水土质埋压人员痕量气体标志物探测方法，包括：

30、s1：通过气路控制模块控制仿生气腔进气，通过传感器阵列采集进气中的痕量气体标志物，得到痕量气体标志物信号；

31、s2：通过模拟前端电路对所述痕量气体标志物信号进行前端处理，得到痕量气体数字信号；所述前端处理包括：滤波处理和模数转换处理；

32、s3：通过数据处理模块对所述痕量气体数字信号进行埋压人员识别，得到埋压人员信息，通过显示与报警模块进行显示与报警。

33、在本发明的一个实施例中，所述通过数据处理模块对所述痕量气体数字信号进行埋压人员识别，得到埋压人员信息，包括：

34、通过所述数据处理模块，分别对每一个所述气体传感器采集的所述痕量气体数字信号进行特性提取、特性选择、模式分类和气体识别，对其中的痕量气体成分进行检测和定量分析，得到埋压人员信息。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

36、本发明的含水土质埋压人员痕量气体标志物探测装置，通过若干个气体传感器组成传感器阵列，每个传感器分别检测一种或多种痕量气体标志物，实现对多组分气体浓度的捕捉和采集。再通过仿生气腔，确保气体形成稳定的气流，从而与气体传感器形成充分接触，提高了气体传感器的探测能力。再根据采集到的痕量气体标志物信号进行处理和分析，得到了埋压人员信息，相较于现有的检测手段，气体传感器的体积小、造价低廉、检测结果处理方便，受含水土质与复杂环境干扰小，尤其适合于震后灾害救援等特殊场景下的人员搜索。

37、本发明的含水土质埋压人员痕量气体标志物探测方法，通过传感器阵列捕捉进气中的痕量气体标志物，得到痕量气体标志物信号，再通过前端处理提高了采集到的气体信号的准确性，提高了检测精度。再通过数据处理模块进行处理，实现了对气体成分的实时检测和定量分析，提高检测的准确性和可靠性。

38、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。