الأسئلة الشائعة حول GPR

رادار الاختراق الأرضي (GPR) هو المصطلح العام المطبق على التقنيات التي تستخدم الموجات الراديوية ، عادةً في مدى التردد من 1 إلى 1000 ميجاهرتز ، لتعيين الهياكل والميزات المدفونة في الأرض (أو في الهياكل من صنع الإنسان). تاريخيًا ، كان GPR يركز بشكل أساسي على رسم خرائط الهياكل في الأرض ؛ في الآونة الأخيرة ، تم استخدام GPR في الاختبارات غير المدمرة للهياكل غير المعدنية.

إن مفهوم تطبيق الموجات الراديوية لاستكشاف البنية الداخلية للأرض ليس جديدًا. بلا شك ، كان أنجح عمل مبكر في هذا المجال هو استخدام مسبار الصدى الراديوي لرسم خرائط لسماكة الصفائح الجليدية في القطب الشمالي والقطب الجنوبي وتحديد سمك الأنهار الجليدية. بدأ العمل مع GPR في البيئات غير الجليدية في أوائل السبعينيات. ركز العمل المبكر على تطبيقات التربة دائمة التجمد.

تطبيقات GPR محدودة فقط بالخيال وتوافر الأجهزة المناسبة. في هذه الأيام ، يتم استخدام GPR في العديد من المجالات المختلفة بما في ذلك تحديد مواقع المرافق المدفونة ، وتقييم مواقع المناجم ، والتحقيقات الجنائية ، والحفريات الأثرية ، والبحث عن الألغام الأرضية المدفونة والذخائر غير المنفجرة ، وقياس سمك وجودة الثلج والجليد لإدارة منحدرات التزلج والتنبؤ بالانهيارات الثلجية على سبيل المثال لا الحصر.

كيف يعمل؟

1. يصدر إشارات تردد لاسلكي ضعيفة
2. يكتشف الأصداء المرسلة ويستخدمها لبناء صورة
3. يعرض تأخير وقت الإشارة وقوتها

GPR هو مثل مكتشف الأسماك ومصدر الصدى

1. الباحث يرسل ping
2. تنتشر الإشارة مرة أخرى من الأسماك
3. تنتشر الإشارة مرة أخرى من الأسفل

1. أثناء تحرك القارب ، يقوم بجمع التسجيلات
2. يتم عرض التسجيلات جنبًا إلى جنب
3. النتيجة تبدو مثل المقطع العرضي

أعماق استكشاف GPR

عمق الاستكشاف خاص بالموقع

• تمتص التربة موجات الراديو
• الرمال والحصى مواتية لـ GPR
• تمتص التربة الدقيقة الحبيبات مثل الطمي والطين الإشارات
• الماء المالح غير شفاف تمامًا

ما هو صعب جدا بشأن GPR؟

1. الأرض أكثر تعقيدًا
2. الهياكل التي من صنع الإنسان معقدة
3. بعض الأشياء ببساطة لا تعكس
4. تمتص بعض الحبيبات كل الإشارات

لماذا لا يبدو الأنبوب وكأنه أنبوب؟

• سجل GPR هو صورة زائفة للأرض
• الميزات المترجمة تصبح زائدية (V مقلوبة)
• يرسل GPR إشارات إلى الأرض في جميع الاتجاهات
• تمت ملاحظة أصداء من جميع الاتجاهات
• أقرب نهج (فوق الهدف) يحدث في قمة V.
• يساعد شكل V المقلوب في تحديد العمق الدقيق

"إلى أي عمق يمكنك أن ترى؟" هو السؤال الأكثر شيوعًا المطروح على بائعي رادار اختراق الأرض (GPR). في حين أن الفيزياء معروفة جيدًا ، فإن معظم الأشخاص الجدد في GPR لا يدركون أن هناك قيودًا جسدية أساسية.

يعتقد الكثير من الناس أن اختراق GPR محدود بواسطة الأجهزة. هذا صحيح إلى حد ما ، لكن عمق الاستكشاف تحكمه المادة نفسها بشكل أساسي ولن يتغلب أي قدر من تحسين الأجهزة على الحدود المادية الأساسية.

ما الذي يتحكم في الاختراق؟

لا تخترق موجات الراديو التربة والصخور ومعظم المواد التي يصنعها الإنسان مثل الخرسانة. يشهد على ذلك فقدان استقبال الراديو أو اتصال الهاتف المحمول أثناء قيادة السيارة عبر نفق أو في مرآب للسيارات تحت الأرض.

تعتمد حقيقة أن GPR تعمل على الإطلاق على أنظمة القياس الحساسة للغاية المستخدمة والظروف المتخصصة. تنخفض موجات الراديو بشكل كبير وسرعان ما تصبح غير قابلة للكشف في المواد الممتصة للطاقة ، كما هو موضح في الشكل 1.

الشكل 1: إشارات GPR تتحلل بشكل كبير في التربة والصخور.

يتم تحديد معامل التوهين الأسي ، أ ، بشكل أساسي من خلال قدرة المادة على إجراء التيارات الكهربائية. في المواد الموحدة البسيطة عادة ما يكون هذا هو العامل المهيمن ؛ وبالتالي فإن قياس الموصلية الكهربائية (أو المقاومة) يحدد التوهين.

