FAQ de GPR
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FAQ de GPR

Encontre respostas para as perguntas mais frequentes sobre o radar de penetração no solo.

O que é GPR?

Radar de penetração no solo (GPR) é o termo geral aplicado a técnicas que empregam ondas de rádio, normalmente na faixa de frequência de 1 a 1000 MHz, para mapear estruturas e recursos enterrados no solo (ou em estruturas feitas pelo homem). Historicamente, o GPR concentrava-se principalmente no mapeamento de estruturas no solo; mais recentemente, o GPR tem sido usado em testes não destrutivos de estruturas não metálicas.

O conceito de aplicação de ondas de rádio para sondar a estrutura interna do solo não é novo. Sem dúvida, o trabalho inicial de maior sucesso nessa área foi o uso de sondas de eco-rádio para mapear a espessura das camadas de gelo no Ártico e na Antártica e sondar a espessura das geleiras. O trabalho com GPR em ambientes sem gelo começou no início dos anos 1970. Os primeiros trabalhos se concentraram em aplicações de solo congelado.

As aplicações GPR são limitadas apenas pela imaginação e disponibilidade de instrumentação adequada. Atualmente, o GPR está sendo usado em muitas áreas diferentes, incluindo a localização de utilidades enterradas, avaliação do local da mina, investigações forenses, escavações arqueológicas, busca de minas terrestres enterradas e munições não detonadas e medição da espessura e qualidade da neve e do gelo para gerenciamento de pistas de esqui e previsão de avalanches, para nomear alguns.

Como funciona?

  1. Emite sinais de radiofrequência fracos
  2. Detecta os ecos enviados de volta e os usa para construir uma imagem
  3. Exibe o atraso e a intensidade do sinal

O GPR é como um localizador de peixes e sondador de eco

Localizador de peixes

  1. O localizador envia um ping
  2. O sinal é espalhado de volta do peixe
  3. O sinal está espalhado pela parte inferior

Registro do localizador de peixes

  1. Conforme o barco se move, ele coleta as gravações
  2. As gravações são exibidas lado a lado
  3. O resultado parece uma seção transversal

Profundidades de exploração GPR

GPR-exploração-profundidades

A profundidade de exploração é específica do local

  • solos absorvem ondas de rádio
  • areias e cascalho são favoráveis ​​ao GPR
  • solos de grãos finos, como silte e argila, absorvem sinais
  • água salgada é totalmente opaca

O que há de tão difícil no GPR?

Terreno complexo

  1. O terreno é mais complicado
  2. Estruturas feitas pelo homem são complexas
  3. Algumas coisas simplesmente não refletem
  4. Alguns solos absorvem todos os sinais

Por que o cachimbo não se parece com um cachimbo?

Seção transversal GPR

  • o registro GPR é uma pseudo imagem do solo
  • características localizadas tornam-se hipérboles (V's invertidos)
  • o GPR envia sinais para o solo em todas as direções
  • ecos são observados de todas as direções
  • a aproximação mais próxima (sobre o alvo) ocorre no ápice de V
  • a forma de V invertido ajuda a determinar a profundidade exata

Quão profundo o GPR pode ver?

"Quão profundo você consegue ver?" é a pergunta mais comum feita a fornecedores de radar de penetração no solo (GPR). Embora a física seja bem conhecida, a maioria das pessoas novas no GPR não percebe que existem limitações físicas fundamentais.

Muitas pessoas pensam que a penetração do GPR é limitada pela instrumentação. Isso é verdade até certo ponto, mas a profundidade da exploração é principalmente governada pelo próprio material e nenhuma melhoria na instrumentação superará os limites físicos fundamentais.

O que controla a penetração?

As ondas de rádio não penetram muito nos solos, rochas e na maioria dos materiais feitos pelo homem, como o concreto. A perda de recepção de rádio ou conexão de telefone celular ao dirigir um carro através de um túnel ou em um estacionamento subterrâneo atesta isso.

