Nuevo sensor de vibración detecta objetos enterrados desde vehículos en movimiento

La detección de minas terrestres puede ser un proceso lento y desafiante.

Detectarlas desde un vehículo en movimiento haría que el proceso fuera más rápido, pero a expensas de la precisión.

En el Congreso de láser de la Sociedad Óptica (OSA), celebrado del 29 de septiembre al 3 de octubre de 2019 en Viena, Austria, investigadores de la Universidad de Mississippi, EE. UU., informarán sobre un nuevo sensor basado en láser que detecta eficazmente los objetos enterrados incluso mientras el detector está en movimiento.

Este nuevo dispositivo ofrece una mejora significativa con respecto a las tecnologías existentes, que no se pueden operar sobre la marcha y pierden precisión en presencia de fuentes externas de sonido o vibración.

Los vibrómetros láser Doppler (LDV) combinados con vibraciones excitadas en el suelo han mostrado ser prometedores para detectar minas terrestres y otros objetos enterrados, pero su sensibilidad a las vibraciones ambientales significa que deben operarse desde una plataforma estable especial.

El dispositivo, llamado Sensor Interferométrico Diferencial de Haz Múltiple Láser (LAMBDIS), proporciona capacidades de detección comparables, pero es mucho menos sensible al movimiento, lo que permite su uso a bordo de un vehículo en movimiento.

“El persistente flagelo de las minas terrestres presenta un serio desafío para el interrogatorio rápido y preciso de grandes áreas en vehículos en movimiento”, dijo el investigador principal, el Dr. Vyacheslav Aranchuk.

“Nuestro nuevo dispositivo supera este desafío mediante el uso de una serie de rayos láser y luego combinando sus señales para crear un esquema de detección rápida que también es lo suficientemente robusto como para compensar el movimiento y otros ‘ruidos’ que podrían abrumar otras técnicas.

LAMBDIS proporciona mediciones de campos de vibración con alta sensibilidad, a la vez que tienen baja sensibilidad al movimiento de todo el cuerpo del objeto, o al sensor mismo, lo que permite la operación desde un vehículo en movimiento “.

Para detectar objetos enterrados, los LDV se utilizan junto con una fuente de audio, como un altavoz, o una fuente sísmica, como un agitador mecánico.

El sonido o las ondas sísmicas hacen que el suelo vibre.

El LDV puede detectar diferencias sutiles en el patrón de vibración donde un objeto está enterrado, siempre que el detector esté estacionario y el entorno esté lo suficientemente libre de vibraciones.

El funcionamiento de los LDV tradicionales se basa en la interferencia de la luz reflejada desde un objeto con un haz de referencia interno al LDV.

Como resultado, el movimiento del propio LDV puede hacer que las señales del LDV sean significativamente más altas e indistinguibles de las señales causadas por la vibración del objeto.

En el nuevo trabajo, los investigadores utilizaron una matriz lineal de 30 rayos láser dirigidos al área interrogada.

Los elementos ópticos, que incluyen una lente receptora y un interferómetro de corte, se utilizan para combinar la luz reflejada desde diferentes puntos en el suelo en una matriz de fotodetectores (PDA) que produce señales de interferencia en las salidas de PDA.

La frecuencia de las señales es proporcional a la velocidad de vibración entre puntos iluminados debido al efecto Doppler.

El procesamiento de las señales PDA revela vibraciones entre puntos iluminados en la superficie.

“A diferencia de los LDV, el LAMBDIS no utiliza un haz de referencia interno, pero detecta un cambio Doppler mediante la interferencia de la luz reflejada desde diferentes puntos en el objeto”, dijo Aranchuk.

“Debido a la falta de un haz de referencia, la frecuencia Doppler causada por el movimiento del sensor es prácticamente la misma para todos los haces reflejados y se resta automáticamente de las señales de interferencia.

Como resultado, LAMBDIS tiene una sensibilidad muy baja al movimiento del sensor en sí mismo, mientras que tiene una alta sensibilidad a la vibración relativa entre puntos en el objeto “.

Los investigadores informan que el dispositivo LAMBDIS funcionó bien bajo una amplia gama de condiciones en pruebas de laboratorio y de campo.

LAMBDIS pudo detectar objetos enterrados a una distancia de 7,5 metros a 20 metros y desde un vehículo que viajaba a 3,8 metros por segundo (aproximadamente 13.7 km/h) con resultados comparables a un LDV estable montado en la plataforma.

Los investigadores probaron el dispositivo con fuentes de sonido sísmico y en el aire y con diferentes ángulos de exploración, lo que sugiere que el dispositivo podría proporcionar resultados precisos en una variedad de condiciones del mundo real.

Además de detectar minas terrestres, los LDV se usan comúnmente para inspeccionar componentes de automóviles y aeronaves, evaluar vibraciones de puentes y estructuras, calibrar equipos y materiales de estudio, y en aplicaciones dentales y biomédicas.

LAMBDIS podría beneficiar tales aplicaciones en casos donde el ruido ambiental o el movimiento dificultan el uso de dispositivos LDV.

Fuente: Noticias de la Ciencia