FAQ GPR
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FAQ GPR

Trouvez des réponses aux questions fréquemment posées sur le radar pénétrant au sol.

Qu'est-ce que le GPR?

Radar à pénétration de sol (GPR) est le terme général appliqué aux techniques qui utilisent des ondes radio, généralement dans la gamme de fréquences de 1 à 1000 MHz, pour cartographier des structures et des éléments enfouis dans le sol (ou dans des structures artificielles). Historiquement, GPR était principalement axé sur la cartographie des structures dans le sol; plus récemment, le GPR a été utilisé dans les essais non destructifs de structures non métalliques.

Le concept d'application d'ondes radio pour sonder la structure interne du sol n'est pas nouveau. Sans aucun doute, les premiers travaux les plus réussis dans ce domaine ont été l'utilisation de radio-échosondeurs pour cartographier l'épaisseur des calottes glaciaires dans l'Arctique et l'Antarctique et sonder l'épaisseur des glaciers. Le travail avec GPR dans des environnements non glaciaires a commencé au début des années 1970. Les premiers travaux se sont concentrés sur les applications des sols de pergélisol.

Les applications GPR ne sont limitées que par l'imagination et la disponibilité d'une instrumentation appropriée. Ces jours-ci, le GPR est utilisé dans de nombreux domaines différents, y compris la localisation des services publics enfouis, l'évaluation des sites miniers, les enquêtes médico-légales, les fouilles archéologiques, la recherche de mines terrestres enfouies et de munitions non explosées, et la mesure de l'épaisseur et de la qualité de la neige et de la glace pour la gestion des pistes de ski et la prévision des avalanches, pour n'en nommer que quelques-uns.

Comment cela fonctionne ? 

  1. Émet des signaux de fréquence radio faibles
  2. Détecte les échos renvoyés et les utilise pour construire une image
  3. Affiche le délai et la force du signal

Le GPR est comme un sondeur de poissons et un écho

Détecteur de poisson

  1. Le chercheur envoie un ping
  2. Le signal est diffusé par le poisson
  3. Le signal est diffusé par le bas

Enregistrement du détecteur de poissons

  1. Au fur et à mesure que le bateau se déplace, il recueille des enregistrements
  2. Les enregistrements sont affichés côte à côte
  3. Le résultat ressemble à une coupe transversale

Profondeurs d'exploration GPR

GPR-exploration-profondeurs

La profondeur d'exploration est spécifique au site

  • les sols absorbent les ondes radio
  • le sable et le gravier sont favorables au GPR
  • les sols à grains fins tels que le limon et l'argile absorbent les signaux
  • l'eau salée est totalement opaque

Qu'est-ce qui est si difficile avec GPR?

Terrain complexe

  1. Le terrain est plus compliqué
  2. Les structures artificielles sont complexes
  3. Certaines choses ne reflètent tout simplement pas
  4. Certains motifs absorbent tous les signaux

Pourquoi le tuyau ne ressemble-t-il pas à un tuyau?

Coupe transversale GPR

  • le record GPR est une pseudo image du sol
  • les traits localisés deviennent des hyperboles (V inversés)
  • le GPR envoie des signaux dans le sol dans toutes les directions
  • les échos sont observés de toutes les directions
  • l'approche la plus proche (au-dessus de la cible) se produit au sommet de V
  • la forme du V inversé permet de déterminer la profondeur exacte

À quelle profondeur le GPR peut-il voir?

«À quelle profondeur pouvez-vous voir?» est la question la plus fréquemment posée aux fournisseurs de radars à pénétration de sol (GPR). Bien que la physique soit bien connue, la plupart des nouveaux utilisateurs de GPR ne réalisent pas qu'il existe des limitations physiques fondamentales.

Beaucoup de gens pensent que la pénétration du GPR est limitée par l'instrumentation. Cela est vrai dans une certaine mesure, mais la profondeur d'exploration est principalement régie par le matériau lui-même et aucune amélioration de l'instrumentation ne dépassera les limites physiques fondamentales.

Qu'est-ce qui contrôle la pénétration?

Les ondes radio ne pénètrent pas loin dans les sols, les roches et la plupart des matériaux artificiels tels que le béton. La perte de réception radio ou de connexion de téléphone portable lors de la conduite d'une voiture dans un tunnel ou dans un parking souterrain en témoigne.

Le fait que le GPR fonctionne du tout dépend de l'utilisation de systèmes de mesure très sensibles et de circonstances spécialisées. Les ondes radio diminuent de façon exponentielle et deviennent rapidement indétectables dans les matériaux absorbant l'énergie, comme le montre la figure 1.

Désintégration des signaux GPR Figure 1: Les signaux GPR se désintègrent de manière exponentielle dans le sol et la roche.

