声-地震耦合探测中亥姆霍兹共振声通道的设计分析

在声波共振探雷作业中,音箱作为声激励装置需要保持长时间高功率的运作,这使其使用寿命大打折扣。利用亥姆霍兹共振原理,设计了一种应用于探雷声激励扬声器的声通道结构,建立了电磁-机械-声学三物理场耦合仿真模型,仿真和实验测试结果均证明,设计的声通道结构能在保证探雷实验声激励强度的前提下,减小扬声器47.5%的输入电压,或在同等10.1 V输入电压下提高5~6 dB的声压级,为后续声通道的优化设计提供理论支撑,为改进型探测系统开展声-地震耦合与探测实验、验证声通道在提高声-地震耦合效果方面的有效性提供了可行性。

基于相对声-地震耦合率的声波探雷技术

为了分析基于相对声-地震耦合率法探测地雷的理论模型,设计了一个声波探雷实验系统.根据声-地震耦合原理,用解析法研究土壤-地雷共振机制;采用扬声器发出可扫频的单音正弦波穿透到地下土壤,作为系统信号激励源;并用声级计和地震检波器串分别测出地表处的声压级及地表振动速度;画出有无地雷时的相对声-地震耦合率的变化曲线.实验结果显示,在给定实验条件下该相对比值在很宽的频率范围内都大于1,最大峰值能达到16.现场实验证明了该实验系统能有效完成测量任务,利用所提的相对声-地震耦合率法可进行地雷探测的进一步研究.

用于非金属地雷探测的声-地震耦合识别方法

研究了用于非金属地雷探测的声-地震耦合识别方法。介绍了基于声-地震耦合的声共振探雷技术的基本原理,讨论了如何利用声学参量表征地雷的机械特征以及综合利用声波共振和反共振的作用。设计了车载式声波探雷实验系统,测量了埋藏地雷时的地表振动速度。最后,根据扫描探测结果,研究了地雷的声学振动特征。结果显示:埋藏有地雷的位置会呈现振动特征的明显凸起,在给定实验条件下,地雷中心振动强度是无雷区域的15倍,利用提高信噪比的方法还可使该值提高到20倍。实验表明:基于地雷振动强度和扫描探测的方法可研究地雷掩埋位置的振动特征,而且所设计的实验系统具有操作简便、成本较低的优点。

一种基于声-地震耦合的室内声波探雷实验系统

为了研究声波探雷机理,设计了一个基于声-地震耦合原理的室内声波探雷实验系统.首先,简述声波探雷技术的基本原理;然后,详细介绍室内声波探雷实验系统的硬件组成及实验方案;最后,用一种反坦克塑料教练地雷进行实验,重点讨论实验系统的可重复性.实验结果显示,在相同实验条件下,测得的3条地表振动曲线基本重合,表明所设计的实验系统的可重复性良好,满足测试要求,可用于实验室条件下声波探雷机理的研究.

掩埋物对声-地震耦合效率的影响

为验证声共振探雷模型对地雷的鉴别能力,研究了不同掩埋物对声-地震耦合效率的影响.首先,简述声波共振技术探测地雷的基本原理及其实验系统;其次,检测在没有埋藏物、埋藏地雷及埋藏砖头3种情况下声波激发的地表振动速度的幅频特性曲线;最后,用有无掩埋物地表振动速度相对值的数据处理方法分析地雷对地表振动的影响.研究结果显示,埋藏地雷与没有埋藏物的地表振动速度的比值在很宽的频带内大于1,地雷能引起地表振动状态的明显变化.表明掩埋地雷能提高声-地震耦合效率,声共振探雷模型具有较强的地雷鉴别能力.

用于声-地震耦合探雷的激光测振技术研究进展

基于地雷独特机械特性和声-地震耦合原理的声-地震耦合探雷技术,在埋设地雷的安全有效探测方面具有广阔的应用前景,但针对实用工程探雷系统的研究还需要做大量工作。其中,声波耦合的地表振动信号非常微弱复杂,如何对其进行精确快速测量是一个关键难题。本文在声-地震耦合探雷技术原理的基础上,对地表振动的非接触激光测量技术(包括激光多普勒干涉技术、电子散斑干涉技术和激光自混合干涉技术)进行综述分析,并分析了电子剪切散斑干涉技术用于声-地震耦合探雷的可行性。

声-地震耦合测试实验系统

设计一个基于地震检波器串的地表振动测量实验系统，分析声-地震耦合现象对地表振动速度的影响机理。采用大功率音箱作为信号源，发出单频可调的声波耦合到地下；在土层深度、功放增益以及音箱喇叭高度一定的情况下，采用地震检波器串测量地表振动速度，并对其进行功率谱分析。实验表明，功率谱幅值曲线在147Hz和170Hz出现固定峰值，符合相长干涉原理。该系统满足测试要求，可用于声-地震耦合现象及声波探雷实验的进一步研究。

柔性浅埋物的声-振智能探测

提出一种基于目标检测算法的柔性浅埋物的声-振智能探测方法,将声波激励、激光散斑干涉测振和目标检测算法有机结合,用以柔性浅埋物的大范围快速探测。在论述YOLO系列目标检测算法原理的基础上,选择并优化柔性浅埋物的智能探测网络模型;然后,搭建声-光融合智能探测系统,构建不同柔性浅埋物的激光散斑干涉条纹图数据集;最后,对数据集进行训练和测试,验证该算法用于干涉条纹图识别的可行性。实验结果表明:在给定实验条件下,柔性浅埋物智能探测网络模型的精确率为98.39%,召回率为84.72%,平均识别精度为99.66%。该声-振智能探测方法可以在给定实验环境下对多种柔性浅埋物的激光散斑干涉条纹图进行智能识别,适用于浅层地下柔性掩埋物的大面积快速探测。

