专利名称：地雷固有频率的声光测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及地雷探测技术领域，尤其是非金属地雷机械特性的声光检测装置及方法。
背景技术：
非金属地雷的安全、可靠探测一直是国际上的一个瓶颈难题。常用的金属探测器因是基于电磁感应原理只能探测金属地雷，对金属含量很少的塑料等非金属地雷探测效果较差。对于红外、探地雷达、X射线等成像技术，在探测机理上难以辨别掩埋物的类型；对于非成像技术，如中子分析，它通过检测材料的化学特性具有较强的鉴别能力，但系统特别复杂、检测信号过于微弱，尚处于应用可行性论证阶段。
基于地雷机械特性的声共振探雷技术展示了良好的探测前景，其中地雷固有频率是衡量地雷机械特性的一个重要参量。地雷的几何尺寸以及通常的埋藏深度，决定了地雷与其上方的埋藏土壤构成的谐振系统的共振频率在低频段，而地雷与其上方土壤构成出谐振系统在声波激励并发生共振的情况下，该共振频率与地雷的固有频率相等或接近。因此，通过检测系统的共振情况可测量地雷固有频率。目前缺少商用或专用的地雷固有频率测量装置，一个典型的地雷固有频率声光测量装置应包括声波发射系统、地雷掩埋装置和非接触振动信号检测系统。目前，在声波发射系统方面有商用产品，但缺少地雷掩埋装置的组合使用；在振动信号检测系统方面有专用设备，但检测光束入射到地面上时的反射率较低，难以进行地面振动的高灵敏度、有效的非接触检测。本发明正是针对这一关键技术进行展开的。
发明内容
本发明的目的在于克服目前尚无专用的地雷固有频率声光测量装置等方面的问题，提供一种非接触式地雷固有频率声光测量装置和测量方法，可实现对地雷固有频率的高精度、快速度的非接触测量。为达到上述目的，本发明采用下述技术方案
一种地雷固有频率的声光测量装置，包括信号发生器、声波发射系统、激光多普勒振动计、数据采集卡、计算机、地雷箱、土壤样品和小反射镜，所述信号发生器通过导线连接所述声波发射系统，所述激光多普勒振动计依次通过数据线连接所述数据采集卡和所述计算机，所述土壤样品装入所述地雷箱，在装入所述地雷箱中的所述土壤样品上放置所述小反射镜。—种地雷固有频率的声光测量方法，采用上述测量装置，本方法具体实施步骤为
(1)将声波发射系统的发声端口对准小反射镜位置；
(2)将激光多普勒振动计垂直对准小反射镜，发射出检测光束信号；
(3)通过信号发生器发出频率为f0的起始正弦波信号，由声波发射系统发出高强度的声波，在小反射镜位置激发出频率为A的振动信号；
(4)利用激光多普勒振动计检测小反射镜位置的振动信号，通过数据采集卡采集并传输到计算机中记录；
(5)将信号发生器发出的正弦声波信号频率增加1Hz，即发出正弦波信号的频率为(/o+l)，采取与步骤(3)_ (4)相同的步骤，记录该频率声波激励下小反射镜位置处的振动信号;
(6)重复步骤(5)的操作，将信号发生器(IOl)发出的正弦声波信号频率增加#Hz, N为大于I的自然数，记录至预设频率为(Α+ΛΟ时的小反射镜位置处的振动信号，并在所述计算机中求出并记录所测振动信号关于激发正弦波频率/^4+1、4+2、…、&+#的幅频特性曲线； (7)将地雷样品埋入土壤样品中，并将小反射镜放置在地雷样品正上方的土壤样品
上；
(8)保持声波发射系统的参数设置不变，采取与步骤(I)- (6)相同的步骤，测量并记录在埋有地雷情况下小反射镜位置的振动信号关于激发正弦波频率…、A+#的幅频特性曲线；
(9)将步骤(8)中求得的有地雷埋藏情况下的振动幅频特性曲线与步骤(6)中求得的无地雷埋藏情况下的振动幅频特性曲线的对应幅值求比值，得出该比值的幅频特性曲线；
(10)根据步骤(9)中求得的有、无地雷埋藏情况下振动幅值比值的幅频特性曲线，找出比值最大的幅值和对应的频率点，该最大比值对应的频率点即为所测量的地雷固有频率。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点将声波发射系统、地雷样品和地雷掩埋装置组合使用，解决了地雷共振的激发问题；在振动信号检测时利用了小反射镜，解决了基于激光多普勒振动计的振动信号检测系统的灵敏度提高问题。
图1是本发明的地雷固有频率声光测量装置结构示意 图2是地雷固有频率声光测量步骤框图。
具体实施例方式本发明的优选实施例结合附图论述如下
参见图1，一种地雷固有频率的声光测量装置，包括信号发生器101、声波发射系统102、激光多普勒振动计103、数据采集卡104、计算机105、地雷箱106、土壤样品107和小反射镜108，所述信号发生器101通过导线连接所述声波发射系统102，所述激光多普勒振动计103依次通过数据线连接所述数据采集卡104和所述计算机105，所述土壤样品107装入所述地雷箱106，在装入所述地雷箱106中的所述土壤样品107上放置所述小反射镜108。参见图1和图2，一种地雷固有频率的声光测量方法，采用上述测量装置，本方法具体实施步骤为
(1)将声波发射系统102的发声端口对准小反射镜108位置；
(2)将激光多普勒振动计103垂直对准小反射镜108，发射出检测光束信号；(3)通过信号发生器101发出频率为的起始正弦波信号，由声波发射系统102发出高强度的声波，在小反射镜108位置激发出频率为f0的振动信号；
(4)利用激光多普勒振动计104检测小反射镜108位置的振动信号，通过数据采集卡104采集并传输到计算机105中记录；