في معظم المواد ، تُفقد الطاقة أيضًا بسبب التشتت من تقلب المواد وإلى وجود الماء. الماء له تأثيران ؛ أولاً ، يحتوي الماء على أيونات تساهم في التوصيل بالجملة. ثانيًا ، يمتص جزيء الماء الطاقة الكهرومغناطيسية عند ترددات عالية تزيد عادةً عن 1000 ميجاهرتز (بالضبط نفس الآلية التي تفسر سبب عمل أفران الميكروويف).

يزداد التوهين مع التردد كما هو مبين في الشكل 2. في البيئات التي تكون قابلة لسبر GPR ، عادة ما يكون هناك استقرار في منحنى التوهين مقابل التردد الذي يحدد "نافذة GPR".

الشكل 2: يختلف التوهين باختلاف وتيرة الإثارة والمواد. هذه المجموعة من الرسوم البيانية تصور الاتجاهات العامة. عند الترددات المنخفضة (1000 ميجا هرتز) ، يعتبر الماء ممتصًا قويًا للطاقة.

هل يمكنني تقليل التردد لتحسين الاختراق؟

يؤدي خفض التردد إلى تحسين عمق الاستكشاف لأن التوهين يزداد أساسًا مع التردد. مع انخفاض التردد ، يلعب جانبان أساسيان آخران لقياس GPR.

أولاً ، يؤدي تقليل التردد إلى فقدان الدقة. ثانيًا ، إذا كان التردد منخفضًا جدًا ، فلن تنتقل الحقول الكهرومغناطيسية كموجات ولكنها منتشرة وهو عالم القياسات الحثية أو التيار الدوامي.

لماذا لا يمكنني زيادة قوة جهاز الإرسال فقط؟

يمكن زيادة عمق الاستكشاف عن طريق زيادة قوة المرسل. لسوء الحظ ، يجب أن تزداد القوة أضعافا مضاعفة من أجل زيادة عمق الاستكشاف.

الشكل 3: عندما يحد التوهين من عمق الاستكشاف ، يجب أن تزيد القوة أضعافًا مضاعفة مع العمق.

يوضح الشكل 3 القوة النسبية اللازمة للتحقيق في عمق معين للتوهين المبين في الشكل 1. يمكن للمرء أن يرى بسهولة الزيادات في عمق الاستكشاف التي تتطلب مصادر طاقة كبيرة.

بالإضافة إلى القيود العملية ، تنظم الحكومات مستوى الانبعاثات الراديوية التي يمكن توليدها. إذا أصبحت إشارات جهاز إرسال GPR كبيرة جدًا ، فقد تتداخل مع الأجهزة الأخرى وأجهزة التلفزيون والراديو والهواتف المحمولة. (لسوء الحظ ، عادة ما تكون هذه الأجهزة الموجودة في كل مكان هي المصادر المحدودة للضوضاء لأجهزة استقبال GPR!)

هل يمكنني توقع عمق الاستكشاف؟

نعم ، بشرط أن تكون المادة المطلوب فحصها معروفة كهربائيًا ، تتوفر العديد من برامج الحساب الرقمي. إن أبسط طريقة للحصول على تقديرات لعمق الاستكشاف هي استخدام تحليل معادلة نطاق الرادار (RRE). يتوفر برنامج لإجراء هذه الحسابات وهناك العديد من الأوراق حول هذا الموضوع. تم توضيح المفاهيم الأساسية في الشكل 4.

الشكل 4: نطاق الرادار ، الموضح هنا في شكل مخطط انسيابي ، يحدد توزيع الطاقة ويوفر وسيلة لتقدير عمق الاستكشاف.

تحليل RRE قوي جدًا للدراسات البارامترية وتحليلات الحساسية.

نطاق الرادار معقد للغاية!

يقول العديد من المستخدمين إن RRE معقد للغاية للاستخدام الروتيني. إذا كنت لا ترغب في الدخول في حسابات مفصلة ، فنحن نقترح استخدام القاعدة العامة الأبسط التالية لتقدير عمق الاستكشاف

د = 35 / متر

أين الموصلية في مللي ثانية / م. في حين أن هذه القاعدة المفيدة ليست موثوقة مثل RRE ، إلا أنها مفيدة جدًا في العديد من البيئات الجيولوجية.

نهج أبسط هو استخدام جدول أو رسم بياني لأعماق الاستكشاف التي تم الحصول عليها في المواد الشائعة. يظهر في الشكل 5 مخطط مثال للمواد الشائعة التي تمت مواجهتها مع GPR.

الشكل 5: مخطط أعماق الاستكشاف في المواد الشائعة. تستند هذه البيانات إلى ملاحظات "أفضل حالة". كما يوضح الشكل 9 ، فإن المادة وحدها ليست مقياسًا حقيقيًا لعمق الاستكشاف.

توضح الأشكال 6 و 7 و 8 أمثلة تتراوح من الاستكشاف العميق إلى الاستكشاف الضحل. يمكن رؤية نوع المادة للتحكم في عمق الاستكشاف. لسوء الحظ ، لا يمكن دائمًا التنبؤ بالاستكشاف من خلال معرفة المواد الموجودة في منطقة المسح فقط.

الشكل 6: بيانات من جرانيت ضخم - الانعكاسات هي كسور. الشكل 7: بيانات تظهر الفراش في رواسب الرمل الرطب. الشكل 8: تظهر البيانات استجابة البراميل في الطين الطيني الرطب.

