CN103995282A - 地雷谐振强度测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地雷谐振强度测量装置，包括双通道信号发生器、功率可调的声发射单元、声级计、高精度地表振动检测单元、多通道数据采集卡和计算机；一种地雷谐振强度测量方法，采用上述测量装置，具体实施步骤为：1）检测并计算在无地雷情况下地表振动速度幅频特性曲线；2）检测并计算在有地雷情况下地表振动速度幅频特性曲线；3）对上述步骤的两条曲线求比值，得到有、无地雷地表振动速度相对值的幅频特性曲线；4）对测量并计算所得的幅频特性曲线进行频域上的面积积分，即得有地雷情况下待测地表位置处的地雷谐振强度。本发明测量装置和测量方法能实现地雷谐振强度的高精度、快速测量。
Description
技术领域
本发明涉及浅层地下柔性掩埋物的探测技术领域，尤其是一种地雷谐振强度测量装置及测量方法，是声波探测非金属地雷研究中地雷对声波激发的地表振动影响的测量装置及方法。
背景技术
迄今为止，塑料等非金属地雷的安全、可靠探测仍是一个世界性难题。惯用的金属探雷器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的探测效果很差。对基于红外、探地雷达、X射线等成像技术，在探测机理上难以区分出埋藏物为地雷还是岩石、砖头或其它碎片；对于中子分析、生物探雷（如探雷蜜蜂、探雷狗和探雷草等）等非成像技术，尚处于探索或应用可行性论证阶段。
基于地雷机械特性和声-地震耦合原理的声共振探测技术具有潜在的应用前景。地雷由雷体、气腔和引信等构成，具有相比埋藏其中的土壤有更高的声顺或柔性，能与其上方的土壤构成“质量-弹簧”谐振系统，在声波激励下会发生谐振作用，致使地表的振动状态发生异常的变化，通过检测地表振动状态的变化，可进一步判断地雷的存在性。地雷谐振强度是表征地雷共振作用对声波激发的地表振动影响大小的一个参数，它表示有、无地雷掩埋情况下地表振动速度的比值的幅频特性曲线在频域上的面积积分值，该值体现了地雷的机械特性以及对声波激发的地表振动状态的影响程度。测量地雷谐振强度是研究声共振探雷技术的重要内容。
一个典型的地雷谐振强度测量装置包括声波发射系统、声压级检测系统和地表振动速度检测系统，而目前尚无专用的快速、高精度测量装置及测量方法，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的声波探雷技术不能有效地高精度测量地雷谐振强度的问题，提供一种地雷谐振强度测量装置及测量方法，实现对地雷谐振强度的高精度、快速测量。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种地雷谐振强度测量装置，包括双通道信号发生器、第一功率可调的声发射单元、第二功率可调的声发射单元、第一声级计、第二声级计、高精度地表振动检测单元、多通道数据采集卡和计算机；所述双通道信号发生器通过数据线连接所述第一功率可调的声发射单元和第二功率可调的声发射单元，构成的声波发射系统；所述第一声级计和第二声级计分别通过数据线依次连接所述多通道数据采集卡和所述计算机，构成的声压级检测系统；所述高精度地表振动检测单元通过数据线依次连接所述多通道数据采集卡和所述计算机，构成的地表振动检测系统。
一种地雷谐振强度测量方法，采用上述的测量装置，检测并计算在有、无地雷情况下地表振动速度幅频特性曲线，其具体步骤如下：
1）将所述声波发射系统的所述第一功率可调的声发射单元的发声端口对准地下有地雷的第一待测地表位置，将声波发射系统的所述第二功率可调的声发射单元的发声端口对准地下无地雷的第二待测地表位置；
2）将所述声压级检测系统的所述第一声级计和所述第二声级计分别放置于所述地下有地雷的第一待测地表位置和所述地下无地雷的第二待测地表位置，所述第一声级计和所述第二声级计具有相同的性能，并将其参数设置一致；
3）将所述双通道信号发生器发出频率为f 0的起始正弦波信号，通过所述第一功率可调的声发射单元和所述第二功率可调的声发射单元放大功率后发出高强度正弦声波，调整并将所述第一功率可调的声发射单元的发声端口相对地下有地雷的第一待测地表位置的方位与所述第二功率可调的声发射单元的发声端口相对地下无地雷的第二待测地表位置的方位相同，调整并将所述第一功率可调的声发射单元和所述第二功率可调的声发射单元的输入-输出功率增益设置相同，使所述声压级检测系统的所述第一声级计和所述第二声级计分别测得的所述地下有地雷的第一待测地表位置和所述地下无地雷的第二待测地表位置的声压级相同，并通过所述声压级检测系统的所述多通道数据采集卡和所述计算机采集、显示和记录；
4）利用所述地表振动检测系统测量所述地下有地雷的第一待测地表位置的地表振动速度和所述地下无地雷的第二待测地表位置的地表振动速度，并由所述地表振动检测系统的所述计算机记录；
5）使所述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（f 0+1），采取与步骤3）至4）相同的步骤，记录该频率声波激励下所述地下有地雷的第一待测地表位置的地表振动速度和所述地下无地雷的第二待测地表位置的地表振动速度，并由所述地表振动检测系统的所述计算机记录；
