Preguntas frecuentes sobre GPR
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Preguntas frecuentes sobre GPR

Encuentre respuestas a las preguntas más frecuentes sobre el radar de penetración terrestre.

¿Qué es GPR?

Radar de penetración terrestre (GPR) es el término general que se aplica a las técnicas que emplean ondas de radio, generalmente en el rango de frecuencia de 1 a 1000 MHz, para mapear estructuras y características enterradas en el suelo (o en estructuras artificiales). Históricamente, GPR se centró principalmente en cartografiar estructuras en el suelo; más recientemente, el GPR se ha utilizado en ensayos no destructivos de estructuras no metálicas.

El concepto de aplicar ondas de radio para sondear la estructura interna del suelo no es nuevo. Sin duda, el trabajo inicial más exitoso en esta área fue el uso de ecosondas de radio para mapear el espesor de las capas de hielo en el Ártico y la Antártida y sondear el espesor de los glaciares. El trabajo con GPR en entornos sin hielo comenzó a principios de la década de 1970. El trabajo inicial se centró en las aplicaciones del suelo permafrost.

Las aplicaciones de GPR están limitadas únicamente por la imaginación y la disponibilidad de la instrumentación adecuada. En estos días, el GPR se está utilizando en muchas áreas diferentes, incluida la localización de servicios públicos enterrados, la evaluación del sitio de la mina, las investigaciones forenses, las excavaciones arqueológicas, la búsqueda de minas terrestres enterradas y municiones sin detonar, y la medición del espesor y la calidad de la nieve y el hielo para la gestión de pistas de esquí y la predicción de avalanchas. para nombrar unos pocos.

¿Cómo funciona?

  1. Emite señales de radiofrecuencia débiles
  2. Detecta los ecos enviados de regreso y los usa para construir una imagen
  3. Muestra el tiempo de retardo y la fuerza de la señal

GPR es como un buscador de peces y ecosonda

Localizador de peces

  1. El buscador envía un ping
  2. La señal se dispersa desde el pez
  3. La señal se dispersa desde la parte inferior

Registro de buscador de peces

  1. A medida que el barco se mueve, recopila grabaciones.
  2. Las grabaciones se muestran una al lado de la otra
  3. El resultado parece una sección transversal

Profundidades de exploración GPR

Profundidades de exploración GPR

La profundidad de exploración es específica del sitio

  • los suelos absorben ondas de radio
  • arenas y grava son favorables para GPR
  • Los suelos de grano fino, como el limo y la arcilla, absorben señales.
  • el agua salada es totalmente opaca

¿Qué tiene de duro GPR?

Terreno complejo

  1. El suelo es mas complicado
  2. Las estructuras artificiales son complejas
  3. Algunas cosas simplemente no reflejan
  4. Algunos suelos absorben todas las señales

¿Por qué la pipa no parece una pipa?

Sección transversal de GPR

  • el registro GPR es una pseudo imagen del suelo
  • las características localizadas se convierten en hipérbolas (V invertidas)
  • el GPR envía señales al suelo en todas las direcciones
  • los ecos se observan desde todas las direcciones
  • El acercamiento más cercano (sobre el objetivo) ocurre en el vértice de V
  • la forma de V invertida ayuda a determinar la profundidad exacta

¿A qué profundidad puede ver GPR?

"¿Qué tan profundo puedes ver?" es la pregunta más común que se les hace a los proveedores de radares de penetración terrestre (GPR). Si bien la física es bien conocida, la mayoría de las personas nuevas en GPR no se dan cuenta de que existen limitaciones físicas fundamentales.

Mucha gente piensa que la penetración de GPR está limitada por la instrumentación. Esto es cierto hasta cierto punto, pero la profundidad de exploración se rige principalmente por el material en sí y ninguna mejora en la instrumentación superará los límites físicos fundamentales.

¿Qué controla la penetración?

Las ondas de radio no penetran mucho en los suelos, las rocas y la mayoría de los materiales artificiales como el hormigón. La pérdida de la recepción de radio o la conexión del teléfono celular mientras se conduce un automóvil a través de un túnel o en un estacionamiento subterráneo lo atestigua.

El hecho de que GPR funcione depende del uso de sistemas de medición muy sensibles y de circunstancias especializadas. Las ondas de radio disminuyen exponencialmente y pronto se vuelven indetectables en los materiales que absorben energía, como se muestra en la Figura 1.

Decaimiento de señales GPR Figura 1: Las señales de GPR decaen exponencialmente en suelo y roca.

El coeficiente de atenuación exponencial, a, está determinado principalmente por la capacidad del material para conducir corrientes eléctricas. En materiales uniformes simples, este suele ser el factor dominante; por tanto, una medida de conductividad eléctrica (o resistividad) determina la atenuación.

