GPR 자주 묻는 질문

지상 투과 레이더 (GPR) 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. 최근에는 GPR이 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 측심기를 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?

1. 약한 무선 주파수 신호를 방출합니다.
2. 반송 된 에코를 감지하고이를 사용하여 이미지를 만듭니다.
3. 신호 시간 지연 및 강도 표시

GPR은 어군 탐지기 및 에코 사운 더와 같습니다.

1. 파인더가 핑을 보냅니다.
2. 신호는 물고기에서 다시 흩어집니다
3. 신호는 바닥에서 뒤로 흩어져

1. 보트가 이동함에 따라 기록을 수집합니다.
2. 녹음이 나란히 표시됩니다.
3. 결과는 단면처럼 보입니다.

GPR 탐사 깊이

탐사 깊이는 사이트에 따라 다릅니다.

• 토양은 전파를 흡수
• 모래와 자갈은 GPR에 유리합니다.
• 미사 및 점토와 같은 미세한 토양은 신호를 흡수합니다.
• 소금물은 완전히 불투명합니다

GPR에 대해 무엇이 그렇게 힘든가요?

1. 땅이 더 복잡해
2. 인공 구조는 복잡합니다.
3. 어떤 것들은 단순히 반영되지 않습니다
4. 일부 근거는 모든 신호를 흡수합니다.

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.

"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.

그림 1과 같은 지상 투과 레이더 (GPR) 측정은 반사되거나 산란 된 에너지를 감지합니다. 기술 용어로 반사는 속성 변화와 관련된 전자기 임피던스의 변화에 ​​의해 생성됩니다. 안타깝게도 많은 GPR 사용자는 전파 장 및 재료 속성의 더 난해한 측면에 익숙하지 않습니다.

그림 1 : 조사 영역에있는 물체의 반사를 보여주는 클래식 데이터 세트.

재료 특성은 무엇입니까?

"재료 속성"은 재료의 물리적 속성을 나타냅니다. 이러한 속성은 밀도, 탄성, 다공성, 열전도도, 색상, 직물 및 질감에서 기타 여러 속성에 이르기까지 다양합니다. 전파에 중요한 물리적 특성은 유전율, 전기 전도도 및 투자율입니다.

GPR은 전기적 및 자기 적 특성의 변화에 ​​반응합니다. 사람들은 자연스럽게 시각적 또는 기계적 특성 (즉, 시각, 촉각 등으로 직접 감지)으로 대상을 특성화하는 경향이 있습니다. 전기적 특성과 기타 물리적 특성 사이에는 종종 상관 관계가 있습니다. 따라서 GPR 응답은 종종 사람들의 선입견과 일치합니다.

전기적 특성이 중요한 이유는 무엇입니까?

전기적 특성은 전자기파가 물질을 통과하는 방식을 제어합니다. 유전 유전율은 주로 파동 속도를 제어합니다. 전도도는 신호 감쇠를 결정합니다.

레이더 반사는 전파가 속도 또는 감쇠의 변화를 만날 때 발생합니다. 속성의 변화가 클수록 더 많은 신호가 반사됩니다.

많은 GPR 개념은 광학에서 파생됩니다. 예를 들어, Snell의 법칙은 그림 2에 묘사 된 재료 사이의 경계에서 광선과 전파의 굽힘을 설명합니다. 굽힘 (또는 굴절)은 재료 간의 파동 속도 변화에 따라 달라집니다.

광학에서와 마찬가지로 전파는 부분적으로 전송되고 경계에서 부분적으로 반사되며 프레 넬 반사 계수는 빛과 레이더 파를 모두 나타냅니다.

그림 2 : 경계에서 부분적으로 전송 및 반사 된 레이더 파. 광선은 경계를 가로 지르는 방향도 변경합니다.

프레 넬 계수 란 무엇입니까?

프레 넬 반사 계수는 경계에서 반사 및 전송 된 신호의 진폭을 정량화합니다. 반사 대 입사 신호 진폭의 비율은 반사 계수입니다. 전송 대 입사 신호 진폭의 비율은 전송 계수입니다.