6）重复步骤5）的操作，记录至预设频率为（f 0+N）时的所述地下有地雷的第一待测地表位置的地表振动速度和所述地下无地雷的第二待测地表位置的地表振动速度，由所述地表振动检测系统的所述计算机记录，其中N为自然数；
7）在所述计算机中求出并记录所测的所述地下有地雷的第一待测地表位置的地表振动速度和所述地下无地雷的第二待测地表位置的地表振动速度关于激发正弦波频率f 0、f 0+1、f 0+2、…、f 0+N的幅频特性曲线；
8）对所求的所述地下有地雷的第一待测地表位置的地表振动速度的幅频特性曲线和所述地下无地雷的第二待测地表位置的地表振动速度的幅频特性曲线求比值，得到有、无地雷情况下地表振动速度相对值的幅频特性曲线；
9）对步骤8）测量并计算所得的幅频特性曲线进行频域上的面积积分，即得有地雷情况下所述第一待测地表位置处的地雷谐振强度。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
本发明是声波探测非金属地雷研究中地雷对声波激发的地表振动影响的测量装置及方法，能实现地雷谐振强度的高精度、快速测量。
附图说明 图1是本发明的地雷谐振强度测量装置结构示意图。
图2是地雷谐振强度测量方法实施步骤框图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图论述如下：
如图1所示，一种地雷谐振强度测量装置，包括双通道信号发生器101、第一功率可调的声发射单元102、第二功率可调的声发射单元103、第一声级计104、第二声级计105、高精度地表振动检测单元106、多通道数据采集卡107和计算机108；所述双通道信号发生器101通过数据线连接所述第一功率可调的声发射单元102和第二功率可调的声发射单元103，构成的声波发射系统；所述第一声级计104和第二声级计105分别通过数据线依次连接所述多通道数据采集卡107和所述计算机108，构成的声压级检测系统；所述高精度地表振动检测单元106通过数据线依次连接所述多通道数据采集卡107和所述计算机108，构成的地表振动检测系统。
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，第一功率可调的声发射单元102和第二功率可调的声发射单元103采用调音台、功率放大器和扬声器组成的音响系统，调音台采用Yamaha公司生产的MG8/2FX调音台，功率放大器采用杭州声博电子科技有限公司生产的PA2000功率放大器，扬声器采用Soundking集团有限公司生产的JB215专业音箱，高精度地表振动检测单元106采用德国Polytec公司生产的PDV-100激光多普勒振动计，用到的数据采集卡107采用美国国家仪器NI有限公司生产的NI-5112数字化仪。多通道数据采集卡107采用美国国家仪器NI有限公司生产的NI-PXI多通道数据采集系统。
参见图2，一种地雷谐振强度测量方法，采用上述的测量装置，检测并计算在有、无地雷情况下地表振动速度幅频特性曲线，其具体步骤如下：
1）将所述声波发射系统的所述第一功率可调的声发射单元102的发声端口对准地下有地雷109的第一待测地表位置110，将声波发射系统的所述第二功率可调的声发射单元103的发声端口对准地下无地雷的第二待测地表位置111；
2）将所述声压级检测系统的所述第一声级计104和所述第二声级计105分别放置于所述地下有地雷109的第一待测地表位置110和所述地下无地雷的第二待测地表位置111，所述第一声级计104和所述第二声级计105具有相同的性能，并将其参数设置一致；
3）将所述双通道信号发生器101发出频率为f 0的起始正弦波信号，通过所述第一功率可调的声发射单元102和所述第二功率可调的声发射单元103放大功率后发出高强度正弦声波，调整并将所述第一功率可调的声发射单元102的发声端口相对地下有地雷109的第一待测地表位置110的方位与所述第二功率可调的声发射单元103的发声端口相对地下无地雷的第二待测地表位置111的方位相同，调整并将所述第一功率可调的声发射单元102和所述第二功率可调的声发射单元103的输入-输出功率增益设置相同，使所述声压级检测系统的所述第一声级计104和所述第二声级计105分别测得的所述地下有地雷109的第一待测地表位置110和所述地下无地雷的第二待测地表位置111的声压级相同，并通过所述声压级检测系统的所述多通道数据采集卡107和所述计算机108采集、显示和记录；
4）利用所述地表振动检测系统测量所述地下有地雷109的第一待测地表位置110的地表振动速度和所述地下无地雷的第二待测地表位置111的地表振动速度，并由所述地表振动检测系统的所述计算机108记录；
5）使所述信号发生器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（f 0+1），采取与步骤3）至4）相同的步骤，记录该频率声波激励下所述地下有地雷109的第一待测地表位置110的地表振动速度和所述地下无地雷的第二待测地表位置111的地表振动速度，并由所述地表振动检测系统的所述计算机108记录；
