新型振动传感器检测移动车辆中的埋藏物体

探测地雷可能是一个具有挑战性和缓慢的过程。从移动的车辆中检测它们将使该过程更快速,但是以牺牲精度为代价。

在2019年9月29日至10月3日在奥地利维也纳举行的光学学会(OSA)激光大会上,来自美国密西西比大学的研究人员将报告一种新的基于激光的传感器,即使探测器在在运动中。这种新设备比现有技术有了显着的改进,这些技术无法在旅途中进行操作,并且在存在外部声音或振动源的情况下会失去准确性。

激光多普勒振动计(LDV)结合地面激发的振动已经显示出检测地雷和其他埋藏物体的前景,但它们对环境振动的敏感性意味着它们必须在一个特殊的稳定平台上运行。该设备称为激光多波束差分干涉传感器(LAMBDIS),具有可比较的检测能力,但对运动的敏感性要小得多,因此可以在移动的车辆上使用。

首席研究员Vyacheslav Aranchuk博士说:“地雷的肆虐祸害对快速准确地审查移动车辆的大面积区域提出了严峻挑战。”“我们的新设备通过使用一系列激光束然后将它们的信号组合起来以创建快速检测方案来克服这一挑战,该方案也足够强大以补偿可能超过其他技术的运动和其他”噪声“.LAMBDIS提供测量振动场具有高灵敏度,同时对物体或传感器本身的整体运动具有低灵敏度,允许从移动的车辆进行操作。

没有参考光束的测量

为了检测埋藏的物体,LDV与诸如扬声器的音频源或诸如机械振动器的震源一起使用。声音或地震波使地面振动。如果探测器是静止的并且环境足够无振动,LDV可以检测物体被埋藏的振动模式的细微差别。

传统LDV的操作基于从物体反射的光与LDV内部的参考光束的干涉。结果,LDV本身的运动可能导致LDV信号明显高于由物体振动引起的信号,并且与其无法区分。

在新的研究中,研究人员使用了30个激光束的线性阵列,这些激光束指向被询问的区域。

光学元件,包括接收器透镜和剪切干涉仪,用于将从地面上不同点反射的光组合在光电探测器阵列(PDA)上,从而在PDA输出上产生干扰信号。由于多普勒效应,信号的频率与照射点之间的振动速度成比例。PDA信号的处理揭示了表面上的照射点之间的振动。

“与LDV不同,LAMBDIS不使用内部参考光束,而是通过使用从物体上不同点反射的光的干涉来检测多普勒频移,”Aranchuk说。“由于缺少参考光束,传感器运动引起的多普勒频率对于所有反射光束实际上是相同的,并且会自动从干扰信号中减去。因此,LAMBDIS对传感器运动的灵敏度非常低本身,同时对物体上各点之间的相对振动具有高度敏感性。“

成功的现场测试

研究人员报告说,LAMBDIS设备在实验室和现场测试的各种条件下表现良好。LAMBDIS能够探测到7.5米到20米之外的埋藏物体以及以每秒3.8米(每小时约8.5英里)行驶的车辆,其结果与稳定的平台式LDV相当。研究人员使用机载和地震声源以及不同的扫描角度测试了该设备,表明该设备可以在各种现实条件下提供准确的结果。

除了检测地雷之外,LDV还常用于检查汽车和飞机部件,评估桥梁和结构振动,校准设备和研究材料,以及牙科和生物医学应用。在环境噪音或运动阻碍LDV设备使用的情况下,LAMBDIS可以使这些应用受益。

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