En la mayoría de los materiales, la energía también se pierde por la dispersión de la variabilidad del material y por la presencia de agua. El agua tiene dos efectos; primero, el agua contiene iones que contribuyen a la conductividad general. En segundo lugar, la molécula de agua absorbe energía electromagnética a altas frecuencias, típicamente por encima de 1000 MHz (exactamente el mismo mecanismo que explica por qué funcionan los hornos microondas).

La atenuación aumenta con la frecuencia como se muestra en la Figura 2. En entornos que son susceptibles de sondeo GPR, generalmente hay una meseta en la curva de atenuación versus frecuencia que define la “ventana GPR”.

Figura 2: La atenuación varía con la frecuencia de excitación y el material. Esta familia de gráficos muestra tendencias generales. A bajas frecuencias (1000 MHz) el agua es un fuerte absorbedor de energía.

¿Puedo disminuir la frecuencia para mejorar la penetración?

La reducción de la frecuencia mejora la profundidad de exploración porque la atenuación aumenta principalmente con la frecuencia. Sin embargo, a medida que la frecuencia disminuye, entran en juego otros dos aspectos fundamentales de la medición de GPR.

Primero, reducir la frecuencia da como resultado una pérdida de resolución. En segundo lugar, si la frecuencia es demasiado baja, los campos electromagnéticos ya no viajan como ondas sino que se difunden, que es el ámbito de las mediciones inductivas de EM o de corrientes parásitas.

¿Por qué no puedo simplemente aumentar la potencia de mi transmisor?

Se puede aumentar la profundidad de exploración aumentando la potencia del transmisor. Desafortunadamente, el poder debe aumentar exponencialmente para aumentar la profundidad de exploración.

Profundidad de atenuación Figura 3: Cuando la atenuación limita la profundidad de exploración, la potencia debe aumentar exponencialmente con la profundidad.

La Figura 3 muestra la potencia relativa necesaria para sondear a una profundidad dada para las atenuaciones representadas en la Figura 1. Uno puede ver fácilmente que los aumentos en la profundidad de exploración requieren grandes fuentes de energía.

Además de las limitaciones prácticas, los gobiernos regulan el nivel de emisiones de radio que se pueden generar. Si las señales del transmisor GPR son demasiado grandes, pueden interferir con otros instrumentos, televisores, radios y teléfonos móviles. (Desafortunadamente, estos mismos dispositivos ubicuos suelen ser las fuentes limitantes de ruido para los receptores GPR).

¿Puedo predecir la profundidad de exploración?

Sí, siempre que se conozca eléctricamente el material que se va a probar, hay disponibles muchos programas de cálculo numérico. La forma más sencilla de obtener estimaciones de la profundidad de exploración es utilizar el análisis de la ecuación de alcance del radar (RRE). Se dispone de software para realizar estos cálculos y existen numerosos artículos sobre el tema. Los conceptos básicos se muestran en la Figura 4.

Rango de radar Figura 4: El alcance del radar, que se muestra aquí en forma de diagrama de flujo, determina la distribución de energía y proporciona un medio para estimar la profundidad de exploración.

El análisis RRE es muy poderoso para estudios paramétricos y análisis de sensibilidad.

¡El alcance del radar es demasiado complicado!

Muchos usuarios dicen que RRE es demasiado complicado para el uso rutinario. Si no le gusta entrar en cálculos detallados, le sugerimos que utilice la siguiente regla empírica más simple para estimar la profundidad de exploración

D = 35 / metros

donde es la conductividad en mS / m. Si bien no es tan confiable como el RRE, esta útil regla es bastante útil en muchos entornos geológicos.

Un enfoque aún más simple es usar una tabla o gráfico de profundidades de exploración obtenidas en materiales comunes. En la Figura 5 se muestra un gráfico de ejemplo de materiales comunes que se encuentran con GPR.

Profundidades de exploración GPR Figura 5: Cuadro de profundidades de exploración en materiales comunes. Estos datos se basan en observaciones del "mejor caso". Como demuestra la Figura 9, el material por sí solo no es una verdadera medida de la profundidad de exploración.

Las figuras 6, 7 y 8 muestran ejemplos que van desde exploración profunda a superficial. Se puede ver que el tipo de material controla la profundidad de exploración. Desafortunadamente, la exploración no siempre se puede predecir conociendo solo el material en el área de estudio.

Granito-datos Figura 6: Datos de un granito masivo: los reflejos son fracturas. Datos de cama en arena húmeda Figura 7: Datos que muestran el lecho en depósitos de arena húmeda. Barriles-en-arcilla-húmeda Figura 8: Los datos muestran la respuesta de los barriles en arcilla limosa húmeda.