6）重复步骤5）的操作，记录至预设频率为（f 0+N）时的所述地下有地雷109的第一待测地表位置110的地表振动速度和所述地下无地雷的第二待测地表位置111的地表振动速度，由所述地表振动检测系统的所述计算机108记录，其中N为自然数；
7）在所述计算机108中求出并记录所测的所述地下有地雷109的第一待测地表位置110的地表振动速度和所述地下无地雷的第二待测地表位置111的地表振动速度关于激发正弦波频率f 0、f 0+1、f 0+2、…、f 0+N的幅频特性曲线；
8）对所求的所述地下有地雷109的第一待测地表位置110的地表振动速度的幅频特性曲线和所述地下无地雷的第二待测地表位置111的地表振动速度的幅频特性曲线求比值，得到有、无地雷情况下地表振动速度相对值的幅频特性曲线；
9）对步骤8）测量并计算所得的幅频特性曲线进行频域上的面积积分，即得有地雷109情况下所述第一待测地表位置110处的地雷谐振强度。
Claims (2)
1.一种地雷谐振强度测量装置，其特征在于，包括双通道信号发生器（101）、第一功率可调的声发射单元（102）、第二功率可调的声发射单元（103）、第一声级计（104）、第二声级计（105）、高精度地表振动检测单元（106）、多通道数据采集卡（107）和计算机（108）；所述双通道信号发生器（101）通过数据线连接所述第一功率可调的声发射单元（102）和第二功率可调的声发射单元（103），构成的声波发射系统；所述第一声级计（104）和第二声级计（105）分别通过数据线依次连接所述多通道数据采集卡（107）和所述计算机（108），构成的声压级检测系统；所述高精度地表振动检测单元（106）通过数据线依次连接所述多通道数据采集卡（107）和所述计算机（108），构成的地表振动检测系统。
2.一种地雷谐振强度测量方法，采用权利要求1所述的测量装置，其特征在于，检测并计算在有、无地雷情况下地表振动速度幅频特性曲线，其具体步骤如下：
1）将所述声波发射系统的所述第一功率可调的声发射单元（102）的发声端口对准地下有地雷（109）的第一待测地表位置（110），将声波发射系统的所述第二功率可调的声发射单元（103）的发声端口对准地下无地雷的第二待测地表位置（111）；
2）将所述声压级检测系统的所述第一声级计（104）和所述第二声级计（105）分别放置于所述地下有地雷（109）的第一待测地表位置（110）和所述地下无地雷的第二待测地表位置（111），所述第一声级计（104）和所述第二声级计（105）具有相同的性能，并将其参数设置一致；
3）将所述双通道信号发生器（101）发出频率为f 0的起始正弦波信号，通过所述第一功率可调的声发射单元（102）和所述第二功率可调的声发射单元（103）放大功率后发出高强度正弦声波，调整并将所述第一功率可调的声发射单元（102）的发声端口相对地下有地雷（109）的第一待测地表位置（110）的方位与所述第二功率可调的声发射单元（103）的发声端口相对地下无地雷的第二待测地表位置（111）的方位相同，调整并将所述第一功率可调的声发射单元（102）和所述第二功率可调的声发射单元（103）的输入-输出功率增益设置相同，使所述声压级检测系统的所述第一声级计（104）和所述第二声级计（105）分别测得的所述地下有地雷（109）的第一待测地表位置（110）和所述地下无地雷的第二待测地表位置（111）的声压级相同，并通过所述声压级检测系统的所述多通道数据采集卡（107）和所述计算机（108）采集、显示和记录；
4）利用所述地表振动检测系统测量所述地下有地雷（109）的第一待测地表位置（110）的地表振动速度和所述地下无地雷的第二待测地表位置（111）的地表振动速度，并由所述地表振动检测系统的所述计算机（108）记录；
5）使所述信号发生器（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（f 0+1），采取与步骤3）至4）相同的步骤，记录该频率声波激励下所述地下有地雷（109）的第一待测地表位置（110）的地表振动速度和所述地下无地雷的第二待测地表位置（111）的地表振动速度，并由所述地表振动检测系统的所述计算机（108）记录；
6）重复步骤5）的操作，记录至预设频率为（f 0+N）时的所述地下有地雷（109）的第一待测地表位置（110）的地表振动速度和所述地下无地雷的第二待测地表位置（111）的地表振动速度，由所述地表振动检测系统的所述计算机（108）记录，其中N为自然数；
7）在所述计算机（108）中求出并记录所测的所述地下有地雷（109）的第一待测地表位置（110）的地表振动速度和所述地下无地雷的第二待测地表位置（111）的地表振动速度关于激发正弦波频率f 0、f 0+1、f 0+2、…、f 0+N的幅频特性曲线；
8）对所求的所述地下有地雷（109）的第一待测地表位置（110）的地表振动速度的幅频特性曲线和所述地下无地雷的第二待测地表位置（111）的地表振动速度的幅频特性曲线求比值，得到有、无地雷情况下地表振动速度相对值的幅频特性曲线；
9）对步骤8）测量并计算所得的幅频特性曲线进行频域上的面积积分，即得有地雷（109）情况下所述第一待测地表位置（110）处的地雷谐振强度。
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