O fato de o GPR funcionar depende do uso de sistemas de medição muito sensíveis e de circunstâncias especializadas. As ondas de rádio diminuem exponencialmente e logo se tornam indetectáveis ​​em materiais que absorvem energia, conforme ilustrado na Figura 1.

GPR-sinal-decaimento Figura 1: Os sinais GPR decaem exponencialmente no solo e na rocha.

O coeficiente de atenuação exponencial, a, é determinado principalmente pela capacidade do material de conduzir correntes elétricas. Em materiais uniformes simples, este é geralmente o fator dominante; assim, uma medição de condutividade elétrica (ou resistividade) determina a atenuação.

Na maioria dos materiais, a energia também é perdida na dispersão da variabilidade do material e na presença de água. A água tem dois efeitos; primeiro, a água contém íons que contribuem para a condutividade total. Em segundo lugar, a molécula de água absorve energia eletromagnética em altas frequências, normalmente acima de 1000 MHz (exatamente o mesmo mecanismo que explica por que os fornos de microondas funcionam).

A atenuação aumenta com a frequência, conforme ilustrado na Figura 2. Em ambientes que são receptivos à sonorização GPR, geralmente há um platô na curva de atenuação versus frequência que define a “janela GPR”.

Figura 2: A atenuação varia com a frequência de excitação e o material. Esta família de gráficos descreve tendências gerais. Em baixas frequências (1000 MHz), a água é um forte absorvedor de energia.

Posso diminuir a frequência para melhorar a penetração?

Diminuir a frequência melhora a profundidade da exploração porque a atenuação aumenta principalmente com a frequência. À medida que a frequência diminui, no entanto, dois outros aspectos fundamentais da medição GPR entram em jogo.

Em primeiro lugar, reduzir a frequência resulta em perda de resolução. Em segundo lugar, se a frequência for muito baixa, os campos eletromagnéticos não se propagam mais como ondas, mas se espalham, o que é o reino das medições EM indutivas ou de correntes parasitas.

Por que não posso simplesmente aumentar a potência do meu transmissor?

Pode-se aumentar a profundidade de exploração aumentando a potência do transmissor. Infelizmente, a potência deve aumentar exponencialmente para aumentar a profundidade de exploração.

Profundidade de atenuação Figura 3: Quando a atenuação limita a profundidade de exploração, a potência deve aumentar exponencialmente com a profundidade.

A Figura 3 mostra a potência relativa necessária para sondar a uma determinada profundidade para as atenuações representadas na Figura 1. Pode-se ver prontamente que aumentos na profundidade de exploração requerem grandes fontes de energia.

Além das restrições práticas, os governos regulam o nível de emissões de rádio que podem ser geradas. Se os sinais do transmissor GPR ficarem muito grandes, eles podem interferir em outros instrumentos, TVs, rádios e telefones celulares. (Infelizmente, esses mesmos dispositivos onipresentes geralmente são as fontes limitantes de ruído para receptores GPR!)

Posso prever a profundidade da exploração?

Sim, desde que o material a ser sondado seja conhecido eletricamente, muitos programas de cálculo numérico estão disponíveis. A maneira mais simples de obter estimativas da profundidade de exploração é usar a análise da equação de alcance do radar (RRE). Um software para realizar esses cálculos está disponível e há inúmeros trabalhos sobre o assunto. Os conceitos básicos são descritos na Figura 4.

Alcance do radar Figura 4: O alcance do radar, mostrado aqui na forma de fluxograma, determina a distribuição de energia e fornece um meio de estimar a profundidade de exploração.

A análise RRE é muito poderosa para estudos paramétricos e análises de sensibilidade.

O alcance do radar é muito complicado!

Muitos usuários dizem que o RRE é muito complicado para o uso rotineiro. Se você não gosta de cálculos detalhados, sugerimos o uso da seguinte regra prática mais simples para estimar a profundidade de exploração

D = 35 / metros

onde é a condutividade em mS / m. Embora não seja tão confiável quanto o RRE, esta regra útil é bastante útil em muitos ambientes geológicos.

