声地震耦合探雷实验系统研究

论文摘要

战争残余地雷严重威胁所在国家或地区人民的生命和生活,甚至成为某些国家或地区贫困的根源。高效、快速清除残留地雷是人道主义探雷事业的重要目标,目前广泛使用的金属探测器不能有效探测非金属地雷,不能满足人道主义探雷的要求。探索新的探雷技术迫在眉睫。自上世纪八十年代,国外开始研究声地震耦合地雷探测技术,并在实验室条件下取得了良好的探测效果,尤其适合非金属地雷探测;但国内目前很少见到相关报道。本论文旨在对该声波探雷技术进行初步机理研究并搭建一个探雷实验系统。在参阅相关文献的基础上,结合实验现象,总结出声地震耦合的原理、声波耦合地震波的传播特性;利用集总质量-弹簧-阻尼模型的分析方法,把地雷及其正上方的土壤等效为弹簧和质量块,初步分析耦合地震波与地雷、土壤所构成系统的谐振机理。另外,结合现有条件搭建了基于地震检波器串的声地震耦合探雷实验系统。该系统利用大功率音箱发出单频可调正弦声波激励地面,地表震动信号由地震检波器串采集并传输到计算机中,经LabView和Matlab程序处理后得到地表震动信号的频率——功率谱幅值特性曲线。通过实验,得到了无地雷和地雷埋藏深度分别为9cm、11cm、13cm的地表震动频率——功率谱幅值曲线。结合相长干涉原理、耦合地震波的传播特性以及地震波与地雷的谐振作用机理对出现在曲线中的峰值进行解释。将有地雷和无地雷情况下的地表震动数据进行比较,发现400-700Hz声波激励时地雷的存在使地表的震动显著加强,可认为该频段为本实验条件下的最佳探雷激励频段。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 地雷及其危害
• 1.2 现有地雷探测技术简介
• 1.3 本论文的背景、意义和主要任务
• 第二章 声地震耦合原理
• 2.1 声波在平面界面上的反射和透射
• 2.1.1 声波
• 2.1.2 界面边界条件
• 2.1.3 平面声波在平面界面上反射和透射的一般规律
• 2.1.4 正入射时声波的反射与透射
• 2.2 声地震耦合
• 2.3 耦合地震波的特性
• 2.3.1 传播特性
• 2.3.2 衰减特性
• 2.3.3 快、慢纵波的传播速度
• 2.4 本章小结
• 第三章 声地震耦合探雷原理
• 3.1 地震波与地雷的作用机理
• 3.2 声地震耦合探雷模型
• 3.2.1 线性模型
• 3.2.2 非线性模型
• 3.3 国外相关探雷实验系统简介
• 3.3.1 表面波探雷
• 3.3.2 地震检波器探雷
• 3.3.3 激光多普勒振动计探雷
• 3.4 本章小结
• 第四章 声地震耦合探雷实验系统
• 4.1 系统概述
• 4.2 实验箱
• 4.3 声波发射系统
• 4.3.1 音箱
• 4.3.2 功率放大器
• 4.3.3 调音台
• 4.3.4 信号源
• 4.4 信号采集和处理系统
• 4.4.1 地震检波器串
• 4.4.2 数据采集卡
• 4.4.3 系统软件
• 4.5 本章小结
• 第五章 实验及结果分析
• 5.1 概述
• 5.2 声地震耦合频率不变性
• 5.3 实验重复性
• 5.3.1 单日重复性
• 5.3.2 土壤沉降对重复性的影响
• 5.3.3 检波器串对重复性的影响
• 5.4 地表震动响应
• 5.4.1 无地雷
• 5.4.2 有地雷
• 5.4.3 干扰物
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 后期展望
• 参考文献
• 发表论文
• 致谢