Le coefficient d'atténuation exponentielle, a, est principalement déterminé par la capacité du matériau à conduire des courants électriques. Dans les matériaux uniformes simples, c'est généralement le facteur dominant; ainsi une mesure de la conductivité électrique (ou résistivité) détermine l'atténuation.

Dans la plupart des matériaux, l'énergie est également perdue en raison de la dispersion de la variabilité des matériaux et de la présence d'eau. L'eau a deux effets; tout d'abord, l'eau contient des ions qui contribuent à la conductivité en vrac. Deuxièmement, la molécule d'eau absorbe l'énergie électromagnétique à des fréquences élevées généralement supérieures à 1000 MHz (exactement le même mécanisme qui explique pourquoi les fours à micro-ondes fonctionnent).

L'atténuation augmente avec la fréquence, comme le montre la figure 2. Dans les environnements qui se prêtent au sondage GPR, il existe généralement un plateau dans la courbe d'atténuation en fonction de la fréquence qui définit la «fenêtre GPR».

Figure 2: L'atténuation varie en fonction de la fréquence d'excitation et du matériau. Cette famille de graphiques illustre les tendances générales. Aux basses fréquences (1000 MHz), l'eau est un puissant absorbeur d'énergie.

Puis-je diminuer la fréquence pour améliorer la pénétration?

La réduction de la fréquence améliore la profondeur d'exploration car l'atténuation augmente principalement avec la fréquence. Lorsque la fréquence diminue, cependant, deux autres aspects fondamentaux de la mesure GPR entrent en jeu.

Premièrement, la réduction de la fréquence entraîne une perte de résolution. Deuxièmement, si la fréquence est trop basse, les champs électromagnétiques ne se déplacent plus sous forme d'ondes mais diffusent ce qui est le domaine des mesures inductives EM ou courants de Foucault.

Pourquoi ne puis-je pas simplement augmenter la puissance de mon émetteur?

On peut augmenter la profondeur d'exploration en augmentant la puissance de l'émetteur. Malheureusement, la puissance doit augmenter de façon exponentielle afin d'augmenter la profondeur d'exploration.

Atténuation-profondeur Figure 3: Lorsque l'atténuation limite la profondeur d'exploration, la puissance doit augmenter de façon exponentielle avec la profondeur.

La figure 3 montre la puissance relative nécessaire pour sonder à une profondeur donnée pour les atténuations représentées sur la figure 1. On peut facilement voir que les augmentations de profondeur d'exploration nécessitent de grandes sources d'énergie.

En plus des contraintes pratiques, les gouvernements réglementent le niveau des émissions radio pouvant être générées. Si les signaux de l'émetteur GPR deviennent trop importants, ils peuvent interférer avec d'autres instruments, téléviseurs, radios et téléphones portables. (Malheureusement, ces mêmes appareils omniprésents sont généralement les sources de bruit limitantes pour les récepteurs GPR!)

Puis-je prédire la profondeur d'exploration?

Oui, à condition que le matériau à palper soit connu électriquement, de nombreux programmes de calcul numérique sont disponibles. Le moyen le plus simple d'obtenir des estimations de la profondeur d'exploration consiste à utiliser l'analyse de l'équation de distance radar (RRE). Un logiciel pour effectuer ces calculs est disponible et il existe de nombreux articles sur le sujet. Les concepts de base sont illustrés à la figure 4.

Portée radar Figure 4: La portée du radar, représentée ici sous forme d'organigramme, détermine la distribution d'énergie et fournit un moyen d'estimer la profondeur d'exploration.

L'analyse RRE est très puissante pour les études paramétriques et les analyses de sensibilité.

La portée du radar est trop compliquée!

De nombreux utilisateurs disent que RRE est trop compliqué pour une utilisation de routine. Si vous n'aimez pas entrer dans des calculs détaillés, nous vous suggérons d'utiliser la règle empirique plus simple suivante pour estimer la profondeur d'exploration

D = 35 / mètres

où est la conductivité en mS / m. Bien qu'elle ne soit pas aussi fiable que le RRE, cette règle utile est très utile dans de nombreux contextes géologiques.

Une approche encore plus simple consiste à utiliser un tableau ou un graphique des profondeurs d'exploration atteintes dans les matériaux courants. Un exemple de graphique pour les matériaux courants rencontrés avec le GPR est présenté à la figure 5.

GPR-exploration-profondeurs Figure 5: Graphique des profondeurs d'exploration dans les matériaux courants. Ces données sont basées sur les observations du «meilleur cas». Comme le montre la figure 9, le matériau à lui seul n'est pas une véritable mesure de la profondeur d'exploration.

Les figures 6, 7 et 8 montrent des exemples qui vont de l'exploration profonde à peu profonde. Le type de matériau peut être vu pour contrôler la profondeur d'exploration. Malheureusement, l'exploration ne peut pas toujours être prédite en ne connaissant que le matériel dans la zone d'étude.