Uma abordagem ainda mais simples é usar uma tabela ou gráfico das profundidades de exploração obtidas em materiais comuns. Um gráfico de exemplo para materiais comuns encontrados com GPR é mostrado na Figura 5.

GPR-exploração-profundidades Figura 5: Gráfico de profundidades de exploração em materiais comuns. Esses dados são baseados em observações do “melhor caso”. Como a Figura 9 demonstra, o material por si só não é uma medida verdadeira da profundidade de exploração.

As Figuras 6, 7 e 8 mostram exemplos que variam de exploração profunda a rasa. O tipo de material pode ser visto para controlar a profundidade de exploração. Infelizmente, a exploração nem sempre pode ser prevista conhecendo-se apenas o material na área de levantamento.

Dados de granito Figura 6: Dados de um granito maciço - reflexos são fraturas. Dados da cama na areia molhada Figura 7: Dados mostrando estratificação em depósitos de areia úmida. Barris em argila úmida Figura 8: Os dados mostram a resposta de barris em argila siltosa úmida.

A Figura 9 mostra uma seção onde a geologia é basicamente uniforme, mas a profundidade de exploração é altamente variável. A condutividade da água dos poros está variando enquanto o material geológico é invariante! Nesse caso, conhecer a condutividade fornece uma medida melhor da profundidade de exploração do que conhecer o material.

Dados de areia Figura 9: Seção GPR da configuração de areia. A profundidade da exploração é determinada pela condutividade da água dos poros - não pelo material da areia. A lixiviação de contaminantes de um aterro sanitário causa condutividade variável (e profundidade de exploração) com a posição.

O que cria reflexos GPR?

As medições do radar de penetração no solo (GPR), como mostrado na Figura 1, detectam energia refletida ou espalhada. No jargão técnico, os reflexos são criados por mudanças na impedância eletromagnética associada a variações de propriedade. Infelizmente, muitos usuários de GPR não estão familiarizados com os aspectos mais esotéricos dos campos de rádio e propriedades materiais.

Dados de GPR clássico Figura 1: Conjunto de dados clássico mostrando reflexos de objetos presentes na área de pesquisa.

Quais são as propriedades dos materiais?

“Propriedades do material” caracterizam os atributos físicos de um material. Essas propriedades variam de densidade, elasticidade, porosidade, condutividade térmica, cor, tecido e textura a uma série de outras propriedades. As propriedades físicas importantes para as ondas de rádio são a permissividade dielétrica, a condutividade elétrica e a permeabilidade magnética.

O GPR responde a mudanças nas propriedades elétricas e magnéticas. As pessoas tendem naturalmente a caracterizar um alvo por suas propriedades visuais ou mecânicas (isto é, percebidas diretamente pela visão, toque, etc.). Muitas vezes existe uma correlação entre as propriedades elétricas e outras propriedades físicas; portanto, as respostas GPR frequentemente estão de acordo com os preconceitos das pessoas.

Por que as propriedades elétricas são importantes?

As propriedades elétricas controlam como as ondas eletromagnéticas viajam através de um material; a permissividade dielétrica controla principalmente a velocidade da onda; e a condutividade determina a atenuação do sinal.

As reflexões de radar ocorrem quando as ondas de rádio encontram uma mudança na velocidade ou atenuação. Quanto maior a mudança nas propriedades, mais sinal é refletido.

Muitos conceitos de GPR são derivados da ótica. Por exemplo, a lei de Snell descreve a curvatura dos raios de luz e das ondas de rádio em um limite entre os materiais representados na Figura 2. A curvatura (ou refração) depende da mudança na velocidade da onda entre os materiais.

Assim como na óptica, as ondas de rádio são parcialmente transmitidas e parcialmente refletidas nos limites e o coeficiente de reflexão de Fresnel descreve as ondas de luz e de radar.

Limites-reflexos Figura 2: Ondas de radar parcialmente transmitidas e refletidas nos limites. Os raios também mudam de direção ao cruzar a fronteira.

O que são coeficientes de Fresnel?

