密西西比大學(xué)推出新型激光振動(dòng)傳感器，可探測(cè)地下埋藏物

　　利用密西西比大學(xué)開發(fā)的新型振動(dòng)傳感器，探測(cè)地雷和其他埋藏物體可能會(huì)變得更加容易。

這是使用LAMBDIS的埋藏物體的振動(dòng)成像。(圖片來源：密西西比大學(xué)V. Aranchuk)

　　據(jù)外媒報(bào)道，2019年9月29日至10月3日，在奧地利維也納舉行的光學(xué)學(xué)會(huì)(OSA)激光大會(huì)上，來自美國密西西比大學(xué)的研究人員將報(bào)告一種新的激光振動(dòng)傳感器，被稱為激光多光束差分干涉?zhèn)鞲衅?LAMBDIS)。據(jù)報(bào)道，這種新設(shè)備比現(xiàn)有技術(shù)有了顯著的改進(jìn)，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)無法在旅途中進(jìn)行操作，并且在存在外部聲音或振動(dòng)源的情況下會(huì)失去準(zhǔn)確性，比如激光多普勒振動(dòng)計(jì)(LDV)。

　　目前，激光多普勒振動(dòng)計(jì)(LDV)結(jié)合地面激發(fā)的振動(dòng)已經(jīng)顯示出能夠檢測(cè)地雷和其他埋藏物體的前景，但是它們對(duì)環(huán)境振動(dòng)的敏感性要求它們必須在一個(gè)特殊的穩(wěn)定平臺(tái)上進(jìn)行操作。而LAMBDIS設(shè)備不但具有可比較的檢測(cè)能力，而且對(duì)運(yùn)動(dòng)的敏感性要小得多，因此它可以在移動(dòng)的車輛上使用。

　　首席研究員VyacheslavAranchuk博士說：“地雷的肆虐禍害對(duì)移動(dòng)車輛能夠快速準(zhǔn)確地審查大面積區(qū)域提出了重大的挑戰(zhàn)。我們的新設(shè)備通過使用一系列激光束工作，然后將獲取的信號(hào)組合起來以創(chuàng)建快速的檢測(cè)方案，能夠完美克服這個(gè)挑戰(zhàn)。另外。該方案也可以補(bǔ)償其他技術(shù)而引起的振動(dòng)和其他噪音影響。LAMBDIS測(cè)量振動(dòng)場(chǎng)具有高靈敏度，同時(shí)對(duì)物體或傳感器本身的整體運(yùn)動(dòng)具有低靈敏度，允許從移動(dòng)的車輛進(jìn)行操作。

　　沒有參考光束的測(cè)量

　　一般情況下，為了檢測(cè)埋藏的物體，LDV與揚(yáng)聲器的音頻源或機(jī)械振動(dòng)器的震源共同使用，聲音或地震波使地面振動(dòng)。如果探測(cè)器是靜止的而環(huán)境無振動(dòng)，LDV可以檢測(cè)出物體被埋藏的振動(dòng)模式的細(xì)微差別。

　　傳統(tǒng)LDV的操作從物體反射的光與LDV內(nèi)部的參考光束的干涉進(jìn)行對(duì)比，不過，LDV本身的運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致LDV信號(hào)明顯高于由物體振動(dòng)引起的信號(hào)，并且與其無法區(qū)分。

　　而在新的研究中，研究人員使用了30個(gè)激光束的線性陣列，這些激光束指向被詢問的區(qū)域。光學(xué)元件，包括接收器透鏡和剪切干涉儀，用于將從地面上不同點(diǎn)反射的光組合在光電探測(cè)器陣列(PDA)上，從而在PDA輸出上產(chǎn)生干擾信號(hào)。由于多普勒效應(yīng)，信號(hào)的頻率與照射點(diǎn)之間的振動(dòng)速度成比例，PDA信號(hào)的處理揭示了表面上的照射點(diǎn)之間的振動(dòng)。

　　“與LDV不同，LAMBDIS不使用內(nèi)部參考光束，而是通過使用從物體上不同點(diǎn)反射的光的干涉來檢測(cè)多普勒頻移，”Aranchuk說?！坝捎谌鄙賲⒖脊馐瑐鞲衅鬟\(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻率對(duì)于所有反射光束實(shí)際上是相同的，并且會(huì)自動(dòng)從干擾信號(hào)中減去。因此，LAMBDIS對(duì)傳感器運(yùn)動(dòng)的靈敏度本身非常低，同時(shí)對(duì)物體上各點(diǎn)之間的相對(duì)振動(dòng)具有高度敏感性。“

　　成功的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

　　研究人員報(bào)告說，LAMBDIS設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的各種條件下表現(xiàn)良好。LAMBDIS能夠探測(cè)到7.5米到20米之外的埋藏物體，也能探測(cè)到以每秒3.8米(每小時(shí)約8.5英里)行駛的車輛，其探測(cè)結(jié)果與穩(wěn)定的平臺(tái)式LDV相當(dāng)。研究人員使用機(jī)載LDV、地震聲源以及不同的掃描角度測(cè)試了LAMBDIS，表明該設(shè)備可以在各種現(xiàn)實(shí)條件下提供準(zhǔn)確的結(jié)果。

　　除了檢測(cè)地雷之外，LDV還常用于檢查汽車和飛機(jī)的零部件、評(píng)估橋梁和結(jié)構(gòu)振動(dòng)、校準(zhǔn)設(shè)備和研究材料、以及牙科和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用等。在環(huán)境噪音或運(yùn)動(dòng)等因素不能使用LDV設(shè)備的情況下，可以使用LAMBDIS設(shè)備，其結(jié)果也一樣準(zhǔn)確。