Données granitiques Figure 6: Données d'un granit massif - les reflets sont des fractures. Données sur la litière dans le sable humide Figure 7: Données montrant la litière dans les dépôts de sable humides. Barils en argile humide Figure 8: Les données montrent la réponse des barils dans de l'argile limoneuse humide.

La figure 9 montre une coupe où la géologie est essentiellement uniforme mais la profondeur d'exploration est très variable. La conductivité de l'eau interstitielle varie alors que le matériau géologique est invariant! Dans ce cas, la connaissance de la conductivité fournit une meilleure mesure de la profondeur d'exploration que la connaissance du matériau.

Données de sable Figure 9: Coupe GPR à partir du réglage du sable. La profondeur d'exploration est déterminée par la conductivité de l'eau interstitielle et non par le sable. Les contaminants lixiviés d'une décharge provoquent une conductivité (et une profondeur d'exploration) variables avec la position.

Qu'est-ce qui crée les réflexions GPR?

Les mesures de radar de pénétration du sol (GPR), telles qu'illustrées à la figure 1, détectent l'énergie réfléchie ou diffusée. Dans le jargon technique, les réflexions sont créées par des changements d'impédance électromagnétique associés aux variations de propriétés. Malheureusement, de nombreux utilisateurs de GPR ne sont pas familiarisés avec les aspects les plus ésotériques des champs radio et des propriétés des matériaux.

Données classiques GPR Figure 1: Ensemble de données classique montrant les réflexions des objets présents dans la zone d'enquête.

Quelles sont les propriétés des matériaux?

Les «propriétés du matériau» caractérisent les attributs physiques d'un matériau. Ces propriétés vont de la densité, de l'élasticité, de la porosité, de la conductivité thermique, de la couleur, du tissu et de la texture à une foule d'autres propriétés. Les propriétés physiques importantes pour les ondes radio sont la permittivité diélectrique, la conductivité électrique et la perméabilité magnétique.

Le GPR répond aux modifications des propriétés électriques et magnétiques. Les gens ont naturellement tendance à caractériser une cible par ses propriétés visuelles ou mécaniques (c'est-à-dire directement détectées par la vue, le toucher, etc.). Une corrélation existe souvent entre les propriétés électriques et d'autres propriétés physiques; par conséquent, les réponses GPR sont souvent conformes aux idées préconçues des gens.

Pourquoi les propriétés électriques sont-elles importantes?

Les propriétés électriques contrôlent la façon dont les ondes électromagnétiques traversent un matériau; la permittivité diélectrique contrôle principalement la vitesse des vagues; et la conductivité détermine l'atténuation du signal.

Les réflexions radar se produisent lorsque les ondes radio rencontrent un changement de vitesse ou d'atténuation. Plus le changement de propriétés est important, plus le signal est réfléchi.

De nombreux concepts GPR sont dérivés de l'optique. Par exemple, la loi de Snell décrit la flexion des rayons lumineux et des ondes radio à une frontière entre les matériaux représentés sur la figure 2. La flexion (ou réfraction) dépend du changement de vitesse d'onde entre les matériaux.

Tout comme en optique, les ondes radio sont partiellement transmises et partiellement réfléchies aux frontières et le coefficient de réflexion de Fresnel décrit à la fois les ondes lumineuses et les ondes radar.

Frontières-réflexions Figure 2: ondes radar partiellement transmises et réfléchies aux frontières. Les rayons changent également de direction en traversant la frontière.

Que sont les coefficients de Fresnel?

Les coefficients de réflexion de Fresnel quantifient l'amplitude des signaux réfléchis et transmis aux frontières. Le rapport des amplitudes du signal réfléchi sur incident est le coefficient de réflexion; le rapport des amplitudes du signal transmis sur le signal incident est le coefficient de transmission.

Les coefficients de réflexion dépendent de l'angle d'incidence, de la polarisation du champ incident et du contraste de vitesse. La figure 3 illustre la variation du coefficient de réflexion en fonction de l'angle d'incidence et de la polarisation pour une onde GPR incidente à la nappe phréatique où un contraste de vitesse de 1.6: 1 pourrait se produire.

Polarisations 2 polarisations Figure 3: L'amplitude des signaux réfléchis dépend du contraste de vitesse, de la direction d'incidence et de la polarité. Les réflexions des deux polarisations au niveau d'une nappe phréatique sont représentées.

La plupart des situations ne sont pas aussi simples; La taille et la forme du réflecteur sont également importantes. Les puristes soutiennent que les réflexions sont des abstractions et que toutes les réponses sont des réponses de dispersion. Les coefficients de réflexion de Fresnel supposent implicitement une interface plane et très étendue. Cela est rarement vrai en réalité.

Comment les formes irrégulières sont-elles traitées?