Os coeficientes de reflexão de Fresnel quantificam a amplitude dos sinais refletidos e transmitidos nos limites. A razão das amplitudes do sinal refletido para o incidente é o coeficiente de reflexão; a razão das amplitudes do sinal transmitido para o incidente é o coeficiente de transmissão.

Os coeficientes de reflexão dependem do ângulo de incidência, da polarização do campo incidente e do contraste de velocidade. A Figura 3 ilustra a variação do coeficiente de reflexão em relação ao ângulo de incidência e polarização para um incidente de onda GPR no lençol freático onde pode ocorrer um contraste de velocidade de 1.6: 1.

Polarizações 2 polarizações Figura 3: A amplitude dos sinais refletidos depende do contraste da velocidade, direção de incidência e polaridade. As reflexões para ambas as polarizações em um lençol freático são mostradas.

A maioria das situações não é tão simples; o tamanho e a forma do refletor também são importantes. Os puristas argumentam que reflexões são abstrações e que todas as respostas são respostas dispersas. Os coeficientes de reflexão de Fresnel implicitamente assumem uma interface plana e muito extensa. Isso raramente é verdade na realidade.

Como as formas irregulares são tratadas?

Algumas fontes comuns de respostas de radar são representadas na Figura 4. Limites irregulares, características localizadas, tubos e cabos longos e finos são muito mais comuns do que o limite planar.

Alvos GPR Figura 4: Os alvos GPR comuns podem ter uma variedade de geometrias e escalas espaciais.

A geometria torna-se importante quando as dimensões da geometria de contorno se aproximam do mesmo tamanho que a dimensão espacial do sinal de radar (isto é, comprimento de onda). Quando isso ocorre, os alvos devem ser vistos como coleções de pontos de dispersão em que cada um captura e re-irradia parte do sinal do incidente. Esses dispersores individuais interagem uns com os outros para aumentar ou reduzir a energia re-irradiada. Scatterers são caracterizados por sua seção transversal de radar e um ganho de back-scatter.

O que são GPR Cross-Section e Back-Scatter Gain?

A seção transversal é uma medida da área efetiva que um espalhador projeta no caminho do sinal de radar incidente. A energia da frente de onda do radar incidente por unidade de área multiplicada pela área da seção transversal determina a energia que o espalhador extrai da onda incidente.

Espalhamento Figura 5: Ilustração da área da seção transversal de espalhamento e ganho de retroespalhamento. Em (a) uma grande área é apresentada e a maior parte da energia direcionada de volta. Em (b) o alvo apresenta uma pequena seção transversal e o sinal espalhado não é direcionado de volta ao receptor.

O sinal de energia extraída pode ser absorvido ou re-irradiado em qualquer direção. O ganho de retroespalhamento mede a quantidade de energia re-irradiada de volta na direção do sinal incidente, conforme ilustrado na Figura 5.

O ganho de retroespalhamento e a área da seção transversal são calculados a partir de modelagem numérica ou medidos para formas geométricas padrão em laboratórios. Algumas geometrias simples geram fórmulas de ganho de retroespalhamento analíticas relativamente compactas.

A área da seção transversal é uma função da verdadeira seção transversal geométrica de um objeto, bem como do contraste nas propriedades elétricas. O ganho retroespalhado é controlado principalmente pelos atributos geométricos do objeto.

O que tudo isso significa?

Em suma, as respostas do radar são uma função do contraste das propriedades físicas e da geometria. A resposta de uma esfera, conforme ilustrado na Figura 6, ilustra esse conceito.

Espalhamento de esfera Figura 6: Dispersão de um corpo esférico em função da dimensão da esfera. Para uma esfera pequena, o tamanho domina. Para uma grande esfera, a resposta se aproxima de um alvo planar.

Para objetos pequenos, a quantidade de energia espalhada aumenta como a quarta potência da dimensão alvo. Quando o alvo fica grande, a resposta se estabiliza e se aproxima de um limite plano (ou seja, o coeficiente de reflexão de Fresnel). Entre os extremos, a resposta oscilará devido à interferência construtiva e destrutiva dentro do alvo.

