Het opsporen van landmijnen kan een uitdagend en langzaam proces zijn. Door ze te detecteren vanaf een rijdend voertuig zou het proces sneller verlopen, maar ten koste van de nauwkeurigheid.

Op het lasercongres van de Optical Society (OSA), gehouden van 29 september - 3 oktober 2019 in Wenen, Oostenrijk, onderzoekers van de Universiteit van Mississippi, VS., zal een nieuwe op laser gebaseerde sensor rapporteren die effectief begraven objecten detecteert, zelfs terwijl de detector in beweging is. Dit nieuwe apparaat biedt een aanzienlijke verbetering ten opzichte van bestaande technologieën, die niet onderweg kunnen worden bediend en nauwkeurigheid verliezen in de aanwezigheid van externe bronnen van geluid of trillingen.

Laser Doppler-vibrometers (LDV's) in combinatie met trillingen die in de grond worden opgewekt, zijn veelbelovend gebleken voor het detecteren van landmijnen en andere begraven objecten, maar hun gevoeligheid voor omgevingstrillingen betekent dat ze moeten worden bediend vanaf een speciaal stabiel platform. Het apparaat, een Laser Multi Beam Differentiële Interferometrische Sensor (LAMBDIS) genoemd, biedt vergelijkbare detectiemogelijkheden, maar is veel minder gevoelig voor beweging, waardoor het kan worden gebruikt aan boord van een bewegend voertuig.

"De aanhoudende plaag van landmijnen vormt een serieuze uitdaging voor een snelle en nauwkeurige ondervraging van grote gebieden vanuit bewegende voertuigen, "Zei hoofdonderzoeker Dr. Vyacheslav Aranchuk. "Ons nieuwe apparaat overwint deze uitdaging door een reeks laserstralen te gebruiken en vervolgens hun signalen te combineren om een ​​sneldetectieschema te creëren dat ook robuust genoeg is om beweging en andere 'ruis' die andere technieken kunnen overweldigen. LAMBDIS biedt metingen van trillingsvelden met een hoge gevoeligheid, terwijl het een lage gevoeligheid heeft voor de beweging van het hele lichaam van het object, of sensor zelf, waardoor de bediening vanuit een bewegend voertuig mogelijk is."

Metingen zonder referentiestraal

Om begraven objecten te detecteren, LDV's worden gebruikt in combinatie met een audiobron zoals een luidspreker, of een seismische bron zoals een mechanische schudder. Het geluid of de seismische golven zorgen ervoor dat de grond gaat trillen. De LDV kan subtiele verschillen detecteren in het trillingspatroon waar een object begraven ligt, mits de detector stilstaat en de omgeving voldoende trillingsvrij is.

De werking van traditionele LDV's is gebaseerd op interferentie van licht dat wordt gereflecteerd door een object met een referentiebundel in de LDV. Als resultaat, beweging van de LDV zelf kan ervoor zorgen dat LDV-signalen aanzienlijk hoger zijn dan, en niet te onderscheiden van signalen veroorzaakt door objecttrillingen.

In het nieuwe werk de onderzoekers gebruikten een lineaire reeks van 30 laserstralen die op het ondervraagde gebied waren gericht.

optische elementen, inclusief een ontvangerlens en een afschuifinterferometer, worden gebruikt om het licht dat door verschillende punten op de grond wordt gereflecteerd te combineren op een fotodetectorarray (PDA), wat resulteert in interferentiesignalen op de PDA-uitgangen. De frequentie van de signalen is door het Doppler-effect evenredig met de trillingssnelheid tussen verlichte punten. Verwerking van de PDA-signalen onthult trillingen tussen verlichte punten op het oppervlak.

"In tegenstelling tot LDV's, de LAMBDIS gebruikt geen interne referentiestraal, maar detecteert een Doppler-verschuiving door interferentie te gebruiken van licht dat door verschillende punten op het object wordt gereflecteerd, " zei Aranchuk. "Door het ontbreken van een referentiestraal, de door de sensorbeweging veroorzaakte Doppler-frequentie is voor alle gereflecteerde bundels praktisch gelijk en wordt automatisch afgetrokken van de stoorsignalen. Als resultaat, LAMBDIS heeft een zeer lage gevoeligheid voor de beweging van de sensor zelf, terwijl het een hoge gevoeligheid heeft voor relatieve trillingen tussen punten op het object."

Succesvolle veldtesten

Onderzoekers melden dat het LAMBDIS-apparaat goed presteerde onder een breed scala aan omstandigheden in laboratorium- en veldtesten. LAMBDIS was in staat om begraven objecten op 7,5 meter tot 20 meter afstand te detecteren en van een voertuig dat met een snelheid van 3,8 meter per seconde (ongeveer 8,5 mijl per uur) reed, met vergelijkbare resultaten als een stabiel platform-gemonteerde LDV. Onderzoekers testten het apparaat zowel met lucht- en seismische geluidsbronnen als met verschillende scanhoeken, wat suggereert dat het apparaat nauwkeurige resultaten kan opleveren in verschillende reële omstandigheden.

Naast het opsporen van landmijnen, LDV's worden vaak gebruikt om auto's en vliegtuigonderdelen te inspecteren, om trillingen van bruggen en constructies te beoordelen, om apparatuur en studiemateriaal te kalibreren, en in tandheelkundige en biomedische toepassingen. LAMBDIS zou kunnen profiteren van dergelijke toepassingen in gevallen waarin omgevingsgeluid of beweging het gebruik van LDV-apparaten belemmert.