GPR (Ground Penetrating Radar)이란 무엇입니까?

관통 레이더 (GPR)는 일반적으로 1 ~ 1000MHz 주파수 범위의 전파를 사용하여 지상 (또는 인공 구조물)에 묻혀있는 구조 및 기능을 매핑하는 기술에 적용되는 일반적인 용어입니다. 역사적으로 GPR은 주로 지상의 구조를 매핑하는 데 중점을 두었습니다. 최근에 GPR은 비금속 구조의 비파괴 검사에 사용되었습니다.

지상의 내부 구조를 조사하기 위해 전파를 적용하는 개념은 새로운 것이 아닙니다. 의심 할 여지없이이 지역에서 가장 성공적인 초기 작업은 라디오 에코 사운 더를 사용하여 북극과 남극의 빙상 두께를 매핑하고 빙하의 두께를 측정하는 것이 었습니다. 비 얼음 환경에서 GPR 작업은 1970 년대 초에 시작되었습니다. 영구 동토 토양 적용에 초점을 맞춘 초기 작업.

GPR 응용 프로그램은 적절한 기기의 상상력과 가용성에 의해서만 제한됩니다. 요즘 GPR은 매립 유틸리티 찾기, 광산 부지 평가, 법의학 조사, 고고학 발굴, 매립 된 지뢰 및 폭발하지 않은 병기 수색, 스키 슬로프 관리 및 눈사태 예측을위한 눈과 얼음 두께 및 품질 측정 등 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. 몇 가지 예를 들어 보겠습니다.

어떻게 진행합니까?

GPR은 어군 탐지기 및 에코 사운 더와 같습니다.

GPR에 대해 무엇이 그렇게 힘든가요?

파이프가 파이프처럼 보이지 않는 이유는 무엇입니까?

• GPR 기록은 지상의 의사 이미지입니다.
• 지역화 된 기능이 쌍곡선이 됨 (반전 된 V)
• GPR은 모든 방향으로 지상으로 신호를 보냅니다.
• 모든 방향에서 에코가 관찰됩니다.
• V의 정점에서 가장 가까운 접근 (목표 초과)이 발생합니다.
• 반전 된 V의 모양은 정확한 깊이를 결정하는 데 도움이됩니다.

지면 침투 레이더의 침투 깊이는 얼마입니까?

"얼마나 깊이 볼 수 있습니까?" GPR (Ground Penetrating Radar) 공급 업체가 가장 많이 묻는 질문입니다. 물리학은 잘 알려져 있지만 GPR을 처음 접하는 대부분의 사람들은 근본적인 물리적 한계가 있음을 인식하지 못합니다.

많은 사람들은 GPR 보급이 도구에 의해 제한된다고 생각합니다. 이것은 어느 정도 사실이지만 탐사 깊이는 주로 재료 자체에 의해 좌우되며 기기 개선 정도가 근본적인 물리적 한계를 극복하지 못할 것입니다.

침투를 제어하는 ​​것은 무엇입니까?

전파는 토양, 암석 및 콘크리트와 같은 대부분의 인공 물질을 통해 멀리 침투하지 않습니다. 터널을 통과하거나 지하 주차장으로 차를 운전하는 동안 무선 수신 또는 휴대 전화 연결이 끊어진 것이이를 증명합니다.

GPR이 작동한다는 사실은 사용중인 매우 민감한 측정 시스템과 특수한 상황에 따라 달라집니다. 그림 1과 같이 전파는 기하 급수적으로 감소하고 곧 에너지 흡수 물질에서 감지 할 수 없게됩니다.

그림 1 : GPR 신호는 토양과 암석에서 기하 급수적으로 감쇠합니다.

지수 감쇠 계수 a는 주로 재료가 전류를 전도하는 능력에 의해 결정됩니다. 단순한 균일 한 재료에서 이것은 일반적으로 지배적 인 요소입니다. 따라서 전기 전도도 (또는 비저항)의 측정이 감쇠를 결정합니다.

대부분의 재료에서 에너지는 재료 변동성 및 존재하는 물로 인한 산란으로 인해 손실됩니다. 물에는 두 가지 효과가 있습니다. 첫째, 물은 벌크 전도성에 기여하는 이온을 포함합니다. 둘째, 물 분자는 일반적으로 1000MHz 이상의 고주파에서 전자기 에너지를 흡수합니다 (전자 레인지가 작동하는 이유를 설명하는 것과 정확히 동일한 메커니즘).

그림 2에 나와있는 것처럼 감쇠는 주파수에 따라 증가합니다. GPR 사운드를 처리 할 수있는 환경에서는 일반적으로 "GPR 창"을 정의하는 감쇠 대 주파수 곡선에 안정기가 있습니다.

그림 2 : 감쇠는 여기 주파수 및 재료에 따라 다릅니다. 이 그래프 제품군은 일반적인 추세를 나타냅니다. 저주파 (1000MHz)에서 물은 강력한 에너지 흡수제입니다.

