新的振动传感器检测移动车辆中的埋藏物体

使用 LAMBDIS 对埋藏物体进行振动成像。图片来源：V. Aranchuk，大学密西西比州

探测埋藏物体可能是一个具有挑战性和缓慢的过程。从移动的车辆上检测它们会使过程更快，但会牺牲准确性。

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，美国密西西比大学的研究人员将报告一种新型基于激光的传感器，即使探测器处于运动。这种新设备对现有技术进行了重大改进，现有技术无法在旅途中操作，并且在存在外部声音或振动源的情况下会失去准确性。

激光多普勒测振仪 (LDV) 与地面激发的振动相结合，已显示出探测埋藏物体的前景，但它们对环境振动的敏感性意味着它们必须在特殊的稳定平台上运行。该设备称为激光多光束差分干涉传感器 (LAMBDIS)，提供类似的检测能力，但对运动的敏感度要低得多，因此可以在移动的车辆上使用。

首席研究员维亚切斯拉夫·阿兰丘克 (Vyacheslav Aranchuk) 博士说：“挥之不去的埋藏物体对从移动车辆中快速准确地审问大片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，然后组合它们的信号来创建一个快速检测方案，该方案也足够强大，可以补偿可能压倒其他技术的运动和其他‘噪音’，从而克服了这一挑战。LAMBDIS 提供了测量具有高灵敏度的振动场，同时对物体的整个身体运动或传感器本身的灵敏度低，允许从移动的车辆上进行操作。”

没有参考光束的测量

为了探测埋藏物体，LDV 与扬声器等音频源或机械振动器等地震源结合使用。声波或地震波引起地面振动。LDV 可以检测埋藏物体的振动模式的细微差异，前提是检测器是静止的并且环境足够无振动。

传统 LDV 的操作基于从物体反射的光与 LDV 内部参考光束的干涉。因此，LDV 本身的运动会导致 LDV 信号明显高于物体振动引起的信号，并且无法区分。

在这项新工作中，研究人员使用了一个由 30 束激光束组成的线性阵列，这些激光束直射到被询问的区域。

光学元件（包括接收器透镜和剪切干涉仪）用于将从地面不同点反射的光组合到光电探测器阵列 (PDA) 上，从而在 PDA 输出上产生干涉信号。由于多普勒效应，信号的频率与照明点之间的振动速度成正比。PDA 信号的处理揭示了表面上照明点之间的振动。

“与 LDV 不同，LAMBDIS 不使用内部参考光束，而是通过使用从物体不同点反射的光的干涉来检测多普勒频移，”Aranchuk 说。“由于没有参考光束，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，同时对物体上点之间的相对振动具有很高的敏感性。”

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都表现良好。LAMBDIS 能够检测到 7.5 米到 20 米外的埋藏物体，并且距离以每秒 3.8 米（约每小时 8.5 英里）的速度行驶的车辆，其结果与安装在稳定平台上的 LDV 相当。研究人员使用机载声源和地震声源以及不同的扫描角度对该设备进行了测试，表明该设备可以在各种实际条件下提供准确的结果。

除了探测埋藏物体，LDV 通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。在环境噪声或移动阻碍 LDV 设备使用的情况下，LAMBDIS 可以使此类应用受益。

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