Certaines sources courantes de réponses radar sont illustrées à la figure 4. Les limites approximatives, les caractéristiques localisées, les longs tuyaux et câbles minces sont tous beaucoup plus courants que la limite plane.

Cibles GPR Figure 4: Les cibles GPR communes peuvent avoir une variété de géométries et d'échelles spatiales.

La géométrie devient importante lorsque les dimensions de la géométrie limite approchent de la même taille que la dimension spatiale du signal radar (c'est-à-dire la longueur d'onde). Lorsque cela se produit, les cibles doivent être considérées comme des ensembles de points de diffusion qui capturent et réémettent chacun une partie du signal incident. Ces diffuseurs individuels interagissent les uns avec les autres pour augmenter ou réduire l'énergie réémise. Les diffuseurs sont caractérisés par leur section radar et un gain de rétrodiffusion.

Qu'est-ce que la section transversale GPR et le gain de dispersion arrière?

La section transversale est une mesure de la zone effective qu'un diffuseur projette dans le trajet du signal radar incident. L'énergie du front d'onde radar incident par unité de surface multipliée par la surface de la section transversale détermine l'énergie que le diffuseur extrait de l'onde incidente.

Diffusion Figure 5: Illustration de la section transversale de diffusion et du gain de rétrodiffusion. En (a) une grande zone est présentée et la plupart de l'énergie est renvoyée. En (b), la cible présente une petite section transversale et le signal diffusé n'est pas renvoyé vers le récepteur.

Le signal extrait d'énergie peut être absorbé ou réémis dans n'importe quelle direction. Le gain de rétrodiffusion mesure la quantité d'énergie ré-rayonnée dans la direction du signal incident, comme illustré à la figure 5.

Le gain de rétrodiffusion et l'aire de la section transversale sont soit calculés à partir de la modélisation numérique, soit mesurés pour des formes géométriques standard dans les laboratoires. Certaines géométries simples donnent des formules analytiques de gain de rétrodiffusion relativement compactes.

L'aire de la section transversale est fonction de la section transversale géométrique réelle d'un objet ainsi que du contraste des propriétés électriques. Le gain rétrodiffusé est principalement contrôlé par les attributs géométriques de l'objet.

Qu'est-ce que tout cela signifie?

En un mot, les réponses radar sont fonction à la fois du contraste des propriétés physiques et de la géométrie. La réponse d'une sphère, telle que représentée sur la figure 6, illustre ce concept.

Diffusion de sphères Figure 6: Diffusion à partir d'un corps sphérique en fonction de la dimension de la sphère. Pour une petite sphère, la taille domine. Pour une grande sphère, la réponse s'approche d'une cible plane.

Pour les petits objets, la quantité d'énergie diffusée augmente en tant que quatrième puissance de la dimension cible. Lorsque la cible devient grande, la réponse se stabilise et se rapproche de celle d'une frontière plane (c'est-à-dire le coefficient de réflexion de Fresnel). Entre les extrêmes, la réponse oscillera en raison des interférences constructives et destructives au sein de la cible.

Comment sélectionner une fréquence GPR?

La sélection de la fréquence est contrôlée par deux exigences d'enquête - la profondeur d'exploration et la longueur de résolution, comme le montre la figure 1. La longueur de résolution indique la capacité d'identifier de manière unique des cibles rapprochées. Plus de détails sur la longueur de la résolution peuvent être trouvés dans le EKKO_Update de janvier 2003.

Résolution en profondeur Figure 1: La sélection de fréquence est contrôlée par la profondeur d'exploration et la longueur de résolution, D Z.

La profondeur d'exploration dépend de nombreux facteurs spécifiques au site, le plus important étant le taux d'atténuation du signal dans le matériau hôte. Le taux d'atténuation dépend de la fréquence GPR comme indiqué sur la figure 2.

Atténuation de fréquence Figure 2: L'atténuation dicte la profondeur d'exploration. Dans un matériau idéal, les plateaux d'atténuation sont supérieurs à la fréquence de transition. Dans des environnements réels, la diffusion de l'eau ou du volume entraîne une augmentation de l'atténuation avec la fréquence. Le sur-ensemble des pertes haute fréquence est très spécifique au site.

Dans un matériau idéal, l'atténuation des plateaux à haute fréquence. Dans les matériaux réels, l'hétérogénéité et l'absorption de la relaxation de l'eau augmentent l'atténuation à haute fréquence. Des pertes de diffusion, comme illustré à la figure 3, se produisent toujours. Un réverbère dans le brouillard est une bonne analogie. Les gouttes d'eau dispersent la lumière, ce qui réduit considérablement la visibilité (c'est-à-dire que la pénétration de la lumière est diminuée).

Signal diffusé Figure 3: Les signaux GPR sont dispersés par de petites hétérogénéités dans les propriétés des matériaux qui réduisent le signal transmis.