基于声参量阵的声-地震耦合探雷技术分析

构建了基于声参量阵的声-地震耦合探雷测试系统,研究了声参量阵在声波探雷技术中的应用方法。在论述声-地震耦合探雷理论的基础上,利用声参量阵作为声波能量源激励地表土壤振动,利用加速度计进行地表振动的检测,构建了地表振动在不同类型地雷和埋藏土壤条件下的三维特征图。实验结果显示,地雷上方土壤的声-地震耦合效率明显优于砖块等干扰物,并且受埋设地雷类型及周围土壤条件的影响,表明声参量阵可用于声波探雷工程系统的进一步研究。

声波探雷及其信号处理方法

为了研究声波探雷机理,设计一个基于声-地震耦合的实验系统,并用曲线拟合的方法研究了复杂的测试信号变化规律。简述了声-地震耦合基本原理,分析了土壤-地雷系统的共振作用;然后,分别用扬声器和地震检波器串激发和接收地表振动;最后,采用平均值算法进行地表振动速度曲线拟合,并解释实验现象。结果显示,有地雷的地表振动速度与无雷的比值在很宽的频带内都>1,其峰值达24。表明地雷能引起地表振动的明显变化,所提出的实验系统及曲线拟合方法可用于声波探雷信号的进一步研究。

等效电路分析法在声波探雷谐振模型研究中的应用

利用等效电路的分析方法,定量研究声共振探雷模型的谐振机理。在论述声-地震耦合以及声共振探雷集中参数系统模型的基础上,根据机械振动与电路分析的等效原理,建立声共振探雷模型的等效电路系统模型,并用Multisim软件进行仿真分析。结果显示:在给定的参数条件下,仿真得到的共振频率和反共振频率分别为157 Hz和503 Hz,与实验测得的共振频率150 Hz和反共振频率513 Hz基本吻合。表明等效电路分析方法是定量研究声共振探雷模型谐振机理的一个有效手段,Multisim软件为研究地雷和土壤参数条件复杂变化情况下的声波探雷技术提供了一种灵活的工具。

虚拟仪器在声波激发的地表振动检测系统中的应用

设计一个声波激发的地表振动检测系统,用基于Labview的软件平台实现数据的采集与处理。用扬声器发出扫频的正弦声波激励地表产生地表振动,并用地震检波器接收地表振动速度信号,通过NI 5112数字化仪传送到计算机,在Labview环境下进行滤波、频谱分析、波形显示与数据存储等处理。实验结果显示,该系统能有效完成测量任务,可用于声-地震耦合现象的进一步研究。

地雷埋藏深度对声波激发的地表振动影响的实验研究

构建实验系统,研究地雷埋藏深度对声波激发的地表振动的影响。首先,简述声-地震耦合及其在地雷探测应用中的基本原理;其次,描述声波探雷实验系统及实验方案;最后,检测在没有埋藏物以及地雷埋藏深度在9 cm、11 cm和13 cm时声波激发的地表振动速度的幅频特性曲线。实验结果显示,有雷和无雷的地表振动速度比值的幅频特性曲线在120、210、420、450、550Hz存在明显大于1的极大值点,显示出土壤-地雷系统多模态共振的特征,而且共振强度随着埋藏深度的增加而减弱。

激光自混合测振技术在声共振探雷实验中的应用

利用激光自混合干涉测振技术,研究一种非接触式声共振探雷方法。在论述激光自混合测振技术原理的基础上,以69式防坦克塑壳地雷、72式防坦克金属地雷、58式防步兵橡胶地雷和砖块作为测量对象,构建其声学特征测量实验系统,设计并搭建地雷在埋设情况下的探测实验系统,利用激光自混合测振技术研究不同类型埋设地雷及同一地雷在不同埋深和土壤条件下的声振特性。实验结果显示,地雷在外界激励下表现出独特的多模态振动特性,在不同埋设条件下表现出不同的声振特征,地表振动强度随着深度的增加和土壤孔隙度的减小而减小,而对土壤湿度的变化不明显。利用激光自混合测振技术可进行地雷振动特征的非接触式检测,埋设地雷的声振特征不同于砖块等干扰物,与地雷的类型及埋设条件有关。

用非饱和三相孔弹模型研究浅层土壤中地震波的传播特性

研究浅层土壤中声波耦合的地震波的传播特性,用于声波探雷技术的机理分析.根据浅层土壤具有孔隙度和可压缩性的特点,利用非饱和三相孔隙介质中的地震波模型,研究了土壤孔隙度、含水饱和度等参数对地震波传播特性的影响.计算结果显示:在给定的参数条件下,地震波的传播速度和衰减系数均随频率的增加而增加;纵波的传播速度随孔隙度的增加而减小,横波的传播速度随孔隙度的增加而增加;地震波的传播特性随含水饱和度的增加变化比较复杂.通过对计算结果与已发表实验结果的比较分析,讨论了解析方法的可行性,为声-地震耦合机理及其在声波探雷研究中的应用提供了一定的理论基础.