반사 계수는 입사각, 입사 장의 편광 및 속도 대비에 따라 달라집니다. 그림 3은 1.6 : 1의 속도 대비가 발생할 수있는 수면에서 입사되는 GPR 파에 대한 입사각 및 편광에 대한 반사 계수의 변화를 보여줍니다.

그림 3 : 반사 된 신호의 진폭은 속도 대비, 입사 방향 및 극성에 따라 달라집니다. 수면에서 두 편광에 대한 반사가 묘사됩니다.

대부분의 상황은 이렇게 간단하지 않습니다. 반사경의 크기와 모양도 중요합니다. 순수 주의자들은 반사가 추상이고 모든 반응이 산란 반응이라고 주장합니다. 프레 넬 반사 계수는 암묵적으로 평면적이고 매우 광범위한 인터페이스를 가정합니다. 이것은 현실적으로 거의 사실이 아닙니다.

불규칙한 모양은 어떻게 처리됩니까?

레이더 응답의 몇 가지 일반적인 소스가 그림 4에 나와 있습니다. 거친 경계, 국부적 인 기능, 길고가는 파이프 및 케이블은 모두 평면 경계보다 훨씬 더 일반적입니다.

그림 4 : 일반적인 GPR 타겟은 다양한 기하학과 공간적 스케일을 가질 수 있습니다.

경계 기하학 치수가 레이더 신호 공간 치수 (즉, 파장)와 동일한 크기에 가까워지면 기하학이 중요해집니다. 이러한 상황이 발생하면 타겟은 각각의 입사 신호를 캡처하고 재 방사하는 산란 지점 모음으로 간주되어야합니다. 이러한 개별 산란 체는 서로 상호 작용하여 재 방사 된 에너지를 향상 또는 감소시킵니다. 스캐 터는 레이더 단면과 후방 산란 이득이 특징입니다.

GPR 횡단면 및 후방 산란 이득이란 무엇입니까?

단면은 산란기가 입사 레이더 신호의 경로로 투사하는 유효 영역의 척도입니다. 단위 면적당 입사 레이더 파면 에너지에 단면적을 곱하여 산란기가 입사 파에서 추출하는 에너지를 결정합니다.

그림 5 : 산란 단면적 및 후방 산란 이득의 그림. (a)에서는 넓은 영역이 제시되고 대부분의 에너지가 뒤로 향합니다. (b)에서 타겟은 작은 단면을 나타내며 산란 된 신호는 수신기로 다시 향하지 않습니다.

에너지 추출 신호는 어떤 방향 으로든 흡수되거나 재 방사 될 수 있습니다. 후방 산란 이득은 그림 5와 같이 입사 신호 방향으로 다시 방사되는 에너지의 양을 측정합니다.

후방 산란 이득 및 단면적은 수치 모델링에서 계산되거나 실험실의 표준 기하학적 모양에 대해 측정됩니다. 일부 간단한 기하학은 상대적으로 간결한 분석 후방 산란 이득 공식을 산출합니다.

단면적은 물체의 실제 기하학적 단면과 전기적 특성의 대비 기능입니다. 후방 산란 이득은 주로 객체의 기하학적 속성에 의해 제어됩니다.

이 모든 것은 무엇을 의미합니까?

요컨대, 레이더 응답은 물리적 속성 대비와 기하학의 함수입니다. 그림 6에 표시된 구의 응답은이 개념을 보여줍니다.

그림 6 : 구 차원의 함수로 구면체에서 산란. 작은 구의 경우 크기가 지배적입니다. 큰 구의 경우 반응이 평면 목표에 접근합니다.

작은 물체의 경우 산란되는 에너지의 양은 목표 차원의 XNUMX 승에 따라 증가합니다. 타겟이 커지면 응답이 안정되어 평면 경계 (예 : 프레 넬 반사 계수)에 접근합니다. 극단 사이에서 반응은 표적 내에서 건설적이고 파괴적인 간섭으로 인해 진동합니다.

주파수 선택은 그림 1과 같이 탐사 깊이와 해상도 길이라는 두 가지 조사 요구 사항에 의해 제어됩니다. 해상도 길이는 근접한 간격의 대상을 고유하게 식별 할 수있는 능력을 나타냅니다. 해상도 길이에 대한 자세한 내용은 2003 년 XNUMX 월 EKKO_Update에서 확인할 수 있습니다.

