Ny vibrationssensor registrerer nedgravede genstande fra køretøj i bevægelse

Opdagelse af landminer kan være en udfordrende og langsom proces. At opdage dem fra et køretøj i bevægelse ville gøre processen mere hurtig, men på bekostning af nøjagtigheden.

På Optical Society's (OSA) Laserkongres, afholdt 29. september - 3. oktober 2019 i Wien, Østrig, forskere fra University of Mississippi, USA., vil rapportere en ny laserbaseret sensor, der effektivt detekterer begravede objekter, selvom detektoren er i bevægelse. Denne nye enhed tilbyder en betydelig forbedring i forhold til eksisterende teknologier, som ikke kan betjenes på farten og mister nøjagtighed i nærvær af eksterne lyd- eller vibrationskilder.

Laser Doppler -vibrometre (LDV'er) kombineret med vibrationer ophidset i jorden har vist løfte om at opdage landminer og andre begravede genstande, men deres følsomhed over for omgivende vibrationer betyder, at de skal betjenes fra en særlig stabil platform. Enheden, kaldet en Laser Multi Beam Differential Interferometric Sensor (LAMBDIS), giver sammenlignelige detekteringsmuligheder, men er langt mindre følsom over for bevægelse, tillader det at blive brugt ombord på et køretøj i bevægelse.

"Landminernes langvarige svøbe udgør en alvorlig udfordring for hurtig og præcis afhøring af store områder fra køretøjer i bevægelse, "sagde hovedforsker Dr. Vyacheslav Aranchuk." Vores nye enhed overvinder denne udfordring ved at bruge en række laserstråler og derefter kombinere deres signaler til at skabe et hurtigt detekteringsskema, der også er robust nok til at kompensere for bevægelse og anden 'støj', der kunne overvælde andre teknikker. LAMBDIS giver måling af vibrationsfelter med høj følsomhed, mens den har lav følsomhed over for hele kroppens bevægelse af objektet, eller selve sensoren, muliggøre betjening fra et køretøj i bevægelse. "

Målinger uden referencebjælke

For at opdage begravede genstande, LDV'er bruges sammen med en lydkilde som f.eks. En højttaler, eller en seismisk kilde, såsom en mekanisk ryster. Lyden eller seismiske bølger får jorden til at vibrere. LDV kan registrere subtile forskelle i vibrationsmønsteret, hvor et objekt er begravet, forudsat at detektoren er stationær, og miljøet er tilstrækkeligt vibrationsfrit.

Betjening af traditionelle LDV'er er baseret på interferens af lys, der reflekteres fra et objekt med en referencestråle indvendig i LDV'en. Som resultat, bevægelse af selve LDV kan få LDV -signaler til at være betydeligt højere end, og kan ikke skelnes fra, signaler forårsaget af objektvibrationer.

I det nye værk, forskerne brugte et lineært array med 30 laserstråler rettet mod det forhørte område.

Optiske elementer, herunder en modtagerlinse og et interferometer med forskydning bruges til at kombinere lyset, der reflekteres fra forskellige punkter på jorden på et fotodetektormatrix (PDA), hvilket resulterer i interferenssignaler på PDA -udgange. Signalernes frekvens er proportional med vibrationshastigheden mellem belyste punkter på grund af Doppler -effekten. Behandling af PDA -signalerne afslører vibrationer mellem belyste punkter på overfladen.

"I modsætning til LDV'er, LAMBDIS bruger ikke en intern referencestråle, men registrerer et Doppler -skift ved at bruge interferens af lys, der reflekteres fra forskellige punkter på objektet, "sagde Aranchuk." På grund af manglen på en referencestråle, Dopplerfrekvensen forårsaget af sensorbevægelsen er praktisk talt den samme for alle reflekterede stråler og trækkes automatisk fra interferenssignalerne. Som resultat, LAMBDIS har meget lav følsomhed over for selve sensorens bevægelse, mens den har høj følsomhed over for relativ vibration mellem punkter på objektet. "

Vellykkede felttest

Forskere rapporterer, at LAMBDIS -enheden fungerede godt under en lang række betingelser i laboratorie- og felttest. LAMBDIS var i stand til at opdage nedgravede genstande 7,5 til 20 meter væk og fra et køretøj, der kørte 3,8 meter i sekundet (ca. 8,5 miles i timen) med sammenlignelige resultater til en stabil platformmonteret LDV. Forskere testede enheden både med luftbårne og seismiske lydkilder og med forskellige scanningsvinkler, tyder på, at enheden kan levere nøjagtige resultater under en række virkelige forhold.

Ud over at opdage landminer, LDV'er bruges almindeligvis til at inspicere biler og flykomponenter, at vurdere bro- og strukturvibrationer, at kalibrere udstyr og studiematerialer, og i tandlægemæssige og biomedicinske applikationer. LAMBDIS kan gavne sådanne applikationer i tilfælde, hvor miljømæssig støj eller bevægelse hindrer brugen af ​​LDV -enheder.