[发明专利]一种地雷谐振强度测量装置及测量方法

说明书

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的共振与反共振作用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。声-地震耦合是指当频率在1kHz以下的低频声波由空气入射到地表时，能激发出快纵波、慢纵波和横波等多种成分的地震波。在声波耦合的地震波的作用下，“土壤-地雷”构成的“质量-弹簧”谐振系统会发生复杂的共振与反共振现象，这种共振和反共振分别会增强和减弱声波激发的地表振动，表现为有、无地雷埋藏时的地表振动速度的比值分别大于1和小于1。目前的声共振探雷装置缺乏对地雷反共振作用机理的利用，致使其谐振强度不足以充分体现地雷的机械特征，以致在机理上限制了声波探雷系统灵敏度的提高。

一个典型的地雷谐振强度测量方法应综合利用地雷共振和反共振作用，测量装置包括声波发射系统和地表振动速度检测系统，而目前的测量方法只利用了地雷的共振作用，而忽略了地雷反共振作用的影响，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综合利用地雷共振和反共振作用的问题，提供一种地雷谐振强度测量装置及测量方法，可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，包括信号发生器、调音台、功率放大器、扬声器，所述信号发生器通过导线依次连接所述调音台、所述功率放大器和所述扬声器，构成的声波发射系统；本装置还包括地震检波器、数据采集卡和计算机，所述地震检波器通过数据线经所述数据采集卡与所述计算机连接，构成的地表振动速度检测系统。

一种地雷谐振强度测量方法，采用上述的测量装置，本方法具体实施步骤为：

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。

上述步骤1）中检测并计算在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）使声波发射系统的所述扬声器发声端口正对待测地表位置；

（2）使所述地震检波器插入到所述待测地表位置，所述地震检波器的输出端口由数据线连接到所述数据采集卡的输入端口上，所述数据采集卡的输出端口由数据线连接到所述计算机的输入端口；

（3）所述信号发生器发出频率为f₀的起始正弦波信号，依次通过所述调音台和所述功率放大器放大后由所述扬声器发出高强度正弦声波；

（4）所述地震检波器测量所述待测地表位置的地表振动速度，并由所述计算机记录；

（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（f₀+1），采取与步骤（3）-（4）相同的步骤，记录该频率声波激励下所述待测地表位置处的地表振动速度；

（6）重复步骤（5）的操作，记录至预设频率为（f₀+N）时的所述待测地表位置的地表振动速度，并在所述计算机中求出并记录所测地表振动速度关于激发正弦波频率f₀、f₀+1、f₀+2、…、f₀+N的幅频特性曲线；

上述步骤2）中检测并计算在有地雷情况下地表振动速度幅频特性曲线，其具体步骤如下：