그림 1 : 주파수 선택은 탐색 깊이 및 분해능 길이 D Z에 의해 제어됩니다.

탐색 깊이는 여러 사이트 특정 요인에 따라 달라지며 가장 중요한 요소는 호스트 재료의 신호 감쇠율입니다. 감쇠율은 그림 2에 표시된대로 GPR 주파수에 따라 다릅니다.

그림 2 : 감쇠는 탐사 깊이를 나타냅니다. 이상적인 재료에서 감쇠는 전이 주파수 이상으로 안정됩니다. 실제 환경에서 물 또는 부피 산란은 주파수에 따라 감쇠를 증가시킵니다. 고주파 손실의 시작은 매우 사이트에 따라 다릅니다.

이상적인 재료에서 감쇠는 고주파에서 정체됩니다. 실제 재료에서 이질성과 수분 이완 흡수는 고주파에서 감쇠를 증가시킵니다. 그림 3과 같이 산란 손실은 항상 발생합니다. 안개 속의 가로등은 좋은 비유입니다. 물방울이 빛을 산란시켜 가시성이 크게 감소합니다 (즉, 빛 투과율이 감소 함).

그림 3 : GPR 신호는 전송 된 신호를 감소시키는 재료 특성의 작은 이질성에 의해 산란됩니다.

시스템 대역폭은 임펄스 또는 기저 대역 GPR의 중심 주파수와 같으므로 분해능 길이는 GPR 주파수에 비례하여 달라집니다 (그림 4 참조).

그림 4 : 공간 해상도 대 주파수 길이. 재료 속도는 공간 해상도를 변경합니다.

그림 2와 4는 딜레마를 보여줍니다. GPR 주파수가 증가하면 해상도는 증가하지만 탐사 깊이는 감소합니다. 타협 솔루션은 논리적이지만 항상 고유하지는 않습니다.

그림 5와 같이 탐색 깊이 대 빈도를 플로팅하면이 논의의 기초가됩니다. 단순성을 위해 탐사 깊이는 재료에서 XNUMX 개의 감쇠 길이로 선택됩니다. 감쇠 길이는 감쇠율의 역수이며 종종 스킨 깊이라고도합니다.

그림 5 : 탐색 깊이 (감쇠 길이 XNUMX 개로 가정)는 주파수에 따라 다릅니다. 높은 주파수에서 탐사 깊이의 감소는 실제 GPR의 상위 주파수를 제한합니다.

그림 6에서 볼 수 있듯이 GPR 대역폭은 GPR이 적절한 방법이 아닌 음영 영역 사이에 있어야합니다 (분산이 너무 큼). 최대 해상도의 경우 fc는 GPR 대역폭의 위쪽 가장자리가 탐색 깊이 곡선에 닿도록 선택됩니다. 일부 상황에서는 다양한 해상도와 중심 주파수를 선택할 수 있지만 (그림 7) 일부 상황에서는 선택의 여지가 거의 없습니다 (그림 8).

그림 6 : 로그 스케일에서 GPR 대역폭, 따라서 중심 주파수가 변경됨에 따라 해상도가 증가 및 감소합니다. 대역폭 상자의 상단 가장자리가 원하는 탐사 깊이에서 탐사 깊이 곡선에 닿으면 가장 높은 해상도 (최소 해상도 길이)가 달성됩니다. 그림 7 : GPR 주파수는 그림과 같이 음영이없는 영역의 어느 곳에 나 배치 할 수 있습니다. 중심 주파수가 감소하면 대역폭 B가 감소하여 해상도가 낮아집니다. 그림 8 : 경우에 따라 여기에 표시된 것처럼 주파수를 선택할 수 없습니다. 이질성 스케일 길이가 증가함에 따라 고주파 차단이 낮아집니다.