La Figura 9 muestra una sección donde la geología es básicamente uniforme pero la profundidad de exploración es muy variable. La conductividad del agua de poros varía mientras que el material geológico es invariante. En este caso, conocer la conductividad proporciona una mejor medida de la profundidad de exploración que conocer el material.

Arena-datos Figura 9: Sección de GPR del ajuste de arena. La profundidad de exploración está determinada por la conductividad del agua de los poros, no por el material de arena. Los contaminantes que se filtran desde un relleno sanitario causan una conductividad variable (y profundidad de exploración) con la posición.

¿Qué crea reflejos GPR?

Las mediciones de radar de penetración terrestre (GPR), como las que se muestran en la Figura 1, detectan energía reflejada o dispersa. En la jerga técnica, los reflejos se crean por cambios en la impedancia electromagnética asociados con variaciones de propiedad. Desafortunadamente, muchos usuarios de GPR no están familiarizados con los aspectos más esotéricos de los campos de radio y las propiedades de los materiales.

Datos GPR clásico Figura 1: Conjunto de datos clásico que muestra reflejos de objetos presentes en el área de estudio.

¿Cuáles son las propiedades de los materiales?

Las "propiedades del material" caracterizan los atributos físicos de un material. Estas propiedades van desde densidad, elasticidad, porosidad, conductividad térmica, color, tejido y textura hasta una serie de otras propiedades. Las propiedades físicas importantes para las ondas de radio son la permitividad dieléctrica, la conductividad eléctrica y la permeabilidad magnética.

GPR responde a cambios en las propiedades eléctricas y magnéticas. La gente tiende naturalmente a caracterizar un objetivo por sus propiedades visuales o mecánicas (es decir, percibido directamente por la vista, el tacto, etc.). A menudo existe una correlación entre propiedades eléctricas y otras propiedades físicas; por tanto, las respuestas de GPR a menudo se ajustan a las ideas preconcebidas de la gente.

¿Por qué son importantes las propiedades eléctricas?

Las propiedades eléctricas controlan cómo viajan las ondas electromagnéticas a través de un material; la permitividad dieléctrica controla principalmente la velocidad de la onda; y la conductividad determina la atenuación de la señal.

Las reflexiones de radar ocurren cuando las ondas de radio encuentran un cambio en la velocidad o atenuación. Cuanto mayor sea el cambio en las propiedades, más señal se reflejará.

Muchos conceptos de GPR se derivan de la óptica. Por ejemplo, la ley de Snell describe la curvatura de los rayos de luz y las ondas de radio en un límite entre los materiales representados en la Figura 2. La curvatura (o refracción) depende del cambio en la velocidad de onda entre los materiales.

Al igual que en la óptica, las ondas de radio se transmiten y se reflejan parcialmente en los límites y el coeficiente de reflexión de Fresnel describe tanto las ondas de luz como las de radar.

Límites-reflejos Figura 2: Ondas de radar transmitidas y reflejadas parcialmente en los límites. Los rayos también cambian de dirección cruzando el límite.

¿Qué son los coeficientes de Fresnel?

Los coeficientes de reflexión de Fresnel cuantifican la amplitud de las señales reflejadas y transmitidas en los límites. La relación entre las amplitudes de la señal reflejada e incidente es el coeficiente de reflexión; la relación de las amplitudes de la señal transmitida a incidente es el coeficiente de transmisión.

Los coeficientes de reflexión dependen del ángulo de incidencia, la polarización del campo incidente y el contraste de velocidad. La Figura 3 ilustra la variación del coeficiente de reflexión en función del ángulo de incidencia y polarización de una onda GPR incidente en el nivel freático, donde podría producirse un contraste de velocidad de 1.6: 1.

Polarizaciones 2 polarizaciones Figura 3: La amplitud de las señales reflejadas depende del contraste de velocidad, la dirección de incidencia y la polaridad. Se muestran los reflejos de ambas polarizaciones en un nivel freático.

La mayoría de las situaciones no son tan simples; El tamaño y la forma del reflector también son importantes. Los puristas sostienen que las reflexiones son abstracciones y que todas las respuestas son respuestas dispersas. Los coeficientes de reflexión de Fresnel suponen implícitamente una interfaz plana y muy extensa. Esto rara vez es cierto en la realidad.

¿Cómo se tratan las formas irregulares?

Algunas fuentes comunes de respuestas de radar se muestran en la Figura 4. Los límites irregulares, las características localizadas, las tuberías y cables largos y delgados son mucho más comunes que los límites planos.