La longueur de résolution varie proportionnellement avec la fréquence GPR puisque la bande passante du système est égale à la fréquence centrale pour les GPR à impulsion ou en bande de base, comme illustré à la figure 4.

Résolution spatiale Figure 4: Résolution spatiale en fonction de la longueur de fréquence. La vitesse du matériau change la résolution spatiale.

Les figures 2 et 4 illustrent le dilemme: à mesure que la fréquence GPR augmente, la résolution augmente mais la profondeur d'exploration diminue. La solution de compromis a une solution logique mais pas toujours unique.

Le tracé de la profondeur d'exploration en fonction de la fréquence, comme le montre la figure 5, fournit la base de cette discussion. Pour plus de simplicité, la profondeur d'exploration est choisie pour être de trois longueurs d'atténuation dans le matériau. La longueur d'atténuation est l'inverse du taux d'atténuation et est souvent appelée profondeur de peau.

Profondeur d'exploration GPR Figure 5: La profondeur d'exploration (supposée être de trois longueurs d'atténuation) varie avec la fréquence. La diminution de la profondeur d'exploration à haute fréquence limite la fréquence GPR pratique supérieure.

Comme le montre la figure 6, la bande passante GPR doit se situer entre les zones ombrées où le GPR n'est pas une méthode appropriée (la dispersion est tout simplement trop grande). Pour une résolution maximale, fc est sélectionné de telle sorte que le bord supérieur de la bande passante GPR touche la courbe de profondeur d'exploration. Dans certaines situations, une gamme de résolutions et de fréquences centrales peut être sélectionnée (Figure 7) tandis que certaines situations laissent peu de choix (Figure 8).

Bande passante GPR Figure 6: Sur une échelle logarithmique, la bande passante GPR et, par conséquent, la résolution augmentent et diminuent lorsque la fréquence centrale est modifiée. La résolution la plus élevée (la plus petite longueur de résolution) est obtenue lorsque le bord supérieur de la zone de bande passante touche la courbe de profondeur d'exploration à la profondeur d'exploration souhaitée. Plage de résolutions Figure 7: La fréquence GPR peut être placée n'importe où dans la région non ombrée, comme illustré sur la figure. Lorsque la fréquence centrale diminue, la bande passante, B, diminue, ce qui entraîne une résolution plus faible. Fréquence sans choix Figure 8: Dans certains cas, il n'y a pas de choix de fréquence, comme illustré ici. Lorsque la longueur de l'échelle d'hétérogénéité augmente, la coupure haute fréquence diminue.

Ce qui suit est un algorithme simplifié qui peut être codé dans une feuille de calcul et utilisé pour estimer fc sur la base de cette logique. (a) Caractériser le site en estimant la permittivité relative locale, K, la conductivité basse fréquence et l'échelle d'hétérogénéité, L (longueur typique de la variabilité locale dans le matériau hôte). (b) Calculez la profondeur d'exploration (voir Figure 5).

Exploration-profondeur-équation Sigma-ms

(c) Spécifiez la profondeur d'exploration souhaitée, D (doit être inférieure à dplat). (d) Estimation du facteur limite haute fréquence pour la diffusion

Équation bêta

(e) Estimation du rapport de résolution maximal

Rapport de résolution

en utilisant

R-bêta relations d

(f) Si R <1, le GPR est inapproprié. (g) Si R> 1, alors la fréquence centrale GPR qui donne le compromis profondeur la plus juste par rapport à la longueur de résolution est:

Fréquence centrale

Si l'hôte est très humide (teneur en eau élevée> 5%), alors fc doit être limité à moins de 1500 MHz si la valeur calculée est supérieure.

Exemple-résultats

Ces résultats sont des limites supérieures de fréquence. Cette analyse simple n'inclut pas le fait que la puissance et la sensibilité du système GPR ont tendance à augmenter avec la fréquence décroissante. Utiliser une fréquence légèrement inférieure à celle calculée est souvent un choix judicieux.

Comment la vitesse peut-elle être extraite des hyperboles?

Pour déterminer avec précision la profondeur d'une réflexion dans un enregistrement de données GPR, il faut connaître la vitesse à laquelle les signaux se déplacent dans le matériau étudié. Plusieurs techniques sont utilisées telles que CMP (point médian commun), WARR (réflexion et réfraction grand angle), cible de profondeur connue, adaptation hyperbolique à une cible locale et correspondance de queue de diffraction.

Toutes ces techniques nécessitent des mesures GPR le long d'une traversée où la géométrie varie de manière contrôlée. En d'autres termes, la distance à une cible varie de telle sorte que des estimations de vitesse peuvent être extraites.

Traversée GPR Figure 1: La traverse GPR doit être perpendiculaire à la direction du tuyau ou du câble.