침투를 개선하기 위해 빈도를 줄일 수 있습니까?

주파수를 낮추면 감쇠가 주로 주파수에 따라 증가하므로 탐사 깊이가 향상됩니다. 그러나 주파수가 감소함에 따라 GPR 측정의 다른 두 가지 기본 측면이 작용합니다.

첫째, 주파수를 줄이면 해상도가 손실됩니다. 둘째, 주파수가 너무 낮 으면 전자기장이 더 이상 파동으로 이동하지 않고 유도 성 EM 또는 와전류 측정의 영역 인 확산됩니다.

송신기 전력을 증가시킬 수없는 이유는 무엇입니까?

송신기 전력을 높여 탐사 깊이를 늘릴 수 있습니다. 불행히도 탐험의 깊이를 높이려면 힘이 기하 급수적으로 증가해야합니다.

그림 3 : 감쇠가 탐사 깊이를 제한 할 때 전력은 깊이에 따라 기하 급수적으로 증가해야합니다.

그림 3은 그림 1에 묘사 된 감쇠를 위해 주어진 깊이로 프로빙하는 데 필요한 상대 전력을 보여줍니다. 탐사 깊이의 증가에는 큰 전원이 필요하다는 것을 쉽게 알 수 있습니다.

실질적인 제약 외에도 정부는 생성 될 수있는 무선 방출 수준을 규제합니다. GPR 송신기 신호가 너무 커지면 다른 기기, TV, 라디오 및 휴대폰에 방해가 될 수 있습니다. (안타깝게도 이러한 동일한 유비쿼터스 장치는 일반적으로 GPR 수신기의 노이즈 소스를 제한합니다!)

탐사 깊이를 예측할 수 있습니까?

예, 프로브 할 재료가 전기적으로 알려진 경우 많은 수치 계산 프로그램을 사용할 수 있습니다. 탐사 깊이를 추정하는 가장 간단한 방법은 레이더 범위 방정식 (RRE) 분석을 사용하는 것입니다. 이러한 계산을 수행하는 소프트웨어를 사용할 수 있으며 주제에 대한 수많은 논문이 있습니다. 기본 개념은 그림 4에 나와 있습니다.

그림 4 : 여기 순서도 형식으로 표시된 레이더 범위는 에너지 분포를 결정하고 탐사 깊이를 추정하는 수단을 제공합니다.

RRE 분석은 파라 메트릭 연구 및 민감도 분석에 매우 강력합니다.

레이더 범위가 너무 복잡합니다!

많은 사용자들은 RRE가 일상적인 사용에 너무 복잡하다고 말합니다. 자세한 계산을 원하지 않는 경우 탐색 깊이를 추정하기 위해 다음과 같은 간단한 경험 규칙을 사용하는 것이 좋습니다.

D = 35 / 미터

전도도는 mS / m입니다. RRE만큼 신뢰할 수있는 것은 아니지만이 유용한 규칙은 많은 지질 환경에서 매우 유용합니다.

더 간단한 방법은 일반적인 재료에서 얻은 탐색 깊이의 표 또는 차트를 사용하는 것입니다. GPR에서 발생하는 일반적인 재료에 대한 예제 차트는 그림 5에 나와 있습니다.

그림 5 : 일반적인 재료의 탐색 깊이 차트. 이러한 데이터는 "최상의"관찰을 기반으로합니다. 그림 9에서 알 수 있듯이 재료만으로는 탐사 깊이를 측정 할 수 없습니다.

그림 6, 7 및 8은 심해 탐사에서 얕은 탐사까지 다양한 예를 보여줍니다. 탐색 깊이를 제어하기 위해 재료 유형을 볼 수 있습니다. 안타깝게도 조사 영역의 자료 만 아는 것으로 항상 탐사를 예측할 수있는 것은 아닙니다.

그림 6 : 거대한 화강암의 데이터 – 반사는 균열입니다. 그림 7 : 젖은 모래 퇴적물의 침상을 보여주는 데이터. 그림 8 : 데이터는 습식 미사 질 점토에서 배럴의 반응을 보여줍니다.

그림 9는 지질이 기본적으로 균일하지만 탐사 깊이가 매우 가변적 인 섹션을 보여줍니다. 다공성 물 전도도는 다양하지만 지질 학적 재료는 변하지 않습니다! 이 경우 전도도를 아는 것이 물질을 아는 것보다 탐사 깊이를 더 잘 측정합니다.

그림 9 : 모래 설정에서 GPR 섹션. 탐사 깊이는 모래 물질이 아닌 공극 물 전도도에 의해 결정됩니다. 매립지에서 유출되는 오염 물질은 위치에 따라 다양한 전도도 (및 탐사 깊이)를 유발합니다.

GPR 애플리케이션 및 적절한 주파수

애플리케이션 별 시스템 및 안테나