Objetivos GPR Figura 4: Los objetivos de GPR comunes pueden tener una variedad de geometrías y escalas espaciales.

La geometría se vuelve importante cuando las dimensiones de la geometría límite se acercan al mismo tamaño que la dimensión espacial de la señal de radar (es decir, la longitud de onda). Cuando esto ocurre, los objetivos deben verse como conjuntos de puntos de dispersión que capturan y vuelven a irradiar parte de la señal incidente. Estos dispersores individuales interactúan entre sí para mejorar o reducir la energía reradiada. Los dispersores se caracterizan por su sección transversal de radar y una ganancia de dispersión posterior.

¿Qué son la ganancia de sección transversal y retrodispersión de GPR?

La sección transversal es una medida del área efectiva que proyecta un dispersor en la trayectoria de la señal de radar incidente. La energía del frente de onda del radar incidente por unidad de área multiplicada por el área de la sección transversal determina la energía que el dispersor extrae de la onda incidente.

Dispersión Figura 5: Ilustración del área de la sección transversal de dispersión y la ganancia de la retrodispersión. En (a) se presenta un área grande y la mayor parte de la energía se dirige hacia atrás. En (b) el objetivo presenta una pequeña sección transversal y la señal dispersa no se dirige de regreso al receptor.

La señal de energía extraída se puede absorber o volver a irradiar en cualquier dirección. La ganancia de retrodispersión mide la cantidad de energía que se vuelve a irradiar en la dirección de la señal incidente, como se muestra en la Figura 5.

La ganancia de retrodispersión y el área de la sección transversal se calculan a partir de modelos numéricos o se miden para formas geométricas estándar en laboratorios. Algunas geometrías simples producen fórmulas de ganancia de retrodispersión analíticas relativamente compactas.

El área de la sección transversal es una función de la sección transversal geométrica real de un objeto, así como del contraste en las propiedades eléctricas. La ganancia retrodifundida está controlada principalmente por los atributos geométricos del objeto.

¿Qué significa todo esto?

En pocas palabras, las respuestas del radar son una función tanto del contraste de propiedades físicas como de la geometría. La respuesta de una esfera, como se muestra en la Figura 6, ilustra este concepto.

Dispersión de esferas Figura 6: Dispersión de un cuerpo esférico en función de la dimensión de la esfera. Para una esfera pequeña, domina el tamaño. Para una esfera grande, la respuesta se acerca a un objetivo plano.

Para objetos pequeños, la cantidad de energía dispersada aumenta como la cuarta potencia de la dimensión objetivo. Cuando el objetivo se vuelve grande, la respuesta se estabiliza y se acerca a la de un límite plano (es decir, el coeficiente de reflexión de Fresnel). Entre los extremos, la respuesta oscilará debido a la interferencia constructiva y destructiva dentro del objetivo.

¿Cómo selecciono una frecuencia GPR?

La selección de frecuencia está controlada por dos requisitos de levantamiento: profundidad de exploración y longitud de resolución, como se muestra en la Figura 1. La longitud de resolución indica la capacidad de identificar de forma única objetivos muy próximos. Se pueden encontrar más detalles sobre la duración de la resolución en EKKO_Update de enero de 2003.

Resolución de profundidad Figura 1: La selección de frecuencia se controla mediante la profundidad de exploración y la longitud de resolución, D Z.

La profundidad de exploración depende de muchos factores específicos del sitio, siendo el más importante la tasa de atenuación de la señal en el material anfitrión. La tasa de atenuación depende de la frecuencia GPR como se indica en la Figura 2.

Atenuación de frecuencia Figura 2: La atenuación dicta la profundidad de exploración. En un material ideal, la atenuación se estabiliza por encima de la frecuencia de transición. En entornos reales, la dispersión de agua o volumen hace que la atenuación aumente con la frecuencia. La aparición de pérdidas de alta frecuencia es muy específica del sitio.

En un material ideal, la atenuación se estabiliza a alta frecuencia. En materiales reales, la heterogeneidad y la absorción de relajación de agua aumentan la atenuación a alta frecuencia. Las pérdidas por dispersión, como se ilustra en la Figura 3, siempre ocurren. Una farola en la niebla es una buena analogía. Las gotas de agua dispersan la luz, lo que reduce considerablemente la visibilidad (es decir, disminuye la penetración de la luz).

Señal dispersa Figura 3: Las señales GPR se dispersan por pequeñas heterogeneidades en las propiedades del material que reducen la señal transmitida.

La longitud de resolución varía proporcionalmente con la frecuencia GPR, ya que el ancho de banda del sistema es igual a la frecuencia central para los GPR de impulso o banda base, como se muestra en la Figura 4.