يوضح الشكل 9 قسمًا تكون فيه الجيولوجيا موحدة بشكل أساسي ولكن عمق الاستكشاف متغير بدرجة كبيرة. تختلف موصلية المياه المسامية بينما المادة الجيولوجية ثابتة! في هذه الحالة ، توفر معرفة الموصلية مقياسًا أفضل لعمق الاستكشاف من معرفة المادة.

الشكل 9: قسم GPR من وضع الرمال. يتم تحديد عمق الاستكشاف من خلال توصيل المياه المسامية - وليس مادة الرمل. تسبب الملوثات المتسربة من مدافن النفايات موصلية متغيرة (وعمق استكشاف) مع الموضع.

تكشف قياسات رادار الاختراق الأرضي (GPR) ، كما هو مبين في الشكل 1 ، عن الطاقة المنعكسة أو المتناثرة. في المصطلحات الفنية ، يتم إنشاء الانعكاسات عن طريق التغييرات في المعاوقة الكهرومغناطيسية المرتبطة بتغيرات الخصائص. لسوء الحظ ، فإن العديد من مستخدمي GPR ليسوا على دراية بالجوانب الأكثر سرية لمجالات الراديو وخصائص المواد.

الشكل 1: مجموعة بيانات كلاسيكية تعرض انعكاسات من كائنات موجودة في منطقة المسح.

ما هي خصائص المواد؟

تميز "خصائص المواد" السمات المادية للمادة. تتراوح هذه الخصائص من الكثافة والمرونة والمسامية والتوصيل الحراري واللون والنسيج والملمس إلى مجموعة من الخصائص الأخرى. الخصائص الفيزيائية المهمة لموجات الراديو هي السماحية العازلة والتوصيل الكهربائي والنفاذية المغناطيسية.

يستجيب GPR للتغيرات في الخواص الكهربائية والمغناطيسية. يميل الناس بطبيعة الحال إلى تمييز الهدف بخصائصه البصرية أو الميكانيكية (أي الشعور المباشر بالبصر واللمس وما إلى ذلك). غالبًا ما يوجد ارتباط بين الخواص الكهربائية وغيرها من الخصائص الفيزيائية ؛ وبالتالي فإن استجابات GPR غالبًا ما تتوافق مع التصورات المسبقة للناس.

لماذا الخصائص الكهربائية مهمة؟

تتحكم الخواص الكهربائية في كيفية انتقال الموجات الكهرومغناطيسية عبر المادة ؛ السماحية العازلة تتحكم بشكل أساسي في سرعة الموجة ؛ والتوصيل يحدد توهين الإشارة.

تحدث انعكاسات الرادار عندما تواجه الموجات الراديوية تغيرًا في السرعة أو التوهين. كلما زاد التغيير في الخصائص كلما انعكست الإشارة.

العديد من مفاهيم GPR مشتقة من البصريات. على سبيل المثال ، يصف قانون سنيل انحناء كل من أشعة الضوء وموجات الراديو عند الحدود بين المواد الموضحة في الشكل 2. يعتمد الانحناء (أو الانكسار) على التغير في سرعة الموجة بين المواد.

كما هو الحال في البصريات ، تنتقل الموجات الراديوية جزئيًا وتنعكس جزئيًا عند الحدود ويصف معامل انعكاس فرينل كلاً من موجات الضوء والرادار.

الشكل 2: موجات الرادار تنتقل جزئيًا وتنعكس عند الحدود. تغير الأشعة أيضًا اتجاه عبور الحدود.

ما هي معاملات فرينل؟

تحدد معاملات انعكاس فرينل سعة الإشارات المنعكسة والمرسلة عند الحدود. نسبة اتساع الإشارة المنعكس إلى الحادث هي معامل الانعكاس ؛ نسبة اتساعات الإشارة المرسلة إلى الواقعة هي معامل الإرسال.

تعتمد معاملات الانعكاس على زاوية السقوط ، واستقطاب مجال الحادث ، وتباين السرعة. يوضح الشكل 3 تباين معامل الانعكاس مقابل زاوية السقوط والاستقطاب لحادث موجة GPR عند منسوب المياه الجوفية حيث قد يحدث تباين سرعة 1.6: 1.

الشكل 3: يعتمد اتساع الإشارات المنعكسة على تباين السرعة واتجاه السقوط والقطبية. تم تصوير انعكاسات كلا الاستقطابين عند منسوب المياه.

معظم المواقف ليست بهذه البساطة ؛ حجم وشكل العاكس مهمان أيضًا. يجادل الأصوليون بأن الانعكاسات مجرد أفكار مجردة وأن جميع الردود مبعثرة للاستجابات. تفترض معاملات انعكاس فرينل ضمنيًا واجهة مستوية وواسعة للغاية. هذا نادرا ما يكون صحيحا في الواقع.

كيف يتم علاج الأشكال غير المنتظمة؟

تم توضيح بعض المصادر الشائعة لاستجابات الرادار في الشكل 4. تعتبر الحدود الخشنة والسمات المحلية والأنابيب الطويلة والكابلات الرفيعة أكثر شيوعًا من الحدود المستوية.

الشكل 4: يمكن أن تحتوي أهداف GPR المشتركة على مجموعة متنوعة من الأشكال الهندسية والمقاييس المكانية.