Como seleciono uma frequência GPR?

A seleção de frequência é controlada por dois requisitos de pesquisa - profundidade de exploração e comprimento de resolução, conforme mostrado na Figura 1. O comprimento de resolução indica a capacidade de identificar alvos com espaçamento próximo. Mais detalhes sobre a duração da resolução podem ser encontrados na EKKO_Update de janeiro de 2003.

Resolução de profundidade Figura 1: A seleção de frequência é controlada pela profundidade de exploração e comprimento de resolução, D Z.

A profundidade de exploração depende de muitos fatores específicos do local, sendo o mais importante a taxa de atenuação do sinal no material hospedeiro. A taxa de atenuação depende da frequência GPR, conforme indicado na Figura 2.

Atenuação de frequência Figura 2: A atenuação determina a profundidade de exploração. Em um material ideal, a atenuação atinge um patamar acima da frequência de transição. Em ambientes reais, a dispersão de água ou volume faz com que a atenuação aumente com frequência. O início das perdas de alta frequência é muito específico do local.

Em um material ideal, platôs de atenuação em alta frequência. Em materiais reais, a heterogeneidade e a absorção de relaxamento de água aumentam a atenuação em alta frequência. As perdas por espalhamento, conforme ilustrado na Figura 3, sempre ocorrem. Um poste de luz na neblina é uma boa analogia. Gotas de água espalham a luz, resultando em visibilidade bastante reduzida (isto é, a penetração da luz é reduzida).

Sinal disperso Figura 3: Os sinais GPR são espalhados por pequenas heterogeneidades nas propriedades do material que reduzem o sinal transmitido.

O comprimento da resolução varia proporcionalmente com a frequência GPR, uma vez que a largura de banda do sistema é igual à frequência central para GPRs de impulso ou banda base, conforme ilustrado na Figura 4.

Resolução espacial Figura 4: Resolução espacial versus comprimento de frequência. A velocidade do material muda a resolução espacial.

As Figuras 2 e 4 ilustram o dilema: conforme a frequência GPR aumenta, a resolução aumenta, mas a profundidade de exploração diminui. A solução de compromisso tem uma solução lógica, mas nem sempre única.

A plotagem da profundidade de exploração versus frequência, conforme mostrado na Figura 5, fornece a base desta discussão. Para simplificar, a profundidade de exploração é selecionada para ter três comprimentos de atenuação no material. O comprimento de atenuação é o inverso da taxa de atenuação e muitas vezes referido como profundidade de pele.

GPR-exploração-profundidade Figura 5: A profundidade de exploração (assumida como três comprimentos de atenuação) varia com a frequência. A diminuição da profundidade de exploração em alta frequência limita a frequência prática GPR superior.

Conforme mostrado na Figura 6, a largura de banda do GPR deve estar entre as áreas sombreadas onde o GPR não é um método apropriado (a dispersão é muito grande). Para resolução máxima, fc é selecionado de forma que a borda superior da largura de banda GPR toque a curva de profundidade de exploração. Em algumas situações, uma faixa de resoluções e frequências centrais podem ser selecionadas (Figura 7), enquanto algumas situações deixam pouca escolha (Figura 8).

Largura de banda GPR Figura 6: Em uma escala logarítmica, a largura de banda GPR e, portanto, a resolução aumentam e diminuem conforme a frequência central é alterada. A resolução mais alta (menor comprimento de resolução) é obtida quando a borda superior da caixa de largura de banda toca a curva de profundidade de exploração na profundidade de exploração desejada. Faixa de resoluções Figura 7: A frequência GPR pode ser colocada em qualquer lugar na região não sombreada, conforme mostrado na figura. À medida que a frequência central diminui, a largura de banda, B, diminui, resultando em resolução mais baixa. Frequência sem escolha Figura 8: Em alguns casos, não há escolha sobre a frequência, conforme mostrado aqui. Conforme o comprimento da escala de heterogeneidade aumenta, o corte de alta frequência diminui.