Resolucion espacial Figura 4: Resolución espacial versus longitud de frecuencia. La velocidad del material cambia la resolución espacial.

Las Figuras 2 y 4 ilustran el dilema: a medida que aumenta la frecuencia de GPR, la resolución aumenta pero la profundidad de exploración disminuye. La solución de compromiso tiene una solución lógica pero no siempre única.

Trazar la profundidad de exploración frente a la frecuencia, como se muestra en la Figura 5, proporciona la base de esta discusión. Por simplicidad, la profundidad de exploración se selecciona para que tenga tres longitudes de atenuación en el material. La longitud de la atenuación es la inversa de la tasa de atenuación y, a menudo, se denomina profundidad de la piel.

Profundidad de exploración GPR Figura 5: La profundidad de exploración (se supone que son tres longitudes de atenuación) varía con la frecuencia. La disminución de la profundidad de exploración a alta frecuencia limita la frecuencia GPR práctica superior.

Como se muestra en la Figura 6, el ancho de banda de GPR debe estar entre las áreas sombreadas donde GPR no es un método apropiado (la dispersión es demasiado grande). Para una resolución máxima, se selecciona fc de manera que el borde superior del ancho de banda de GPR toque la curva de profundidad de exploración. En algunas situaciones, se puede seleccionar un rango de resoluciones y frecuencias centrales (Figura 7) mientras que algunas situaciones dejan pocas opciones (Figura 8).

Ancho de banda GPR Figura 6: En una escala logarítmica, el ancho de banda de GPR y, por lo tanto, la resolución aumentan y disminuyen a medida que cambia la frecuencia central. La resolución más alta (longitud de resolución más pequeña) se logra cuando el borde superior del cuadro de ancho de banda toca la curva de profundidad de exploración a la profundidad de exploración deseada. Rango de resoluciones Figura 7: La frecuencia GPR se puede colocar en cualquier lugar de la región no sombreada, como se muestra en la figura. A medida que disminuye la frecuencia central, el ancho de banda, B, disminuye, lo que resulta en una resolución más baja. Frecuencia sin elección Figura 8: En algunos casos, no se puede elegir la frecuencia, como se muestra aquí. A medida que aumenta la longitud de la escala de heterogeneidad, el corte de alta frecuencia se mueve hacia abajo.

El siguiente es un algoritmo simplificado que puede codificarse en una hoja de cálculo y usarse para estimar fc basado en esta lógica. (a) Caracterice el sitio estimando la permitividad relativa local, K, la conductividad de baja frecuencia y la escala de heterogeneidad, L (longitud típica de variabilidad local en el material huésped). (b) Calcule la profundidad de exploración (vea la Figura 5).

Ecuación de profundidad de exploración Sigma-ms

(c) Especifique la profundidad de exploración deseada, D (debe ser menor que dplat). (d) Estimar el factor límite de alta frecuencia para la dispersión.

Ecuación beta

(e) Estimar la relación de resolución máxima

Relación de resolución

usar

R-beta d-relaciones

(f) Si R <1, GPR es inapropiado. (g) Si R> 1, la frecuencia central de GPR que da el compromiso más justo entre la profundidad y la resolución es:

Frecuencia central

Si el host está muy húmedo (alto contenido de agua> 5%), entonces fc debe limitarse a menos de 1500 MHz si el valor calculado es mayor.

Resultados de ejemplo

Estos resultados son límites superiores de frecuencia. No se incluye en este análisis simple el hecho de que la potencia y la sensibilidad del sistema GPR tienden a aumentar con la frecuencia decreciente. Usar una frecuencia algo más baja que la calculada es a menudo una buena elección.

¿Cómo se puede extraer la velocidad de las hipérbolas?

Determinar con precisión la profundidad de una reflexión en un registro de datos GPR requiere saber qué tan rápido viajan las señales en el material bajo investigación. Se utilizan varias técnicas como CMP (punto medio común), WARR (reflexión y refracción de gran angular), objetivo de profundidad conocida, ajuste hiperbólico a un objetivo local y ajuste de cola de difracción.

Todas estas técnicas requieren mediciones de GPR a lo largo de una poligonal en la que la geometría varía de forma controlada. En otras palabras, la distancia a un objetivo varía de manera que se pueden extraer estimaciones de velocidad.

GPR-transversal Figura 1: La travesía del GPR debe ser perpendicular a la dirección de golpe de la tubería o cable.

Para la ubicación de tuberías y cables, o, en el ejemplo de Conquest de ubicación de barras de refuerzo y conductos, las características lineales largas son objetivos localizados si el sistema GPR atraviesa perpendicularmente la alineación de la característica (Figura 1). Para estimar la velocidad, la longitud de la trayectoria hasta el objeto debe variar.