تصبح الهندسة مهمة عندما تقترب أبعاد هندسة الحدود من نفس الحجم مثل البعد المكاني لإشارة الرادار (أي الطول الموجي). عند حدوث ذلك ، يجب النظر إلى الأهداف على أنها مجموعات من نقاط التشتت التي تلتقط كل منها وتعيد إشعاع بعض إشارة الحادث. تتفاعل هذه المشتتات الفردية مع بعضها البعض لتعزيز أو تقليل الطاقة المعاد إرسالها. تتميز المشتتات بقطاعها العرضي الراداري وكسب الانتثار الخلفي.

ما هو GPR Cross-Section and Back-Scatter Gain؟

المقطع العرضي هو قياس المنطقة الفعالة التي يعرضها المشتت في مسار إشارة رادار الحادث. تحدد طاقة واجهة موجة الرادار العارضة لكل وحدة مساحة مضروبة في منطقة المقطع العرضي الطاقة التي يستخلصها المشتت من الموجة الساقطة.

الشكل 5: رسم توضيحي لمنطقة المقطع العرضي المتشتت وكسب التشتت الخلفي. في (أ) يتم تقديم مساحة كبيرة وتوجيه معظم الطاقة للخلف. في (ب) يقدم الهدف مقطعًا عرضيًا صغيرًا ولا يتم توجيه الإشارة المتناثرة مرة أخرى إلى المستقبل.

يمكن امتصاص إشارة الطاقة المستخرجة أو إعادة إشعاعها في أي اتجاه. يقيس كسب الانتثار الخلفي مقدار الطاقة المعاد إشعاعها في اتجاه إشارة الحادث كما هو موضح في الشكل 5.

يتم حساب كسب الانتثار الخلفي ومنطقة المقطع العرضي إما من النمذجة الرقمية أو قياسها للأشكال الهندسية القياسية في المختبرات. تنتج بعض الأشكال الهندسية البسيطة صيغ كسب تحليلية تبعثر خلفي مضغوطة نسبيًا.

منطقة المقطع العرضي هي دالة للمقطع العرضي الهندسي الحقيقي لجسم ما بالإضافة إلى التباين في الخواص الكهربائية. يتم التحكم في كسب التشتت الخلفي بشكل أساسي بواسطة السمات الهندسية للكائن.

ماذا يعني كل هذا؟

باختصار ، استجابات الرادار هي دالة لكل من تباين الخصائص المادية والهندسة. توضح استجابة الكرة ، كما هو موضح في الشكل 6 ، هذا المفهوم.

الشكل 6: التشتت من جسم كروي كدالة لأبعاد الكرة. بالنسبة للكرة الصغيرة ، يسيطر الحجم. بالنسبة للكرة الكبيرة ، تقترب الاستجابة من هدف مستو.

بالنسبة للأجسام الصغيرة ، تزداد كمية الطاقة المشتتة مع القوة الرابعة للبعد المستهدف. عندما يكبر الهدف ، تنخفض هضبة الاستجابة وتقترب من الحدود المستوية (أي معامل انعكاس فرينل). بين الأطراف المتطرفة ، سوف تتأرجح الاستجابة بسبب التداخل البناء والمدمّر داخل الهدف.

يتم التحكم في اختيار التردد من خلال اثنين من متطلبات المسح - عمق الاستكشاف وطول الدقة ، كما هو موضح في الشكل 1. يشير طول الدقة إلى القدرة على تحديد الأهداف المتقاربة بشكل فريد. يمكن العثور على مزيد من التفاصيل حول طول القرار في يناير 2003 EKKO_Update.

الشكل 1: يتم التحكم في اختيار التردد من خلال عمق الاستكشاف وطول الدقة ، D Z.

يعتمد عمق الاستكشاف على العديد من العوامل الخاصة بالموقع ، وأهمها معدل توهين الإشارة في المادة المضيفة. يعتمد معدل التوهين على تردد GPR كما هو موضح في الشكل 2.

الشكل 2: التوهين يفرض عمق الاستكشاف. في مادة مثالية ، تكون هضاب التوهين فوق تردد الانتقال. في البيئات الحقيقية ، يتسبب نثر الماء أو الحجم في زيادة التوهين مع التردد. إن خسائر التردد العالية في مجموعة محددة جدًا بالموقع.

في مادة مثالية ، تكون هضاب التوهين عالية التردد. في المواد الحقيقية ، يؤدي عدم التجانس وامتصاص ارتخاء الماء إلى زيادة التوهين عند التردد العالي. تحدث خسائر التشتت ، كما هو موضح في الشكل 3 ، دائمًا. إن مصباح الشارع في الضباب هو تشبيه جيد. تشتت قطرات الماء الضوء مما يؤدي إلى انخفاض كبير في الرؤية (أي تقليل اختراق الضوء).

الشكل 3: إشارات GPR مبعثرة بسبب عدم تجانس صغير في خصائص المواد مما يقلل من الإشارة المرسلة.

يختلف طول الدقة بشكل متناسب مع تردد GPR لأن عرض نطاق النظام يساوي التردد المركزي للنبضات أو GPRs للنطاق الأساسي ، كما هو موضح في الشكل 4.

الشكل 4: الاستبانة المكانية مقابل طول التردد. تغير سرعة المادة الدقة المكانية.

