使用 LAMBDIS 對(duì)埋藏物體進(jìn)行振動(dòng)成像。圖片來源：V. Aranchuk，大學(xué)密西西比州

探測埋藏物體可能是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性和緩慢的過程。從移動(dòng)的車輛上檢測它們會(huì)使過程更快，但會(huì)犧牲準(zhǔn)確性。

在 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，美國密西西比大學(xué)的研究人員將報(bào)告一種新型基于激光的傳感器，即使探測器處于運(yùn)動(dòng)。這種新設(shè)備對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了重大改進(jìn)，現(xiàn)有技術(shù)無法在旅途中操作，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。

激光多普勒測振儀 (LDV) 與地面激發(fā)的振動(dòng)相結(jié)合，已顯示出探測埋藏物體的前景，但它們對(duì)環(huán)境振動(dòng)的敏感性意味著它們必須在特殊的穩(wěn)定平臺(tái)上運(yùn)行。該設(shè)備稱為激光多光束差分干涉?zhèn)鞲衅?(LAMBDIS)，提供類似的檢測能力，但對(duì)運(yùn)動(dòng)的敏感度要低得多，因此可以在移動(dòng)的車輛上使用。

首席研究員維亞切斯拉夫·阿蘭丘克 (Vyacheslav Aranchuk) 博士說：“揮之不去的埋藏物體對(duì)從移動(dòng)車輛中快速準(zhǔn)確地審問大片區(qū)域提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)�！� “我們的新設(shè)備通過使用一系列激光束，然后組合它們的信號(hào)來創(chuàng)建一個(gè)快速檢測方案，該方案也足夠強(qiáng)大，可以補(bǔ)償可能壓倒其他技術(shù)的運(yùn)動(dòng)和其他‘噪音’，從而克服了這一挑戰(zhàn)。LAMBDIS 提供了測量具有高靈敏度的振動(dòng)場，同時(shí)對(duì)物體的整個(gè)身體運(yùn)動(dòng)或傳感器本身的靈敏度低，允許從移動(dòng)的車輛上進(jìn)行操作。”

沒有參考光束的測量

為了探測埋藏物體，LDV 與揚(yáng)聲器等音頻源或機(jī)械振動(dòng)器等地震源結(jié)合使用。聲波或地震波引起地面振動(dòng)。LDV 可以檢測埋藏物體的振動(dòng)模式的細(xì)微差異，前提是檢測器是靜止的并且環(huán)境足夠無振動(dòng)。

傳統(tǒng) LDV 的操作基于從物體反射的光與 LDV 內(nèi)部參考光束的干涉。因此，LDV 本身的運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致 LDV 信號(hào)明顯高于物體振動(dòng)引起的信號(hào)，并且無法區(qū)分。

在這項(xiàng)新工作中，研究人員使用了一個(gè)由 30 束激光束組成的線性陣列，這些激光束直射到被詢問的區(qū)域。

光學(xué)元件（包括接收器透鏡和剪切干涉儀）用于將從地面不同點(diǎn)反射的光組合到光電探測器陣列 (PDA) 上，從而在 PDA 輸出上產(chǎn)生干涉信號(hào)。由于多普勒效應(yīng)，信號(hào)的頻率與照明點(diǎn)之間的振動(dòng)速度成正比。PDA 信號(hào)的處理揭示了表面上照明點(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不同點(diǎn)反射的光的干涉來檢測多普勒頻移，”Aranchuk 說�！坝捎跊]有參考光束，傳感器運(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)的靈敏度非常低本身，同時(shí)對(duì)物體上點(diǎn)之間的相對(duì)振動(dòng)具有很高的敏感性�！�

成功的現(xiàn)場測試

研究人員報(bào)告說，LAMBDIS 設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場測試的各種條件下都表現(xiàn)良好。LAMBDIS 能夠檢測到 7.5 米到 20 米外的埋藏物體，并且距離以每秒 3.8 米（約每小時(shí) 8.5 英里）的速度行駛的車輛，其結(jié)果與安裝在穩(wěn)定平臺(tái)上的 LDV 相當(dāng)。研究人員使用機(jī)載聲源和地震聲源以及不同的掃描角度對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了測試，表明該設(shè)備可以在各種實(shí)際條件下提供準(zhǔn)確的結(jié)果。

除了探測埋藏物體，LDV 通常用于檢查汽車和飛機(jī)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。在環(huán)境噪聲或移動(dòng)阻礙 LDV 設(shè)備使用的情況下，LAMBDIS 可以使此類應(yīng)用受益。