다음은 스프레드 시트에 코딩 할 수 있고이 논리를 기반으로 fc를 추정하는 데 사용할 수있는 단순화 된 알고리즘입니다. (a) 국소 상대 유전율, K, 저주파 전도도, 및 이질성 척도, L (호스트 재료의 국소 가변성의 전형적인 길이)을 추정하여 사이트를 특성화합니다. (b) 탐사 깊이를 계산합니다 (그림 5 참조).

(c) 원하는 탐사 깊이 D를 지정합니다 (dplat보다 작아야 함). (d) 산란에 대한 고주파 제한 인자 추정

(e) 최대 해상도 비율 추정

사용

(f) R <1이면 GPR이 부적절합니다. (g) R> 1이면 가장 공정한 깊이 대 해상도 길이 손상을 제공하는 GPR 중심 주파수는 다음과 같습니다.

호스트가 매우 습한 경우 (높은 수분 함량> 5 %) 계산 된 값이 더 크면 fc를 1500MHz 미만으로 제한해야합니다.

이 결과는 주파수의 상한입니다. 이 간단한 분석에 포함되지 않은 것은 GPR 시스템 전력 및 감도가 주파수 감소에 따라 증가하는 경향이 있다는 사실입니다. 계산 된 것보다 다소 낮은 주파수를 사용하는 것이 종종 현명한 선택입니다.

GPR 데이터 레코드에서 반사의 깊이를 정확하게 결정하려면 신호가 조사중인 재료에서 얼마나 빠르게 이동하는지에 대한 지식이 필요합니다. CMP (공통 중간 점), WARR (광각 반사 및 굴절), 알려진 깊이 대상, 로컬 대상에 대한 쌍곡선 피팅 및 회절 꼬리 일치와 같은 여러 기술이 사용됩니다.

이러한 모든 기술은 지오메트리가 제어되는 방식으로 변화하는 트래버스를 따라 GPR 측정을 필요로합니다. 즉, 목표까지의 거리가 변하여 속도 추정치를 추출 할 수 있습니다.

그림 1 : GPR 트래버스는 파이프 또는 케이블 타격 방향에 수직이어야합니다.

파이프 및 케이블 위치의 경우 또는 보강 철근 및 도관 위치의 Conquest 예에서 GPR 시스템이 피쳐 정렬에 수직으로 횡단하는 경우 긴 선형 피쳐가 국부 화 된 대상입니다 (그림 1). 속도를 추정하려면 물체까지의 경로 길이가 달라야합니다.

그림 2 : 지상에서 아래를 내려다 보는 평면도. 트래버스 1은 타격에 수직이며 속도 결정에 최적입니다. 트래버스 2는 비스듬한 각도에 있고 트래버스 3은 파이프 타격 축에 평행합니다. 트래버스 2와 3의 데이터는 속도 결정에 적합하지 않습니다.

그림 2는 직선 파이프 또는 케이블을 예로 사용하여이를 보여줍니다. 속도 정보를 추출하려면 레이더 시스템을 파이프 또는 케이블 축에 수직으로 이동해야합니다. 장축 방향은 일반적으로 "스트라이크 방향"또는 줄여서 "스트라이크"라고합니다. GPR이 스트라이크에 수직으로 횡단하면 레이더 시스템에서 파이프까지의 거리가 규칙적으로 달라집니다. 파이프 스트라이크에 평행하게 횡단하면 파이프 거리가 변경되지 않으므로 GPR 레코드에 평평하고 변경되지 않는 이벤트가 발생합니다. 그림 3과 4는 농장의 배수관에서 나온 실제 데이터를 사용하여이 두 극단을 보여줍니다.

그림 3 : 배관 방향에 수직 인 점토 배수관의 GPR 데이터 (그림 1의 라인 8) 그림 4 : 배관 방향과 평행 한 점토 배수관의 GPR 데이터 (그림 3의 라인 8).

GPR 단면은 신호 진폭 대 위치 (일반적으로 x로 표시되는 가로 축) 및 시간 (일반적으로 T로 표시되는 세로 축)을 표시합니다. 로컬 타겟은 그림 5와 같이 이동 시간 대 위치를가집니다. 수학적 형태는 공간 위치 (x)와 이동 시간 (T)을 관련시키는 쌍곡선 모양 (GPR 섹션에서 반전 된 U)입니다. 그림 6은 목표 깊이가 변할 때 GPR 단면의 응답을 보여 주며 그림 7에서는 고정 된 깊이에 대해 속도가 변경됩니다.