يوضح الشكلان 2 و 4 المعضلة: مع زيادة تردد GPR ، تزداد الدقة ولكن ينخفض ​​عمق الاستكشاف. الحل الوسط له حل منطقي ولكن ليس دائمًا حلًا فريدًا.

يوفر رسم عمق الاستكشاف مقابل التردد ، كما هو موضح في الشكل 5 ، أساس هذه المناقشة. للتبسيط ، يتم تحديد عمق الاستكشاف ليكون ثلاثة أطوال توهين في المادة. طول التوهين هو عكس معدل التوهين ويشار إليه غالبًا بعمق الجلد.

الشكل 5: عمق الاستكشاف (يُفترض أنه ثلاثة أطوال توهين) يختلف باختلاف التردد. يؤدي الانخفاض في عمق الاستكشاف عند التردد العالي إلى الحد من تردد GPR العملي الأعلى.

كما هو مبين في الشكل 6 ، يجب أن يقع عرض النطاق الترددي GPR بين المناطق المظللة حيث لا يكون GPR طريقة مناسبة (التشتت كبير جدًا). للحصول على الدقة القصوى ، يتم تحديد fc بحيث تلامس الحافة العلوية لعرض نطاق GPR منحنى عمق الاستكشاف. في بعض الحالات ، يمكن تحديد نطاق من الدقة والترددات المركزية (الشكل 7) بينما لا تترك بعض المواقف سوى القليل من الاختيار (الشكل 8).

الشكل 6: على مقياس لوغاريتمي ، عرض النطاق الترددي GPR ، وبالتالي زيادة الدقة وتنقص مع تغيير التردد المركزي. يتم تحقيق أعلى دقة (أصغر طول دقة) عندما تلامس الحافة العلوية لمربع النطاق الترددي منحنى عمق الاستكشاف بعمق الاستكشاف المطلوب. الشكل 7: يمكن وضع تردد GPR في أي مكان في المنطقة غير المظللة ، كما هو موضح في الشكل. مع انخفاض التردد المركزي ، ينخفض ​​عرض النطاق B ، مما يؤدي إلى انخفاض الدقة. الشكل 8: في بعض الحالات ، لا يوجد خيار بشأن التردد ، كما هو موضح هنا. كلما زاد طول مقياس عدم التجانس ، يتحرك قطع التردد العالي إلى الأسفل.

فيما يلي خوارزمية مبسطة يمكن ترميزها في جدول بيانات واستخدامها لتقدير fc بناءً على هذا المنطق. (أ) قم بتمييز الموقع عن طريق تقدير السماحية النسبية المحلية ، K ، الموصلية منخفضة التردد ، ومقياس عدم التجانس ، L (الطول النموذجي للتغير المحلي في المادة المضيفة). (ب) حساب عمق الاستكشاف (انظر الشكل 5).

(ج) حدد عمق الاستكشاف المطلوب ، D (يجب أن يكون أقل من dplat). (د) تقدير عامل حد التردد العالي للتشتت

(هـ) تقدير نسبة الدقة القصوى

استخدام

(و) إذا كانت R <1 ، فإن GPR غير مناسبة. (ز) إذا كانت R> 1 ، فإن التردد المركزي GPR الذي يعطي أفضل عمق مقابل حل وسط هو:

إذا كان المضيف رطبًا جدًا (محتوى مائي مرتفع> 5٪) ، فيجب أن يقتصر fc على أقل من 1500 ميجاهرتز إذا كانت القيمة المحسوبة أكبر.

هذه النتائج هي حدود عليا على التردد. لا يشمل هذا التحليل البسيط حقيقة أن قوة وحساسية نظام GPR تميل إلى الزيادة مع تناقص التردد. غالبًا ما يكون استخدام تردد أقل نوعًا ما من المحسوب اختيارًا حكيمًا.

يتطلب التحديد الدقيق لعمق الانعكاس في سجل بيانات GPR معرفة مدى سرعة انتقال الإشارات في المادة قيد التحقيق. يتم استخدام العديد من التقنيات مثل CMP (نقطة المنتصف الشائعة) و WARR (انعكاس الزاوية الواسعة والانكسار) وهدف العمق المعروف والتركيب الزائدي لهدف محلي ومطابقة ذيل الحيود.

تتطلب كل هذه التقنيات قياسات GPR على طول مسار حيث تختلف الهندسة بطريقة مضبوطة. بمعنى آخر ، تختلف المسافة إلى الهدف بحيث يمكن استخراج تقديرات السرعة.

الشكل 1: يجب أن يكون اجتياز GPR عموديًا على اتجاه الأنبوب أو ضرب الكابل.

بالنسبة إلى موقع الأنابيب والكابلات ، أو ، في مثال Conquest الخاص بموقع حديد التسليح والقناة ، تكون الميزات الخطية الطويلة أهدافًا محلية إذا كان نظام GPR يتجاوز بشكل متعامد مع محاذاة الميزة (الشكل 1). لتقدير السرعة ، يجب أن يختلف طول المسار إلى الكائن.

الشكل 2: عرض الخطة بالنظر لأسفل على الأرض من الأعلى. الاجتياز 1 متعامد مع الضربة وهو مثالي لتحديد السرعة. يكون الاجتياز 2 بزاوية مائلة والقطع 3 موازٍ لمحور ضرب الأنبوب. البيانات المأخوذة من المقطعين 2 و 3 ليست مناسبة لتحديد السرعة.