O seguinte é um algoritmo simplificado que pode ser codificado em uma planilha e usado para estimar fc com base nesta lógica. (a) Caracterizar o local estimando a permissividade relativa local, K, condutividade de baixa frequência, e escala de heterogeneidade, L (comprimento típico da variabilidade local no material hospedeiro). (b) Calcule a profundidade de exploração (veja a Figura 5).

Exploração-profundidade-equação Sigma-ms

(c) Especifique a profundidade de exploração desejada, D (deve ser menor que dplat). (d) Estimar o fator limite de alta frequência para espalhamento

Equação beta

(e) Estimar a taxa de resolução máxima

Proporção de resolução

utilização

R-beta relações d

(f) Se R <1, GPR é inapropriado. (g) Se R> 1, então a frequência central GPR que dá o compromisso de profundidade mais justa versus comprimento de resolução é:

Frequência central

Se o host estiver muito úmido (alto teor de água> 5%), então fc deve ser limitado a menos de 1500 MHz se o valor calculado for maior.

Resultados-exemplo

Esses resultados são limites superiores de frequência. Não está incluído nesta análise simples o fato de que a potência e a sensibilidade do sistema GPR tendem a aumentar com a diminuição da frequência. Usar uma frequência um pouco mais baixa do que a calculada costuma ser uma escolha inteligente.

Como a velocidade pode ser extraída das hipérboles?

Determinar com precisão a profundidade de uma reflexão em um registro de dados GPR requer conhecimento de quão rápido os sinais viajam no material sob investigação. Várias técnicas são usadas, como CMP (ponto médio comum), WARR (reflexão e refração de grande angular), alvo de profundidade conhecida, ajuste hiperbólico a um alvo local e correspondência de cauda de difração.

Todas essas técnicas requerem medições GPR ao longo de uma barreira onde a geometria varia de maneira controlada. Em outras palavras, a distância até um alvo varia de tal forma que estimativas de velocidade podem ser extraídas.

GPR-transversal Figura 1: A travessia GPR deve ser perpendicular à direção do tubo ou cabo.

Para localização de tubos e cabos, ou, no exemplo Conquest de localização de vergalhões e conduítes, características lineares longas são alvos localizados se o sistema GPR atravessar perpendicularmente ao alinhamento do recurso (Figura 1). Para estimar a velocidade, o comprimento do caminho até o objeto deve variar.

Visão do plano transversal Figura 2: Visão plana olhando de cima para baixo no solo. O deslocamento 1 é perpendicular ao golpe e é ideal para determinação da velocidade. A transversal 2 está em um ângulo oblíquo e a transversal 3 é paralela ao eixo de direção do tubo. Os dados das travessias 2 e 3 não são adequados para determinar a velocidade.

A Figura 2 ilustra isso usando um tubo ou cabo reto como exemplo. Para extrair informações de velocidade, o sistema de radar deve ser movido perpendicularmente ao eixo do tubo ou cabo. A direção do eixo longo é comumente chamada de “direção de ataque” ou “ataque” abreviadamente. Se um GPR atravessa perpendicularmente ao golpe, a distância varia do sistema de radar ao tubo de forma regular. Percorrer paralelamente à batida do tubo não produz nenhuma alteração na distância do tubo e, portanto, um evento plano e sem alteração no registro GPR. As Figuras 3 e 4 mostram esses dois extremos usando dados reais de um tubo de drenagem em um campo agrícola.

Perpendicular Figura 3: dados GPR sobre um tubo de drenagem de argila perpendicular à direção do tubo (linha 1 na figura 8) Paralela ao tubo de argila Figura 4: Dados GPR sobre um tubo de drenagem de argila paralelo à direção do tubo (linha 3 na figura 8).

As seções transversais GPR exibem a amplitude do sinal versus posição (normalmente no eixo horizontal denotado como x) e tempo (que normalmente é o eixo vertical denotado como T). Um alvo local tem um tempo de viagem versus posição, conforme mostrado na Figura 5. A forma matemática é uma forma hiperbólica (U invertido em uma seção GPR) relacionando a posição espacial (x) ao tempo de viagem (T). A Figura 6 mostra a resposta em uma seção transversal de GPR conforme a profundidade do alvo é variada, enquanto na Figura 7 a velocidade é alterada para uma profundidade fixa.