Pour l'emplacement des tuyaux et des câbles, ou, dans l'exemple Conquest de l'emplacement des barres d'armature et des conduits, les longues entités linéaires sont des cibles localisées si le système GPR traverse perpendiculairement à l'alignement des entités (Figure 1). Pour estimer la vitesse, la longueur du trajet vers l'objet doit varier.

Vue en plan transversal Figure 2: Vue en plan avec vue sur le sol d'en haut. La trajectoire 1 est perpendiculaire à la direction et est optimale pour la détermination de la vitesse. La traverse 2 est à un angle oblique et la traverse 3 est parallèle à l'axe de la direction du tuyau. Les données des parcours 2 et 3 ne conviennent pas pour déterminer la vitesse.

La figure 2 illustre cela en utilisant un tuyau ou un câble droit comme exemple. Afin d'extraire les informations de vitesse, le système radar doit être déplacé perpendiculairement à l'axe du tuyau ou du câble. La direction de l'axe long est communément appelée «direction de frappe» ou «frappe» en abrégé. Si un GPR traverse perpendiculairement à la frappe, la distance varie du système radar au tuyau de façon régulière. Traverser parallèlement à la direction du tuyau ne produit aucun changement dans la distance du tuyau et, par conséquent, un événement plat et non changeant sur l'enregistrement GPR. Les figures 3 et 4 montrent ces deux extrêmes en utilisant des données réelles provenant d'un tuyau de drainage dans un champ agricole.

Argile-pipe-perpendiculaire Figure 3: Données GPR sur un tuyau de drainage en argile perpendiculaire à la direction du tuyau (ligne 1 sur la figure 8) Argile-pipe-parallèle Figure 4: Données GPR sur un tuyau de drainage en argile parallèle à la direction du tuyau (ligne 3 sur la figure 8).

Les sections transversales GPR affichent l'amplitude du signal en fonction de la position (normalement sur l'axe horizontal noté x) et du temps (qui est normalement l'axe vertical noté T). Une cible locale a un temps de déplacement en fonction de la position comme illustré sur la figure 5. La forme mathématique est une forme hyperbolique (U inversé sur une section GPR) reliant la position spatiale (x) au temps de déplacement (T). La figure 6 montre la réponse dans une coupe transversale GPR lorsque la profondeur cible est modifiée tandis que sur la figure 7, la vitesse est modifiée pour une profondeur fixe.

Temps de voyage Équation de temps de trajet Figure 5: Relation entre la position GPR (x), la profondeur de l'objet (d) et le temps de parcours (T). To est le temps de trajet lorsque GPR est directement au-dessus de l'objet. Cibles à profondeur variable Figure 6: Variations schématiques de la réponse GPR lorsque la profondeur de l'objet varie pour une vitesse constante. Cibles à profondeur fixe Figure 7: Variations schématiques de la réponse GPR lorsque la vitesse varie pour une profondeur d'objet fixe.

Une aide à l'interprétation pratique consiste à ajuster visuellement une forme hyperbolique de modèle aux données GPR comme illustré à la figure 8. En plaçant le haut du modèle (point triangulaire) sur le sommet (haut du U inversé) dans la section de données, sélectionnez To. L'ajustement de la forme du modèle pour correspondre aux données donne une estimation de la vitesse, v. Combiner v et To donne une estimation de la profondeur jusqu'au sommet de la cible.

Une bonne pratique de terrain implique plusieurs traversées sur un objet. Utilisez uniquement l'ajustement hyperbolique sur la traverse qui donne la pente la plus raide aux bras du U inversé. Cette approche garantit l'obtention de la vitesse la plus correcte. Une traversée non perpendiculaire à la frappe (ligne 2 sur la figure 8) donnera toujours une vitesse supérieure à la vitesse réelle et la profondeur de l'objet apparaîtra plus profonde que la réalité.

Raccord hyperbole DVL Figure 8: Exemple de forme adaptée à une réponse cible sur l'écran DVL sur le terrain. Cette fonction est standard sur les systèmes Noggin, Conquest et pulseEKKO.

Les émissions de GPR sont-elles dangereuses pour ma santé?

Les champs électromagnétiques de radiofréquence peuvent présenter un danger pour la santé lorsque les champs sont intenses. Les champs normaux ont été largement étudiés au cours des 30 dernières années sans épidémiologie concluante reliant les champs électromagnétiques aux problèmes de santé. Des discussions détaillées sur le sujet sont contenues dans les références et les sites Web énumérés ci-dessous.

La Federal Communication Commission (FCC) des États-Unis et l'Administration de la sécurité et de la santé au travail (OSHA) spécifient toutes deux des niveaux acceptables pour les champs électromagnétiques. Des niveaux de puissance similaires sont prescrits par les agences correspondantes dans d'autres pays. Les expositions maximales autorisées et la durée spécifiée par la FCC et l'OSHA varient en fonction de la fréquence d'excitation. La puissance équivalente d'onde plane seuil la plus basse citée est de 0.2 mW / cm2 pour la population générale sur la bande de fréquences de 30 à 300 MHz. Toutes les autres applications et fréquences ont des tolérances plus élevées, comme illustré graphiquement sur la figure 1.