يوضح الشكل 2 هذا باستخدام أنبوب مستقيم أو كابل كمثال. من أجل استخراج معلومات السرعة ، يجب تحريك نظام الرادار بشكل عمودي على محور الأنبوب أو الكابل. يُطلق على اتجاه المحور الطويل اسم "اتجاه الضربة" أو "الضربة" للاختصار. إذا اجتاز GPR بشكل عمودي على الضربة ، فإن المسافة تختلف من نظام الرادار إلى الأنبوب بطريقة منتظمة. العبور الموازي لضربة الأنبوب لا ينتج عنه أي تغيير في مسافة الأنبوب ، وبالتالي ، حدث مسطح غير متغير في سجل GPR. يوضح الشكلان 3 و 4 هذين النقيضين باستخدام بيانات حقيقية من أنبوب تصريف في حقل مزرعة.

الشكل 3: بيانات GPR عبر أنبوب تصريف طيني عمودي على اتجاه الأنبوب (الخط 1 في الشكل 8) الشكل 4: بيانات GPR عبر أنبوب تصريف طيني موازٍ لاتجاه الأنبوب (الخط 3 في الشكل 8).

تعرض المقاطع العرضية لـ GPR سعة الإشارة مقابل الموضع (عادةً على المحور الأفقي المشار إليه بـ x) والوقت (وهو عادةً المحور الرأسي المشار إليه بـ T). الهدف المحلي له وقت سفر مقابل الموضع كما هو موضح في الشكل 5. الشكل الرياضي هو شكل قطعي (مقلوب U على قسم GPR) يربط الموقع المكاني (x) بوقت السفر (T). يوضح الشكل 6 الاستجابة في مقطع عرضي GPR حيث يتغير عمق الهدف بينما في الشكل 7 يتم تغيير السرعة لعمق ثابت.

الشكل 5: العلاقة بين موضع GPR (x) ، وعمق الكائن (d) ووقت السفر (T). إلى هو وقت السفر عندما يكون GPR فوق الكائن مباشرة. الشكل 6: الاختلافات التخطيطية في استجابة GPR عندما يتنوع عمق الكائن من أجل السرعة الثابتة. الشكل 7: الاختلافات التخطيطية في استجابة GPR عندما تتنوع السرعة لعمق كائن ثابت.

من أدوات التفسير المفيدة أن تلائم شكلًا قطعيًا نموذجيًا لبيانات GPR كما هو موضح في الشكل 8. وضع الجزء العلوي من النموذج (نقطة المثلث) فوق القمة (أعلى U المقلوب) في قسم البيانات يحدد إلى. يؤدي تعديل شكل النموذج لمطابقة البيانات إلى تقدير السرعة ، v. الجمع بين v و للحصول على تقدير للعمق إلى أعلى الهدف.

تستلزم الممارسة الميدانية الجيدة عدة عمليات عبور على كائن. استخدم فقط التركيب الزائدي على المسار الذي يعطي أقصى انحدار لأذرع U المقلوبة. يضمن هذا النهج الحصول على السرعة الصحيحة. سيؤدي اجتياز المسار غير المتعامد مع الضربة (السطر 2 في الشكل 8) دائمًا إلى سرعة أعلى من السرعة الحقيقية وسيظهر عمق الجسم أعمق من الواقع.

الشكل 8: مثال على ملاءمة الشكل لاستجابة الهدف على شاشة DVL في الحقل. هذه الميزة قياسية في أنظمة Noggin و Conquest و PulseEKKO.

قد تشكل الحقول الكهرومغناطيسية للترددات الراديوية خطراً على الصحة عندما تكون الحقول شديدة. تمت دراسة الحقول الطبيعية على نطاق واسع على مدار الثلاثين عامًا الماضية مع عدم وجود علم أوبئة قاطع يتعلق بالمجالات الكهرومغناطيسية والمشاكل الصحية. المناقشات التفصيلية حول هذا الموضوع واردة في المراجع والمواقع الإلكترونية المدرجة أدناه.

تحدد كل من لجنة الاتصالات الفيدرالية الأمريكية (FCC) وإدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) مستويات مقبولة للمجالات الكهرومغناطيسية. مستويات الطاقة المماثلة مفوضة من قبل الوكالات المقابلة في البلدان الأخرى. يختلف الحد الأقصى المسموح به من التعرضات والمدة الزمنية المحددة بواسطة FCC و OSHA مع تردد الإثارة. أدنى قدرة مكافئة لموجة العتبة المذكورة هي 0.2 mW / cm2 لعامة السكان عبر نطاق التردد 30 إلى 300 MHz. تتمتع جميع التطبيقات والترددات الأخرى بتفاوتات أعلى كما هو موضح بيانياً في الشكل 1.

الشكل 1: حدود لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) للحد الأقصى المسموح به لكثافة القدرة المكافئة للموجة المستوية (MPE) mW / cm2.