Tempo de viagem Equação de tempo de viagem Figura 5: Relação entre posição GPR (x), profundidade do objeto (d) e tempo de viagem (T). To é o tempo de viagem quando o GPR está diretamente sobre o objeto. Alvos de profundidade variável Figura 6: Variações esquemáticas na resposta GPR quando a profundidade do objeto é variada para velocidade constante. Alvos de profundidade fixa Figura 7: Variações esquemáticas na resposta GPR quando a velocidade é variada para uma profundidade de objeto fixa.

Um auxílio de interpretação útil é ajustar visualmente uma forma hiperbólica do modelo aos dados GPR, conforme ilustrado na Figura 8. Colocar a parte superior do modelo (ponto do triângulo) sobre o ápice (topo do U invertido) na seção de dados seleciona Para. Ajustar a forma do modelo para coincidir com os dados produz uma estimativa da velocidade, v. Combinando v e To produz uma estimativa da profundidade até o topo do alvo.

A boa prática de campo envolve várias travessias sobre um objeto. Use apenas o ajuste hiperbólico na travessia que fornece a inclinação mais acentuada para os braços do U invertido. Essa abordagem garante a obtenção da velocidade mais correta. Uma travessia não perpendicular ao golpe (linha 2 na Figura 8) sempre produzirá uma velocidade maior do que a velocidade real e a profundidade do objeto parecerá mais profunda do que a realidade.

Adaptação de hipérbole de DVL Figura 8: Exemplo de ajuste de forma a uma resposta de destino na tela DVL no campo. Este recurso é padrão nos sistemas Noggin, Conquest e pulseEKKO.

As emissões de GPR são perigosas para minha saúde?

Os campos eletromagnéticos de radiofrequência podem representar um risco à saúde quando os campos são intensos. Os campos normais foram estudados extensivamente nos últimos 30 anos, sem epidemiologia conclusiva relacionando os campos eletromagnéticos a problemas de saúde. Discussões detalhadas sobre o assunto estão contidas nas referências e nos sites listados abaixo.

A Comissão Federal de Comunicação dos EUA (FCC) e a Administração de Segurança e Saúde Ocupacional (OSHA) especificam níveis aceitáveis ​​para campos eletromagnéticos. Níveis de poder semelhantes são exigidos por agências correspondentes em outros países. As exposições máximas permitidas e o tempo de duração especificados pela FCC e OSHA variam com a frequência de excitação. A potência equivalente de onda plana mais baixa citada é 0.2 mW / cm2 para a população em geral na faixa de frequência de 30 a 300 MHz. Todas as outras aplicações e frequências têm tolerâncias mais altas, conforme mostrado graficamente na Figura 1.

Limites FCC Figura 1: Limites da FCC para a densidade de potência equivalente de onda plana máxima permitida (MPE) em mW / cm2.

Todos os produtos Sensors & Software Inc. pulseEKKO, Noggin® e Conquest ™ são normalmente operados a pelo menos 1 m do usuário e, como tal, são classificados como dispositivos “móveis” de acordo com a FCC. Os níveis de densidade de potência típicos a uma distância de 1 m ou mais de qualquer produto da Sensors & Software Inc. são menores que 10-3 mW / cm2, que são 200 a 10,000 vezes menores que os limites obrigatórios. Dessa forma, os produtos da Sensors & Software Inc. não representam risco à saúde e à segurança quando operados da maneira normal de uso pretendido.

Referência

1. Perguntas e respostas sobre efeitos biológicos e riscos potenciais do campo eletromagnético de radiofrequência.

Comissão Federal de Comunicações dos EUA, Escritório de Engenharia e Tecnologia

Boletim OET 56 (contém muitas referências e sites)

2. Avaliação da conformidade com as diretrizes da FCC para exposição humana a campos eletromagnéticos de radiofrequência.