(5)将信号发生器101发出的正弦声波信号频率增加1Hz，即发出正弦波信号的频率为(/o+l)，采取与步骤(3)_ (4)相同的步骤，记录该频率声波激励下小反射镜108位置处的振动信号；
(6)重复步骤(5)的操作，将信号发生器(1 01)发出的正弦声波信号频率增加#Hz, N为大于I的自然数，记录至预设频率为(/ο+ΛΟ时的小反射镜108位置处的振动信号，并在所述计算机105中求出并记录所测振动信号关于激发正弦波频率…、Α+Λ/的幅频特性曲线；
(7)将地雷样品109埋入土壤样品107中，并将小反射镜108放置在地雷样品109正上方的土壤样品107上；
(8)保持声波发射系统102的参数设置不变，采取与步骤(I)- (6)相同的步骤，测量并记录在埋有地雷情况下小反射镜108位置的振动信号关于激发正弦波频率A、Z0+K/。+2、…、f0+N的幅频特性曲线；
(9)将步骤(8)中求得的有地雷埋藏情况下的振动幅频特性曲线与步骤(6)中求得的无地雷埋藏情况下的振动幅频特性曲线的对应幅值求比值，得出该比值的幅频特性曲线；
(10)根据步骤(9)中求得的有、无地雷埋藏情况下振动幅值比值的幅频特性曲线，找出比值最大的幅值和对应的频率点，该最大比值对应的频率点即为所测量的地雷固有频率。本实施例中用到的信号发生器101采用Tektronix公司生产的AFG3022任意波形/函数发生器，用到的声波发射系统102采用由Yamaha公司生产的MG8/2FX调音台、杭州声博电子科技有限公司生产的PA2000功率放大器和Soundking集团有限公司生产的JB215专业音箱构成的音响系统，地雷样品109采用69式反坦克塑料教练地雷，数据采集卡采用美国国家仪器(NI)有限公司生产的N1-PXI多通道数据采集系统，多普勒振动计采用德国Polytec公司生产的PDV-100激光多普勒振动计。
权利要求
1.一种地雷固有频率的声光测量装置，其特征在于，包括信号发生器(101)、声波发射系统(102)、激光多普勒振动计(103)、数据采集卡(104)、计算机(105)、地雷箱(106)、土壤样品(107)和小反射镜(108)，所述信号发生器(101)通过导线连接所述声波发射系统(102)，所述激光多普勒振动计(103)依次通过数据线连接所述数据采集卡(104)和所述计算机(105)，将所述土壤样品(107)装入所述地雷箱(106)内，在所述土壤样品(107)上放置所述小反射镜(108)。
2.一种地雷固有频率的声光测量方法，采用由权利要求1所述的测量装置，其特征在于，具体实施步骤为(1)将声波发射系统(102)的发声端口对准小反射镜(108)位置；(2)将激光多普勒振动计(103)垂直对准小反射镜(108)，发射出检测光束信号；(3)通过信号发生器(101)发出频率为的起始正弦波信号，由声波发射系统(102)发出高强度的声波，在小反射镜(108)位置激发出频率为的振动信号；(4)利用激光多普勒振动计(104)检测小反射镜(108)位置的振动信号，通过数据采集卡(104)采集并传输到计算机(105)中记录；(5)将信号发生器(101)发出的正弦声波信号频率增加1Hz，即发出正弦波信号的频率为(fo+l)，采取与步骤(3)- (4)相同的步骤，记录该频率声波激励下小反射镜(108)位置处的振动信号；(6)重复步骤(5)的操作，将信号发生器(101)发出的正弦声波信号频率增加#Hz,#为大于I的自然数，记录至预设频率为(fο+ΛΟ时的小反射镜(108)位置处的振动信号，并在所述计算机(105)中求出并记录所测振动信号关于激发正弦波频率-,Z0W的幅频特性曲线；(7)将地雷样品(109)埋入土壤样品(107)中，并将小反射镜(108)放置在地雷样品(109)正上方的土壤样品(107)上；(8)保持声波发射系统(102)的参数设置不变，采取与步骤(1)- (6)相同的步骤，测量并记录在埋有地雷情况下小反射镜(108)位置的振动信号关于激发正弦波频率/^4+1、f。+2、…、f0+N的幅频特性曲线；(9)将步骤(8)中求得的有地雷埋藏情况下的振动幅频特性曲线与步骤(6)中求得的无地雷埋藏情况下的振动幅频特性曲线的对应幅值求比值，得出该比值的幅频特性曲线；(10)根据步骤(9)中求得的有、无地雷埋藏情况下振动幅值比值的幅频特性曲线，找出比值最大的幅值和对应的频率点，该最大比值对应的频率点即为所测量的地雷固有频率。
全文摘要
本发明公开了一种地雷固有频率的声光测量装置，包括信号发生器、声波发射系统、激光多普勒振动计、数据采集卡、计算机、地雷箱、土壤样品和小反射镜，信号发生器通过导线连接声波发射系统，激光多普勒振动计依次通过数据线连接所述数据采集卡和计算机，土壤样品装入地雷箱，在装入地雷箱中的土壤样品上放置所述小反射镜。通过信号发生器发出连续扫频的低频声波，并通过激光多普勒振动计检测小反射镜上的振动信号，求出在有、无地雷样品掩埋情况下的振动信号的幅频特性曲线，并通过求比值的方法找出地雷的固有频率。本发明提供的地雷固有频率声光检测装置及方法能实现地雷固有频率的非接触式快速准确测量。
文档编号G01H9/00GK103017888SQ20121053232
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者王驰, 周瑜秋, 沈高炜, 吴文雯, 丁卫 申请人:上海大学