جميع منتجات Sensors & Software Inc. هي منتجات PulseEKO و Noggin® و Conquest ™ التي يتم تشغيلها عادةً على بعد متر واحد على الأقل من المستخدم وعلى هذا النحو يتم تصنيفها على أنها أجهزة "متحركة" وفقًا للجنة الاتصالات الفيدرالية. تكون مستويات كثافة الطاقة النموذجية على مسافة 1 متر أو أكثر من أي منتج من شركة Sensors & Software Inc. أقل من 1-10 ميغاواط / سم 3 والتي تقل 2 إلى 200 مرة عن الحدود الإلزامية. على هذا النحو ، لا تشكل منتجات Sensors & Software Inc. أي مخاطر على الصحة والسلامة عند تشغيلها بالطريقة العادية للاستخدام المقصود.

مراجع حسابات

1. أسئلة وأجوبة حول التأثيرات البيولوجية والمخاطر المحتملة للمجال الكهرومغناطيسي للترددات الراديوية.

هيئة الاتصالات الفيدرالية الأمريكية ، مكتب الهندسة والتكنولوجيا

نشرة OET 56 (تحتوي على العديد من المراجع والمواقع الإلكترونية)

2. تقييم الامتثال لإرشادات لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) لتعرض الإنسان للمجالات الكهرومغناطيسية للترددات اللاسلكية.

هيئة الاتصالات الفيدرالية الأمريكية ، مكتب الهندسة والتكنولوجيا

نشرة OET 56 (تحتوي على العديد من المراجع والمواقع الإلكترونية)

3. لوائح إدارة السلامة والصحة المهنية بالولايات المتحدة الأمريكية الفقرة 1910.67 و 1910.263.

مواقع الويب

https://transition.fcc.gov/oet/rfsafety/
https://www.osha.gov/SLTC/radiofrequencyradiation/

جميع الحكومات لديها لوائح بشأن مستوى الانبعاثات الكهرومغناطيسية التي يمكن أن ينبعثها جهاز إلكتروني. الهدف هو التأكد من أن جهاز أو جهاز لا يتداخل مع أي جهاز أو جهاز آخر بطريقة تجعل الجهاز الآخر غير وظيفي.

تقوم شركة Sensors & Software Inc. باختبار نبضاتها على نطاق واسع من منتجات EKKO و Noggin و Conquest للتصوير تحت السطحي باستخدام دور اختبار احترافية مستقلة وتتوافق مع أحدث اللوائح في الولايات المتحدة الأمريكية وكندا والمجتمع الأوروبي والولايات القضائية الرئيسية الأخرى بشأن مسألة الانبعاثات.

تعتبر أجهزة GPR من أجهزة UWB (النطاق العريض للغاية). تضع اللوائح التنظيمية في جميع أنحاء العالم قواعد جديدة لأجهزة UWB. تحافظ شركة Sensors & Software Inc. على اتصال وثيق بالمنظمين للمساعدة في توجيه التطوير القياسي والتأكد من توافق جميع المنتجات. يجب عليك مراقبة رابط "الأخبار" باستمرار على موقعنا (www.sensoft.ca) للحصول على تحديثات المعايير.

لم يتم تصميم الأجهزة الإلكترونية دائمًا للحصول على مناعة مناسبة. اذا كان معدات GPR على مقربة من جهاز إلكتروني ، قد يحدث تداخل. على الرغم من عدم وجود تقارير موثقة عن التداخل حتى الآن ، في حالة ملاحظة أي سلوك غير عادي على الأجهزة القريبة ، اختبر ما إذا كان الاضطراب يبدأ ويتوقف عند تشغيل جهاز GPR وإيقاف تشغيله. إذا تم تأكيد التداخل ، فتوقف عن استخدام GPR.

التردد والمجال الزمني GPR لا يختلفان من حيث المبدأ وفي عالم مثالي من شأنه أن يؤدي إلى نتائج متطابقة. ينبع سبب وجود نوعين مختلفين من الأنظمة من طرق مختلفة لالتقاط إشارات عابرة النطاق عريض عندما لا يكون الالتقاط المباشر ممكنًا إلكترونيًا (محولات A / D ليست سريعة بما يكفي لمعظم تطبيقات GPR). والنتيجة هي مجموعة من المومبو الإلكترونية التي تربك المتخصصين غير الإلكترونيين.

في مجال التردد ، تنبعث الإشارات على شكل موجة جيبية. يتم استخراج الاستجابة ، حيث يتغير تواتر الجيب على نطاق ترددي معين. يتم قياس وظيفة النقل عن طريق تقنيات الخلط أو التغاير. من خلال معالجة مناسبة للإشارة (تحويل فورييه) ، يتم استخراج قوة صدى مقابل وقت التأخير. وتسمى طرق التنفيذ هذه رادارات FM-CW ورادارات التردد.

في المجال الزمني ، يتم إصدار جميع الترددات بشكل أساسي في نفس الوقت وتتداخل بشكل بناء لإعطاء نبضات وإنشاء قوة صدى مباشرة مقابل معلومات تأخير وقت السفر. يستخدم التقاط الإشارة الكشف المتزامن للإشارة. (يمكن تصنيع إشارة مجال التردد عن طريق تحويل فورييه لإشارة المجال الزمني). الأسماء الشائعة لأنظمة المجال الزمني هي الرادارات النبضية والنطاق الأساسي ورادارات UWB.

يجب أن تلتقط أنظمة GPR إشارات تردد لاسلكي متغيرة بسرعة كبيرة. يتطلب التقاط هذه الإشارات للتحليل والتفسير درجة كبيرة من التطور الإلكتروني بحيث يتم الحصول على بيانات عالية الدقة.