Vista en planta transversal Figura 2: Vista en planta mirando hacia el suelo desde arriba. La poligonal 1 es perpendicular al golpe y es óptima para la determinación de la velocidad. La transversal 2 forma un ángulo oblicuo y la transversal 3 es paralela al eje de impacto de la tubería. Los datos de los recorridos 2 y 3 no son adecuados para determinar la velocidad.

La Figura 2 ilustra esto usando un tubo recto o un cable como ejemplo. Para extraer información de velocidad, el sistema de radar debe moverse perpendicularmente al eje de la tubería o cable. La dirección del eje largo se denomina comúnmente "dirección de golpe" o "golpe" para abreviar. Si un GPR atraviesa perpendicularmente al rumbo, la distancia varía desde el sistema de radar hasta la tubería de manera regular. Atravesar paralelo al golpe de la tubería no produce ningún cambio en la distancia de la tubería y, por lo tanto, un evento plano que no cambia en el registro GPR. Las Figuras 3 y 4 muestran estos dos extremos utilizando datos reales de una tubería de drenaje en un campo agrícola.

Tubo de arcilla perpendicular Figura 3: Datos de GPR sobre una tubería de drenaje de arcilla perpendicular a la dirección de la tubería (línea 1 en la figura 8) Tubo de arcilla paralelo Figura 4: Datos de GPR sobre una tubería de drenaje de arcilla paralela a la dirección de la tubería (línea 3 en la figura 8).

Las secciones transversales de GPR muestran la amplitud de la señal en función de la posición (normalmente en el eje horizontal indicado como x) y el tiempo (que normalmente es el eje vertical indicado como T). Un objetivo local tiene un tiempo de viaje frente a la posición como se muestra en la Figura 5. La forma matemática es una forma hiperbólica (U invertida en una sección GPR) que relaciona la posición espacial (x) con el tiempo de viaje (T). La Figura 6 muestra la respuesta en una sección transversal de GPR cuando se varía la profundidad del objetivo mientras que en la Figura 7 se cambia la velocidad para una profundidad fija.

Tiempo de viaje Ecuación-tiempo-viaje Figura 5: Relación entre la posición de GPR (x), la profundidad del objeto (d) y el tiempo de viaje (T). To es el tiempo de viaje cuando GPR está directamente sobre el objeto. Objetivos de profundidad variable Figura 6: Variaciones esquemáticas en la respuesta de GPR cuando se varía la profundidad del objeto para una velocidad constante. Objetivos de profundidad fija Figura 7: Variaciones esquemáticas en la respuesta de GPR cuando se varía la velocidad para una profundidad de objeto fija.

Una útil ayuda para la interpretación es ajustar visualmente una forma hiperbólica del modelo a los datos GPR como se ilustra en la Figura 8. Colocar la parte superior del modelo (punto del triángulo) sobre el vértice (parte superior de la U invertida) en la sección de datos selecciona To. El ajuste de la forma del modelo para que coincida con los datos produce una estimación de la velocidad, v. La combinación de vy To produce una estimación de la profundidad hasta la parte superior del objetivo.

Las buenas prácticas de campo implican varios recorridos sobre un objeto. Utilice únicamente el ajuste hiperbólico en la poligonal que dé la pendiente más pronunciada a los brazos de la U invertida. Este enfoque asegura obtener la velocidad más correcta. Una poligonal que no sea perpendicular al impacto (línea 2 en la Figura 8) siempre producirá una velocidad mayor que la velocidad verdadera y la profundidad del objeto parecerá más profunda que la realidad.

Ajuste de hipérbola DVL Figura 8: Ejemplo de ajuste de forma a una respuesta objetivo en la pantalla DVL en el campo. Esta función es estándar en los sistemas Noggin, Conquest y pulseEKKO.

¿Las emisiones de GPR son peligrosas para mi salud?

Los campos electromagnéticos de radiofrecuencia pueden representar un peligro para la salud cuando los campos son intensos. Los campos normales se han estudiado ampliamente durante los últimos 30 años sin una epidemiología concluyente que relacione los campos electromagnéticos con problemas de salud. Las discusiones detalladas sobre el tema se encuentran en las referencias y los sitios web que se enumeran a continuación.

La Comisión Federal de Comunicaciones de EE. UU. (FCC) y la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) especifican niveles aceptables para campos electromagnéticos. Las agencias correspondientes en otros países exigen niveles de poder similares. Las exposiciones máximas permitidas y la duración especificada por la FCC y OSHA varían con la frecuencia de excitación. La potencia equivalente de onda plana de umbral más bajo citada es de 0.2 mW / cm2 para la población general en la banda de frecuencia de 30 a 300 MHz. Todas las demás aplicaciones y frecuencias tienen tolerancias más altas, como se muestra gráficamente en la Figura 1.

