DE4004228A1 - Opto-thermo-akustische methode und vorrichtung zur fernortung von inhomogenitaeten - Google Patents

Opto-thermo-akustische methode und vorrichtung zur fernortung von inhomogenitaeten

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DE4004228A1
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Juval Dr Ing Mantel
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MANTEL, JUVAL, DR.-ING., 83088 KIEFERSFELDEN, DE
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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Description

Die Erfindung betrifft eine Ortungsmethode und -vorrichtung zum Orten von Inhomogenitäten bzw. fremden Körpern in Fest­ körpern wie dem Boden oder in Flüssigkeiten wie Schlamm. Akustische Mittel werden oft verwendet, um Inhomogenitäten in Medien festzustellen. In festen Körpern wird Ultra­ schall verwendet, um Materialdefekte aufzuspüren, und Unterwasser werden Sonare eingesetzt, um Schiffe und andere Gegenstände zu orten. In der Luft werden Sodar- Anlagen verwendet, um Reflexionen, z. B. von Wolken, zu untersuchen.
Ganz besonders bei flüssigen Medien und Festkörpern müssen die Schallgeber und Schallaufnehmer mit diesen Medien ver­ bunden werden. Sollten die Schallgeber bzw. die Schall­ aufnehmer in der Luft sein und sich Inhomogenitäten in darunter befindlichem Wasser oder Gewässern in festen Körpern oder in Böden befinden, die es festzustellen gilt, sind sehr aufwendige Geräte und sehr hohe Energien zu ver­ wenden, wobei auch die Eingangstiefe begrenzt ist. Der Grund hierfür ist sowohl der enorme Verlust, der beim Übergang von Luft zu flüssigen oder Fest-Körperphasen entsteht (und umgekehrt) entsteht, und die Problematik der Halligkeit und Geräuschkulissen in der Luftumgebung der Schallsender und -empfänger (Reflexionen von und zu den Böden und anderen Gegenständen). Methoden dieser Art sind aus der Literatur bekannt (siehe Mantel, P 25 48 041) .
Diese Problematik kann gelöst werden, wenn der Schall er­ findungsmäßig berührungslos im Festkörper bzw. in Flüs­ sigkeiten aus der Ferne erzeugt wird (1) und die Schall­ reflexionen (2) von der Inhomogenität (3) an einer Grenz­ fläche (meistens Oberfläche) des Festkörpers, z. B. Böden oder Wasser (z. B. Gewässer), mit Fernortungsmitteln fest­ gehalten werden.
Die Erfindung beruht darauf, daß Schall (4) im Boden er­ zeugt werden kann durch das sogenannte thermo-akustische Prinzip, indem stark konzentrierte Lichtimpulse (5), z. B. durch Laser (6) zur Schallerzeugung an die Oberfläche (7) des Festkörpers und der Flüssigkeit führen, wo das Laser­ licht auftrifft und dadurch, daß ein zweiter Effekt ge­ nutzt werden kann, nämlich der, daß Schall an Oberflächen mit der Bewegung dieser Oberflächen verbunden ist - einer Bewegung, die mit Hilfe des Meßsendelichts (9) und dessen Oberflächenreflexion (10) in optischen Velocimetern (8) festgestellt werden kann.
Wenn die Lichtquelle (z. B. Laser) in ihrer Intensität oder/und ihrer Dauer und/oder durch Code extern (11) oder intern moduliert wird, kann die Signalverarbeitung si­ cherer und das örtlich abgestrahlte Signal von diversen Orten an der Oberfläche schneller analysiert werden. Die Verarbeitung des Signals im Datenverarbeitungssystem (12), z. B. durch die Kreuzkorrelationsfunktionsmethode, kann eindimensional, oder bei Verwendung von weiteren Sensoren (13) (z. B. kapazitiven Sensoren oder Mikrofonen zur Fest­ stellung der Bodenoberflächenbewegung) mit der mehrdimen­ sionalen Korrelationstechnik durchgeführt werden, und es kann die Mustererkennungsmethode mit verwendet werden.

Claims (4)

1. Eine opto-thermo-akustische Methode und Vorrichtung zur Fernortung von Inhomogenitäten, insbesondere im Boden, durch Verwendung von Laserimpulsen zur Schallerzeugung an der Oberfläche (z. B. des Bodens) und Verwendung von optischen Velocimetern zur Aufnahme der Schall­ inhomogenitätenreflexionen bedingt durch Oberflächen­ schwingungen des mit optischen Velocimetern angeleuch­ teten Körpers.
2. Eine opto-thermo-akustische Methode und Vorrichtung zur Fernortung von Inhomogenitäten, insbesondere im Boden, nach Anspruch 1 oben mit Amplituden- bzw. Dauer- oder anderer Modulation der stark gebündelten Lichtquelle (Laser), zur Be­ schleunigung der Auswertung der Signale und zur Ver­ besserung des Rauschabstands des Signals.
3. Eine opto-thermo-akustische Methode und Vorrichtung zur Fernortung von Inhomogenitäten, insbesondere im Boden, nach den Ansprüchen 1 und 2 oben, jedoch durch Verwendung von weiteren Sensoren zur Ortung des Schalls, z. B. kapazitiver Sonden die die oberflächenbedingten Schwingungen aufnehmen. Dies erfolgt, um ein sichereres und besseres Rausch­ verhältnis bei der Signalverarbeitung zu erzielen.
4. Eine opto-thermo-akustische Methode und Vorrichtung zur Fernortung von Inhomogenitäten, insbesondere im Boden, nach den Ansprüchen 1 bis 3, jedoch durch Verwendung von Signalverarbeitungsmetho­ den, die angepaßt sind, z. B. der ein- oder mehrdi­ mentionalen Kreuzkorrelationsfunktionstechnik oder Mustererkennung.
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