그림 5 : GPR 위치 (x), 물체 깊이 (d) 및 이동 시간 (T) 간의 관계. To는 GPR이 물체 바로 위에있을 때의 이동 시간입니다. 그림 6 : 물체 깊이가 일정한 속도로 변할 때 GPR 응답의 도식적 변화. 그림 7 : 고정 된 물체 깊이에 대해 속도가 변할 때 GPR 응답의 도식적 변화.

편리한 해석 지원은 그림 8과 같이 모델 쌍곡선 모양을 GPR 데이터에 시각적으로 맞추는 것입니다. 데이터 섹션의 정점 (역 U의 상단) 위에 모델의 상단 (삼각형 점)을 배치하면 To를 선택합니다. 데이터와 일치하도록 모델 모양을 조정하면 속도 추정치 v가 산출됩니다. v와 To를 결합하면 대상 상단까지 깊이 추정치를 산출합니다.

좋은 현장 관행은 물체를 여러 번 횡단하는 것을 수반합니다. 반전 된 U의 암에 가장 가파른 경사를 제공하는 트래버스에서 쌍곡선 피팅 만 사용합니다.이 접근 방식은 가장 정확한 속도를 얻도록 보장합니다. 타격에 수직이 아닌 트래버스 (그림 2의 라인 8)는 항상 실제 속도보다 높은 속도를 생성하고 물체 깊이는 현실보다 더 깊어 보입니다.

그림 8 : 현장의 DVL 화면에서 대상 응답에 맞는 모양의 예. 이 기능은 Noggin, Conquest 및 pulseEKKO 시스템의 표준입니다.

무선 주파수 전자기장은 자기장이 강렬 할 때 건강에 위험 할 수 있습니다. 정상적인 분야는 지난 30 년 동안 전자기장과 건강 문제와 관련된 결정적인 역학없이 광범위하게 연구되었습니다. 주제에 대한 자세한 논의는 아래 나열된 참조 및 웹 사이트에 포함되어 있습니다.

미국 연방 통신위원회 (FCC)와 산업 안전 보건국 (OSHA)은 모두 전자기장에 대해 허용 가능한 수준을 지정합니다. 유사한 전력 수준은 다른 국가의 해당 기관에서 요구합니다. FCC 및 OSHA에서 지정한 최대 허용 노출 및 지속 시간은 여기 주파수에 따라 다릅니다. 인용 된 최저 임계 평면파 등가 전력은 0.2 ~ 2MHz 주파수 대역의 일반 대중에 대해 30mW / cm300입니다. 다른 모든 애플리케이션과 주파수는 그림 1에 그래픽으로 표시된 것처럼 더 높은 허용 오차를 갖습니다.

그림 1 : 최대 허용 노출 (MPE) 평면파 등가 전력 밀도 mW / cm2에 대한 FCC 제한.

모든 Sensors & Software Inc. pulseEKKO, Noggin® 및 Conquest ™ 제품은 일반적으로 사용자로부터 최소 1m 떨어진 곳에서 작동하므로 FCC에 따라 "모바일"장치로 분류됩니다. Sensors & Software Inc. 제품에서 1m 이상의 거리에서 일반적인 전력 밀도 수준은 10-3mW / cm2 미만으로 필수 제한보다 200 ~ 10,000 배 낮습니다. 따라서 Sensors & Software Inc. 제품은 정상적인 사용 방식으로 작동 할 때 건강 및 안전 위험이 없습니다.

참고자료

1. 무선 주파수 전자기장의 생물학적 영향 및 잠재적 위험에 대한 질문과 답변.

미국 연방 통신위원회, 공학 기술국

OET Bulletin 56 (많은 참조 및 웹 사이트 포함)

2. 무선 주파수 전자기장에 대한 인체 노출에 대한 FCC 지침의 평가 준수.