Límites de la FCC Figura 1: Límites de la FCC para la máxima exposición permisible (MPE), densidad de potencia equivalente de onda plana mW / cm2.

Todos los productos de Sensors & Software Inc. pulseEKKO, Noggin® y Conquest ™ normalmente se operan al menos a 1 m del usuario y, como tales, están clasificados como dispositivos “móviles” según la FCC. Los niveles típicos de densidad de potencia a una distancia de 1 mo más de cualquier producto de Sensors & Software Inc. son menos de 10-3 mW / cm2, que son 200 a 10,000 veces más bajos que los límites obligatorios. Como tal, los productos de Sensors & Software Inc. no representan ningún riesgo para la salud y la seguridad cuando se operan de la manera normal de uso previsto.

Referencias

1. Preguntas y respuestas sobre los efectos biológicos y los peligros potenciales del campo electromagnético de radiofrecuencia.

Comisión Federal de Comunicaciones de EE. UU., Oficina de Ingeniería y Tecnología

Boletín OET 56 (contiene muchas referencias y sitios web)

2. Evaluación de cumplimiento con las pautas de la FCC para la exposición humana a campos electromagnéticos de radiofrecuencia.

Comisión Federal de Comunicaciones de EE. UU., Oficina de Ingeniería y Tecnología

Boletín OET 56 (contiene muchas referencias y sitios web)

3. Reglamentos de la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional de EE. UU., Párrafos 1910.67 y 1910.263.

Sitios web

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

¿Mi GPR causará interferencias con otros tipos de instrumentos que operan cerca?

Todos los gobiernos tienen regulaciones sobre el nivel de emisiones electromagnéticas que puede emitir un aparato electrónico. El objetivo es asegurar que un aparato o dispositivo no interfiera con ningún otro aparato o dispositivo de tal manera que haga que el otro aparato no funcione.

Sensors & Software Inc. prueba exhaustivamente sus productos de imágenes del subsuelo pulseEKKO, Noggin y Conquest utilizando casas de prueba profesionales independientes y cumplen con las últimas regulaciones de los EE. UU., Canadá, la Comunidad Europea y otras jurisdicciones importantes en materia de emisiones.

Los instrumentos GPR se consideran dispositivos UWB (banda ultra ancha). Los regímenes regulatorios de todo el mundo están elaborando nuevas reglas para los dispositivos UWB. Sensors & Software Inc. mantiene un estrecho contacto con los reguladores para ayudar a guiar el desarrollo de estándares y asegurar que todos los productos cumplan. Debe monitorear continuamente el enlace "Noticias" en nuestro sitio web (www.sensoft.ca) para obtener actualizaciones sobre los estándares.

Los dispositivos electrónicos no siempre se han diseñado para tener una inmunidad adecuada. Si un Equipo GPR se coloca muy cerca de un dispositivo electrónico, pueden producirse interferencias. Si bien hasta la fecha no ha habido informes fundamentados de interferencia, si se observa algún comportamiento inusual en dispositivos cercanos, pruebe si la perturbación comienza y se detiene cuando el instrumento GPR se enciende y apaga. Si se confirma la interferencia, deje de usar el GPR.

¿Cuál es la diferencia entre los sistemas GPR en el dominio del tiempo y la frecuencia?

Los GPR en el dominio de la frecuencia y el tiempo, en principio, no son diferentes y en un mundo perfecto producirían resultados idénticos. La razón por la que existen dos tipos diferentes de sistemas se debe a varios enfoques de captura de señales transitorias de banda ancha cuando la captura directa no es posible electrónicamente (los convertidores A / D aún no son lo suficientemente rápidos para la mayoría de las aplicaciones GPR). El resultado es un montón de palabrería electrónica que confunde a los especialistas no electrónicos.

En el dominio de la frecuencia, las señales se emiten como una onda sinusoidal. Se extrae la respuesta, a medida que cambia la frecuencia de la sinusoide en un ancho de banda dado. La función de transferencia se mide mediante técnicas de mezcla o heterodilación. Mediante la manipulación adecuada de la señal (transformada de Fourier) se extrae la intensidad del eco frente al tiempo de retardo. Estos métodos de implementación se denominan FM-CW y radares de frecuencia escalonada.

En el dominio del tiempo, todas las frecuencias se emiten esencialmente al mismo tiempo e interfieren de manera constructiva para dar pulsos y crear directamente la intensidad del eco frente a la información de retardo del tiempo de viaje. La captura de señal utiliza la detección sincrónica de la señal. (La señal en el dominio de la frecuencia se puede sintetizar mediante la transformada de Fourier de la señal en el dominio del tiempo). Los nombres comunes para los sistemas en el dominio del tiempo son radares de impulso, banda base y UWB.