يستخدم GPR التجاري أخذ عينات زمنية مكافئة (ETS) لالتقاط إشارات الموجات الراديوية العابرة. تستخدم "خدمات الاختبارات التربوية" نفس مبادئ جهاز ستروبوسكوب. في أقرب أشكالها ، تم تصميم الدوائر الإلكترونية التناظرية لترجمة جهد GPR المتغير بسرعة إلى إشارة تردد صوتية يمكن تسجيلها وعرضها.

مع مرور الوقت ، تطورت تقنية GPR لالتقاط الإشارات باستخدام خدمات الاختبارات التربوية بشكل كبير. كانت التطورات الرئيسية خلال الثلاثين عامًا الماضية على النحو التالي.
(أ) تسجيل إشارة تردد الصوت التناظرية على مسجلات الأشرطة الصوتية التناظرية لإعادة تشغيلها.
(ب) رقمنة إشارة تردد الصوت التناظرية لتسجيل البيانات على شريط مغناطيسي رقمي أو أقراص الكمبيوتر. تستخدم أجهزة الكمبيوتر لإعادة التشغيل والتحليل.
(ج) إلغاء مرحلة الجهاز السمعي بالتقاط الإشارات الرقمية المباشرة عند هوائي الاستقبال مع الاحتفاظ بنفس توقيت الإشارة التناظرية. تم تسجيل البيانات الرقمية على الوسائط الرقمية.
(د) رقمنة الإشارة في هوائي الاستقبال بأوقات تأخير يتم التحكم فيها رقميًا (كمبيوتر). يتم تسجيل البيانات الرقمية. تتم إزالة جميع مكونات ETS التناظرية. ويقال أن مثل هذه الأنظمة تستخدم أخذ العينات الزمنية المكافئة الرقمية (DETS).

الفوائد الرئيسية لـ DETS هي كما يلي

(أ) التوقيت واستقرار اتساع الإشارة والإخلاص.
(ب) القدرة على استخدام مخططات التعويض الرقمية لضمان خطية القاعدة الزمنية والمعايرة. (ج) الحصول على بيانات GPR عند الطلب دون الحاجة إلى الاستمرار في تشغيل تسجيل الوقت التناظري.
(د) إزالة مراحل الترشيح التناظرية في دوائر ETS للجزء الصوتي والتي يمكن أن تخلق تشتتًا.
(هـ) القدرة على جمع البيانات المتزامنة مكانيًا (أي البيانات التي يتم جمعها في مكان معروف يتم تشغيلها بواسطة المستخدم أو تحديد المواقع الإلكتروني). لا حاجة إلى الشريط المطاطي لإخراج اختلافات السرعة العابرة.
(و) القدرة على استخدام التراص القابل للبرمجة مقابل وقت تأخير GPR.
(ز) القدرة على تسجيل مجموعة متنوعة من البيانات التشخيصية مع كل تتبع GPR.

تستخدم جميع أنظمة GPR الخاصة بأجهزة الاستشعار والبرامج تقنية DETS لضمان أعلى جودة ممكنة لبيانات GPR.

مقارنة بالأشعة السينية:

• لا تشكل GPR / Conquest أي مخاطر صحية ويمكن إجراء مثل هذا العمل خلال ساعات العمل العادية. باستخدام الأشعة السينية ، يجب تنفيذ العمل في حالة عدم وجود أشخاص في الجوار بسبب مخاطر الأشعة الشاردة ؛ هذا يعني عادة العمل بعد منتصف الليل.
• يحتاج موظفو الأشعة السينية إلى أن يكونوا معتمدين وسيتطلب العمل عدة أشخاص في الموقع ، بعضهم لإعداد وتشغيل الجهاز والبعض الآخر لضمان عدم وجود أشخاص غير مصرح لهم. يتطلب Conquest شخصًا واحدًا لتشغيله ويحتاجون فقط إلى فهم النظرية الأساسية لـ GPR لتفسير النتائج. لا توجد شهادة رسمية ضرورية.
• باستخدام الأشعة السينية ، تحتاج إلى الوصول إلى جانبي البلاطة. باستخدام Conquest ، يمكن إجراء جميع عمليات المسح من جانب واحد.
• نتائج الفتح في الوقت الفعلي ، تتطلب الأشعة السينية بعض التطوير والتحليل للفيلم في الشاحنة.
• يتم تحديد الأعماق المستهدفة بسهولة باستخدام Conquest ، حيث تتطلب الأشعة السينية بعض الحسابات والافتراضات التي تتضمن هندسة المصدر / الهدف.

مقارنة بغطاء العدادات:

• يمكن أن يخترق الفتح أعمق بكثير من عدادات التغطية ، والتي عادة ما تكون جيدة حتى 5 درجات كحد أقصى.
• تعمل عدادات الغطاء على الحث المغناطيسي في الهياكل المعدنية في الخرسانة (مثل حديد التسليح) ، ولن تلتقط قناة غير معدنية. يمكن أن يكشف Conquest عن الهياكل المعدنية وغير المعدنية.
• يمكن أن يحدد الفتح بدقة عمق تلك الميزات ، حيث تقدر مقاييس الغطاء العمق بهامش خطأ كبير.