Limites FCC Figure 1: Limites FCC pour la densité de puissance équivalente aux ondes planes d'exposition maximale autorisée (MPE) mW / cm2.

Tous les produits Sensors & Software Inc. pulseEKKO, Noggin® et Conquest ™ sont normalement exploités à au moins 1 m de l'utilisateur et sont donc classés comme des appareils «mobiles» selon la FCC. Les niveaux de densité de puissance typiques à une distance de 1 m ou plus de tout produit Sensors & Software Inc. sont inférieurs à 10-3 mW / cm2 qui sont 200 à 10,000 XNUMX fois inférieurs aux limites prescrites. En tant que tels, les produits Sensors & Software Inc. ne présentent aucun risque pour la santé et la sécurité lorsqu'ils sont utilisés de la manière normale d'utilisation prévue.

Références

1. Questions et réponses sur les effets biologiques et les dangers potentiels du champ électromagnétique radioélectrique.

Commission fédérale des communications des États-Unis, Office of Engineering & Technology

OET Bulletin 56 (contient de nombreuses références et sites Web)

2. Évaluation de la conformité aux directives FCC pour l'exposition humaine aux champs électromagnétiques de radiofréquence.

Commission fédérale des communications des États-Unis, Office of Engineering & Technology

OET Bulletin 56 (contient de nombreuses références et sites Web)

3. Règlements de l'Administration américaine de la sécurité et de la santé au travail, paragraphes 1910.67 et 1910.263.

Sites Internet

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

Mon GPR causera-t-il des interférences avec d'autres types d'instruments fonctionnant à proximité?

Tous les gouvernements ont des réglementations sur le niveau des émissions électromagnétiques qu'un appareil électronique peut émettre. L'objectif est de garantir qu'un appareil ou dispositif n'interfère avec aucun autre appareil ou dispositif de manière à rendre l'autre appareil non fonctionnel.

Sensors & Software Inc. teste de manière approfondie ses produits d'imagerie souterraine pulseEKKO, Noggin et Conquest en utilisant des centres de test professionnels indépendants et se conforme aux dernières réglementations des États-Unis, du Canada, de la Communauté européenne et d'autres juridictions majeures en matière d'émissions.

Les instruments GPR sont considérés comme des appareils UWB (ultra large bande). Les régimes réglementaires du monde entier élaborent de nouvelles règles pour les appareils UWB. Sensors & Software Inc. maintient des contacts étroits avec les régulateurs pour aider à guider le développement des normes et s'assurer que tous les produits sont conformes. Vous devez surveiller en permanence le lien «Actualités» sur notre site Web (www.sensoft.ca) pour les mises à jour des normes.

Les appareils électroniques n'ont pas toujours été conçus pour une immunité adéquate. Si un Équipement GPR est placé à proximité immédiate d'un appareil électronique, des interférences peuvent se produire. Bien qu'il n'y ait eu aucun rapport justifié d'interférence à ce jour, si un comportement inhabituel est observé sur les appareils à proximité, vérifiez si la perturbation commence et s'arrête lorsque l'instrument GPR est allumé et éteint. Si l'interférence est confirmée, arrêtez d'utiliser le GPR.

Quelle est la différence entre les systèmes GPR fréquentiel et temporel?

Les GPR de fréquence et de domaine temporel ne sont en principe pas différents et, dans un monde parfait, donneraient des résultats identiques. La raison pour laquelle il existe deux types de systèmes différents découle de diverses approches de capture de signaux transitoires à large bande lorsque la capture directe n'est pas électroniquement possible (les convertisseurs A / N ne sont pas encore assez rapides pour la plupart des applications GPR). Le résultat est un tas de mumbo jumbo électronique qui confond les spécialistes non électroniques.

Dans le domaine fréquentiel, les signaux sont émis sous forme d'onde sinusoïdale. La réponse, lorsque la fréquence de la sinusoïde change sur une bande passante donnée, est extraite. La fonction de transfert est mesurée par des techniques d'hétérodynage ou de mélange. Par manipulation appropriée du signal (transformée de Fourier), l'intensité de l'écho en fonction du temps de retard est extraite. Ces méthodes de mise en œuvre sont appelées radars FM-CW et radars à fréquence échelonnée.

Dans le domaine temporel, toutes les fréquences sont émises essentiellement en même temps et elles interfèrent de manière constructive pour donner des impulsions et créer directement la force d'écho par rapport aux informations de retard de temps de trajet. La capture du signal utilise la détection synchrone du signal. (Le signal du domaine fréquentiel peut être synthétisé par transformée de Fourier du signal du domaine temporel). Les noms courants des systèmes de domaine temporel sont les radars à impulsion, à bande de base et UWB.