¿Cuáles son las ventajas de un sistema GPR digital sobre un sistema analógico?

Los sistemas GPR deben adquirir señales de radiofrecuencia que cambian muy rápidamente. La captura de estas señales para su análisis e interpretación requiere un grado considerable de sofisticación electrónica para que se adquieran datos de alta fidelidad.

GPR comercial utiliza muestreo de tiempo equivalente (ETS) para capturar las señales de ondas de radio transitorias. ETS utiliza los mismos principios que un estroboscopio. En su forma más temprana, los circuitos electrónicos analógicos se diseñaron para traducir el voltaje GPR que varía rápidamente en una señal de frecuencia de audio que se puede grabar y mostrar.

Con el tiempo, la tecnología GPR de captura de señales con ETS ha evolucionado sustancialmente. Los principales acontecimientos de los últimos 30 años han sido los siguientes.
(a) Grabación de la señal de frecuencia de audio analógica en grabadoras de cinta de audio analógicas para su reproducción.
(b) Digitalización de la señal de frecuencia de audio analógica para registrar los datos en cintas magnéticas digitales o discos de computadora. Las computadoras se utilizan para la reproducción y el análisis.
(c) Eliminación del escenario del instrumento de audio con captura de señal digital directa en la antena receptora mientras se mantiene el mismo reloj de señal analógica. Los datos digitales se registraron en medios digitales.
(d) Digitalización de la señal en la antena receptora con tiempos de retardo controlados digitalmente (por computadora). Se registran los datos digitales. Se eliminan todos los componentes analógicos del ETS. Se dice que tales sistemas utilizan muestreo de tiempo equivalente digital (DETS).

Los beneficios clave de DETS son los siguientes

(a) Estabilidad y fidelidad de amplitud de señal y sincronización.
(b) La capacidad de utilizar esquemas de compensación digital para asegurar la linealidad y calibración de la base de tiempo. (c) Adquisición de datos GPR bajo demanda sin la necesidad de mantener funcionando el reloj analógico.
(d) Eliminación de las etapas de filtrado analógico en los circuitos ETS de la porción de audio que pueden crear distracción.
(e) Capacidad para recopilar datos sincronizados espacialmente (es decir, los datos se recopilan en una ubicación conocida activada por el usuario o el posicionamiento electrónico). No es necesario usar una banda de goma para eliminar las variaciones de velocidad de giro.
(f) Capacidad para usar apilamiento programable versus tiempo de retardo GPR.
(g) Capacidad para registrar una variedad de datos de diagnóstico con cada traza GPR.

Todos los sistemas GPR de Sensors & Software utilizan DETS para garantizar la mayor calidad de datos GPR posible.

¿Qué ventajas ofrece Conquest para la inspección del hormigón sobre otros métodos de END?

Comparado con los rayos X:

  • GPR / Conquest no presenta ningún peligro para la salud y dicho trabajo se puede realizar durante el horario laboral normal. Con los rayos X, el trabajo debe realizarse cuando no hay personas en las cercanías debido a los peligros de la radiación parásita; esto generalmente significa trabajar después de la medianoche.
  • El personal de rayos X debe estar certificado y el trabajo requerirá varias personas en el sitio, algunas para configurar y operar la máquina y otras para asegurarse de que no haya personas no autorizadas presentes. Conquest requiere que una sola persona lo opere y solo necesita comprender la teoría básica de GPR para interpretar los resultados. No es necesaria una certificación formal.
  • Con los rayos X, necesita acceder a ambos lados de una losa. Con Conquest, todo el escaneo se puede realizar desde un lado.
  • Los resultados de Conquest son en tiempo real, los rayos X requieren un poco de revelado y análisis de película en el camión.
  • Las profundidades hasta el objetivo se determinan fácilmente con Conquest, donde los rayos X requieren algunos cálculos y suposiciones que involucran la geometría de origen / objetivo.

Comparado con los medidores de cobertura:

  • Conquest puede penetrar mucho más profundo que los medidores de cobertura, que suelen ser buenos hasta un máximo de 5 ″.
  • Los medidores de cobertura funcionan sobre la inducción magnética en estructuras metálicas de hormigón (por ejemplo, barras de refuerzo) y no recogerán un conducto no metálico. Conquest puede detectar estructuras metálicas y no metálicas.
  • Conquest puede determinar con precisión la profundidad de esas características, donde los medidores de cobertura estiman la profundidad con un gran margen de error.