미국 연방 통신위원회, 공학 기술국

OET Bulletin 56 (많은 참조 및 웹 사이트 포함)

3. 미국 산업 안전 보건국 규정 단락 1910.67 및 1910.263.

웹 사이트

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

모든 정부는 전자 기기가 방출 할 수있는 전자기 방출 수준에 대한 규정을 가지고 있습니다. 목적은 다른 장치가 작동하지 않도록하는 방식으로 한 장치 또는 장치가 다른 장치 또는 장치를 방해하지 않도록하는 것입니다.

Sensors & Software Inc.는 독립적 인 전문 테스트 하우스를 사용하여 pulseEKKO, Noggin 및 Conquest 지하 이미징 제품을 광범위하게 테스트하고 배출 문제에 대한 미국, 캐나다, 유럽 공동체 및 기타 주요 관할권의 최신 규정을 준수합니다.

GPR 기기는 UWB (초 광대역) 기기로 간주됩니다. 전 세계 규제 체제는 UWB 장치에 대한 새로운 규칙을 고안하고 있습니다. Sensors & Software Inc.는 규제 기관과 긴밀한 관계를 유지하여 표준 개발을 안내하고 모든 제품이 준수하는지 확인합니다. 당사 웹 사이트의 "뉴스"링크를 지속적으로 모니터링해야합니다 (www.sensoft.ca) 표준에 대한 업데이트입니다.

전자 장치가 항상 적절한 내성을 위해 설계된 것은 아닙니다. 만약 GPR 장비 전자 장치 가까이에 배치하면 간섭이 발생할 수 있습니다. 현재까지 간섭에 대한 입증 된 보고서는 없지만 근처 장치에서 비정상적인 동작이 관찰되는 경우 GPR 기기를 켜고 끌 때 장애가 시작되고 중지되는지 테스트합니다. 간섭이 확인되면 GPR 사용을 중지하십시오.

주파수 및 시간 도메인 GPR은 원칙적으로 다르지 않으며 완벽한 세계에서는 동일한 결과를 산출합니다. 두 가지 유형의 시스템이있는 이유는 직접 캡처가 전자적으로 가능하지 않을 때 광대역 과도 신호를 캡처하는 다양한 접근 방식에서 기인합니다 (A / D 변환기는 아직 대부분의 GPR 애플리케이션에 충분히 빠르지 않습니다). 그 결과 비 전자 전문가를 혼란스럽게 만드는 전자 mumbo jumbo가 있습니다.

주파수 영역에서 신호는 사인파로 방출됩니다. 주어진 대역폭에서 정현파의 주파수가 변함에 따라 응답이 추출됩니다. 전달 함수는 헤테로 다이닝 또는 혼합 기술로 측정됩니다. 적절한 신호 조작 (푸리에 변환)에 의해 에코 강도 대 지연 시간이 추출됩니다. 이러한 구현 방법을 FM-CW 및 단계 주파수 레이더라고합니다.

시간 영역에서 모든 주파수는 본질적으로 동시에 방출되며 건설적으로 간섭하여 펄스를 제공하고 에코 강도 대 이동 시간 지연 정보를 직접 생성합니다. 신호 캡처는 신호의 동기 감지를 사용합니다. (주파수 도메인 신호는 시간 도메인 신호의 푸리에 변환에 의해 합성 될 수 있습니다). 시간 도메인 시스템의 일반적인 이름은 임펄스,베이스 밴드 및 UWB 레이더입니다.

GPR 시스템은 매우 빠르게 변화하는 무선 주파수 신호를 수집해야합니다. 분석 및 해석을 위해 이러한 신호를 캡처하려면 높은 충실도의 데이터를 수집 할 수 있도록 상당한 수준의 전자적 정교함이 필요합니다.

상용 GPR은 등가 시간 샘플링 (ETS)을 사용하여 일시적인 전파 신호를 캡처합니다. ETS는 스트로보 스코프와 동일한 원리를 사용합니다. 초기 형태의 아날로그 전자 회로는 빠르게 변화하는 GPR 전압을 녹음 및 표시 할 수있는 오디오 주파수 신호로 변환하도록 설계되었습니다.