Quels sont les avantages d'un système GPR numérique par rapport à un système analogique?

Les systèmes GPR doivent acquérir des signaux de radiofréquence changeant très rapidement. La capture de ces signaux à des fins d'analyse et d'interprétation nécessite un degré considérable de sophistication électronique de sorte que des données de haute fidélité soient acquises.

Le GPR commercial utilise un échantillonnage en temps équivalent (ETS) pour capturer les signaux d'ondes radio transitoires. ETS utilise les mêmes principes qu'un stroboscope. Dans sa forme la plus ancienne, les circuits électroniques analogiques ont été conçus pour traduire la tension GPR variant rapidement en un signal de fréquence audio qui pouvait être enregistré et affiché.

Avec le temps, la technologie GPR de capture de signal avec ETS a considérablement évolué. Les principaux développements au cours des 30 dernières années ont été les suivants.
(a) Enregistrement du signal de fréquence audio analogique sur des magnétophones audio analogiques pour une lecture.
(b) Numérisation du signal de fréquence audio analogique pour enregistrer les données sur une bande magnétique numérique ou des disques informatiques. Les ordinateurs sont utilisés pour la relecture et l'analyse.
(c) Élimination de l'étage d'instrument audio avec capture directe du signal numérique au niveau de l'antenne de réception tout en conservant la même horloge de signal analogique. Les données numériques ont été enregistrées sur des supports numériques.
(d) Numérisation du signal à l'antenne de réception avec des temps de retard contrôlés numériquement (par ordinateur). Les données numériques sont enregistrées. Tous les composants ETS analogiques sont supprimés. On dit que ces systèmes utilisent l'échantillonnage numérique en temps équivalent (DETS).

Les principaux avantages du DETS sont les suivants

(a) Stabilité et fidélité de la synchronisation et de l'amplitude du signal.
(b) La capacité d'utiliser des schémas de compensation numérique pour assurer la linéarité et l'étalonnage de la base de temps. (c) Acquisition de données GPR à la demande sans qu'il soit nécessaire de maintenir la synchronisation analogique.
(d) Suppression des étages de filtrage analogiques dans les circuits ETS de la partie audio qui peuvent créer une distraction.
(e) Capacité de collecter des données spatialement synchronisées (c'est-à-dire que les données sont collectées à un emplacement connu déclenché par l'utilisateur ou le positionnement électronique). Pas besoin d'élastique pour éliminer les variations de vitesse de déplacement.
(f) Possibilité d'utiliser l'empilement programmable par rapport au temps de retard GPR.
(g) Possibilité d'enregistrer une variété de données de diagnostic avec chaque trace GPR.

Tous les systèmes GPR de Sensors & Software utilisent DETS pour assurer la meilleure qualité de données GPR possible.

Quels avantages Conquest offre-t-il pour l'inspection du béton par rapport aux autres méthodes CND?

Par rapport aux rayons X:

  • GPR / Conquest ne présente aucun risque pour la santé et de tels travaux peuvent être effectués pendant les heures normales de bureau. Avec les rayons X, les travaux doivent être effectués lorsqu'il n'y a personne à proximité en raison des risques de rayonnement parasite; cela signifie généralement travailler après minuit.
  • Le personnel de radiologie doit être certifié et le travail nécessitera plusieurs personnes sur place, certaines pour installer et faire fonctionner la machine et d'autres pour s'assurer qu'aucune personne non autorisée n'est présente. Conquest nécessite une seule personne pour l'exploiter et il leur suffit de comprendre la théorie de base du GPR pour interpréter les résultats. Aucune certification formelle n'est nécessaire.
  • Avec les rayons X, vous devez accéder aux deux côtés d'une dalle. Avec Conquest, toutes les numérisations peuvent être effectuées d'un seul côté.
  • Les résultats de la conquête sont en temps réel, les rayons X nécessitent un certain développement de film et une analyse dans le camion.
  • Les profondeurs à cibler sont facilement déterminées à l'aide de Conquest, où les rayons X nécessitent des calculs et des hypothèses impliquant la géométrie source / cible.

Par rapport aux mètres de couverture:

  • Conquest peut pénétrer beaucoup plus profondément que les mètres de couverture, qui sont généralement bons jusqu'à 5 "maximum.
  • Les compteurs de couverture fonctionnent sur l'induction magnétique dans les structures métalliques en béton (par exemple Rebar), et ne capteront pas un conduit non métallique. Conquest peut détecter des structures métalliques et non métalliques.
  • Conquest peut déterminer avec précision la profondeur de ces entités, où les mètres de couverture estiment la profondeur avec une grande marge d'erreur.