[发明专利]用于触发并使快速介电激活响应最大化的选择性极化匹配过滤器

说明书

发明背景

本发明涉及介电激活(电泳现象)、静电弛豫动力学、电子装置和系统这些领域，更具体地说，涉及通过检测力或所存储的电能的补充能量密度而检测某些特殊的实体时，用于触发并使介电激活响应最大化的选择性极化匹配过滤器，所述那些特殊的实体由有机和无机材料组成。

检测是否存在特定的实体＿＿人类、塑料(各种各样的聚合物以及带有添加剂的聚合物的混合物)以及其它有机/无机材料，而不考虑存在有看不见的插入结构、障碍或EMI信号，这种检测业已极广泛地用于各种各样的应用领域，例如，(a)消防和营救；(b)国家边境安全；(c)在预装货的飞机、列车和汽车上的运输安全；(d)新的和旧的建筑工业；(e)执法；(f)军事行动；(g)反入店行窃的保护措施；(h)其它的安全和紧急的需要和工作等等。

人们知道，人类、动物以及其它一些有生命的种类产生一种外电场及其梯度。例如，在人类生理学中，中央和周围神经系统的神经细胞、传感系统细胞、骨干肌肉系统、以及心脏传导细胞和心脏肌肉系统细胞都通过退极化和重新极化现象来工作，所述退极化和重新极化现象出现在它们的整个细胞膜，所述细胞膜自然处于一种介电极化状态。

横跨膜的离子电流和电位利用了Na^-1、K⁺¹离子等，所有的工作都是要建立一个横跨细胞膜的静电位，该静电位的特征是一种高度极化状态。在无髓鞘的细胞轴突内及其周围的离子浓度(每立方厘米中的摩尔数)确立了上述静电位。流体本身是中性的。使离子保持在膜上的力是它们横跨膜的、彼此间的吸引力。与这个过程无关的是Cl^-1离子趋于扩散进细胞，这是由于它们在外边的浓度较高。K⁺¹和Cl^-1的扩散都趋于使细胞的内部带负电并使细胞的外部带正电。当电荷累积在细胞的表面时，就越来越难以使更多的离子扩散。试图向外移动的K⁺¹离子被已经存在的正电荷排斥。当横跨膜的电位差平衡了由于浓度而引起的扩散趋势时，就达到了平衡。浓度差越大，横跨膜的电位差就越大。可通过Nernst方程来计算静电位，其中电位(V)＝V_内部-V_外部，这使得：

这里，Co和Ci是内部和外部的离子浓度，K是波尔茨曼常数，T是绝对温度，e是电子电荷，而z是离子的化合价(电子电荷数)。

神经和传导脉冲、以及感觉、心脏、和肌肉动作电位还有后续的反应都通过连续的周期性脉冲(波)来显示，这些连续的周期性脉冲导致了最初的快速退极化，而且，不久以后，就快速地重新极化，一般重新确立静态，即，膜的原来的极化状态。横向的膜离子电流产生沿着细胞膜移动的偶极子电荷。刺激越大，沿着膜所产生的脉冲就越多。

动态电势与在不同类型的膜的内部和外部的、各自的离子浓度的比值有关。最终所得到的极化电场分布图形具有高度的空间非均匀性，并且可表征为一种边界偶极电荷分布图形。在R.A.Rhodes，的“人类生理学”(Harcourt Brace Javanovich(1992))以及D.C.Gianocoli，的“应用物理原理”(Prentice Hall(1980))中，都可以见到有关人类所产生的电场的讨论，这里，引用这些文献中的教导作为参考。

可以选择地，外电场及其梯度可通过静电起电装置由一个外部的源来提供，该静电起电装置用于无生命的目标，例如，塑料、金属、水等等。

能够在一种实体的、具体的基础上检测外电场及其梯度是有益的，该外电场是由有生命的物种自然产生的或是由一个外部的源感应出来的。进而，能够在很大的距离上、并且穿过障碍物来进行这种检测也是有益的。业已发现，采用本发明的、利用介电电泳原理的、选择性极化匹配过滤器就可能进行这种检测。

介电电泳说明了作用在初始为电中性的物质上的力以及该初始为电中性的物质的机械行为，通过外部的、空间非均匀的电场，经由感应使得所述初始为电中性的物质介电极化带电。通过电场的空间梯度(空间的变化率)来测量该电场空间不均匀的程度。介电电泳效应的一个基本的原理是在某一点处和随着时间的推移在空间中所产生的空气中的力(或力矩)总是指向(或寻求指向)相同的方向，主要是朝向局部电场的最大梯度的方向，这与电场(电压)以及周围介质的介电性质的、符号(+或-)和随时间的变化(DC或AC)无关。