시간이 지남에 따라 ETS를 사용한 신호 캡처의 GPR 기술은 크게 발전했습니다. 지난 30 년 동안의 주요 발전은 다음과 같습니다.
(a) 재생을 위해 아날로그 오디오 테이프 레코더에 아날로그 오디오 주파수 신호를 기록합니다.
(b) 디지털 자기 테이프 또는 컴퓨터 디스크에 데이터를 기록하기위한 아날로그 오디오 주파수 신호의 디지털화. 컴퓨터는 재생 및 분석에 사용됩니다.
(c) 동일한 아날로그 신호 클로킹을 유지하면서 수신 안테나에서 직접 디지털 신호 캡처를 사용하는 오디오 기기 스테이지 제거. 디지털 데이터는 디지털 미디어에 기록되었습니다.
(d) 디지털 (컴퓨터) 제어 지연 시간으로 수신 안테나에서 신호의 디지털화. 디지털 데이터가 기록됩니다. 모든 아날로그 ETS 구성 요소가 제거됩니다. 이러한 시스템은 DETS (디지털 등가 시간 샘플링)를 사용한다고합니다.

DETS의 주요 이점은 다음과 같습니다.

(a) 타이밍 및 신호 진폭 안정성 및 충실도.
(b) 시간축 선형성과 교정을 보장하기 위해 디지털 보상 체계를 사용하는 능력. (c) 아날로그 클럭킹을 계속 실행할 필요없이 주문형 GPR 데이터 수집.
(d)주의를 산만하게 만들 수있는 오디오 부분 ETS 회로의 아날로그 필터링 단계 제거.
(e) 공간적으로 동기화 된 데이터를 수집하는 능력 (즉, 사용자 또는 전자적 위치에 의해 트리거 된 알려진 위치에서 데이터가 수집 됨). 회전 속도 변화를 제거하기 위해 고무 밴드가 필요하지 않습니다.
(f) 프로그래밍 가능한 스태킹 대 GPR 지연 시간을 사용할 수있는 능력.
(g) 각 GPR 추적으로 다양한 진단 데이터를 기록하는 기능.

모든 Sensors & Software의 GPR 시스템은 DETS를 사용하여 가능한 최고의 GPR 데이터 품질을 보장합니다.

X- 레이와 비교 :

• GPR / Conquest는 건강에 해를 끼치 지 않으며 이러한 작업은 정상 업무 시간 동안 수행 할 수 있습니다. X-ray의 경우, 방사능의 위험으로 인해 주변에 사람이 없을 때 작업을 수행해야합니다. 이것은 보통 자정 이후에 일하는 것을 의미합니다.
• X-ray 직원은 인증을 받아야하며 작업에는 현장에 여러 사람이 필요하며 일부는 기계를 설정하고 작동해야하며 다른 사람은 승인되지 않은 사람이 없는지 확인해야합니다. Conquest를 운영하려면 한 사람이 필요하며 결과를 해석하려면 GPR의 기본 이론 만 이해하면됩니다. 공식적인 인증이 필요하지 않습니다.
• X- 레이를 사용하면 슬래브의 양쪽에 접근 할 수 있어야합니다. Conquest를 사용하면 모든 스캔을 한쪽에서 수행 할 수 있습니다.
• 정복 결과는 실시간으로 이루어지며 X-Ray는 트럭에서 필름 현상 및 분석이 필요합니다.
• 타겟까지의 깊이는 Conquest를 사용하여 쉽게 결정되며, 여기서 X-ray는 소스 / 타겟 지오메트리와 관련된 계산 및 가정을 필요로합니다.

커버 미터와 비교 :

• Conquest는 일반적으로 최대 5 인치에 이르는 커버 미터보다 훨씬 더 깊이 침투 할 수 있습니다.
• 커버 미터는 콘크리트 (예 : 철근)의 금속 구조물에서 자기 유도에 대해 작동하며 비금속 도관을 픽업하지 않습니다. Conquest는 금속 및 비금속 구조를 감지 할 수 있습니다.
• Conquest는 이러한 피처의 깊이를 정확하게 결정할 수 있으며, 여기서 커버 미터는 큰 오차 한계로 깊이를 추정합니다.