Comissão Federal de Comunicações dos EUA, Escritório de Engenharia e Tecnologia

Boletim OET 56 (contém muitas referências e sites)

3. Regulamentos da Administração de Segurança e Saúde Ocupacional dos EUA, parágrafo 1910.67 e 1910.263.

Sites web

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

Meu GPR causará interferência com outros tipos de instrumentos operando nas proximidades?

Todos os governos têm regulamentos sobre o nível de emissões eletromagnéticas que um aparelho eletrônico pode emitir. O objetivo é garantir que um aparelho ou dispositivo não interfira com qualquer outro aparelho ou dispositivo de forma a tornar o outro aparelho não funcional.

A Sensors & Software Inc. testa exaustivamente seus produtos de imagem de subsuperfície pulseEKKO, Noggin e Conquest usando casas de teste profissionais independentes e está em conformidade com as regulamentações mais recentes dos EUA, Canadá, Comunidade Europeia e outras jurisdições importantes em matéria de emissões.

Os instrumentos GPR são considerados dispositivos UWB (banda ultra larga). Os regimes regulatórios em todo o mundo estão criando novas regras para dispositivos UWB. Sensors & Software Inc. mantém contato próximo com os reguladores para ajudar a orientar o desenvolvimento de padrões e garantir que todos os produtos estejam em conformidade. Você deve monitorar continuamente o link "Notícias" em nosso site (www.sensoft.ca) para atualizações de padrões.

Dispositivos eletrônicos nem sempre foram projetados para imunidade adequada. Se um Equipamento GPR for colocado próximo a um dispositivo eletrônico, pode ocorrer interferência. Embora não haja relatos comprovados de interferência até o momento, se algum comportamento incomum for observado em dispositivos próximos, teste se o distúrbio começa e para quando o instrumento GPR é ligado e desligado. Se a interferência for confirmada, pare de usar o GPR.

Qual é a diferença entre os sistemas GPR no domínio da frequência e do tempo?

Em princípio, os GPRs de frequência e domínio de tempo não são diferentes e, em um mundo perfeito, produziriam resultados idênticos. A razão de haver dois tipos diferentes de sistemas deriva de várias abordagens de captura de sinais transitórios de banda larga quando a captura direta não é eletronicamente possível (os conversores A / D ainda não são rápidos o suficiente para a maioria das aplicações GPR). O resultado é um monte de bobagens eletrônicas que confunde especialistas não eletrônicos.

No domínio da frequência, os sinais são emitidos como uma onda sinusoidal. A resposta, conforme a frequência da sinusóide muda ao longo de uma determinada largura de banda, é extraída. A função de transferência é medida por técnicas de heterodinação ou mistura. Por manipulação de sinal adequado (transformada de Fourier), a força do eco versus o tempo de atraso é extraída. Esses métodos de implementação são chamados de FM-CW e radares de frequência de passo.

No domínio do tempo, todas as frequências são emitidas essencialmente ao mesmo tempo e elas interferem construtivamente para dar pulsos e criar diretamente a força do eco versus informação de atraso de tempo de viagem. A captura de sinal usa detecção síncrona do sinal. (O sinal no domínio da frequência pode ser sintetizado pela transformada de Fourier do sinal no domínio do tempo). Nomes comuns para sistemas de domínio do tempo são impulso, banda de base e radares UWB.

Quais são as vantagens de um sistema GPR digital sobre um sistema analógico?

Os sistemas GPR devem adquirir sinais de frequência de rádio que mudam muito rapidamente. A captura desses sinais para análise e interpretação requer um grau considerável de sofisticação eletrônica de forma que dados de alta fidelidade sejam adquiridos.

O GPR comercial usa amostragem de tempo equivalente (ETS) para capturar os sinais de ondas de rádio transientes. O ETS usa os mesmos princípios de um estroboscópio. Em sua forma mais antiga, o circuito eletrônico analógico foi projetado para traduzir a voltagem GPR que varia rapidamente em um sinal de freqüência de áudio que pode ser gravado e exibido.

Com o tempo, a tecnologia GPR de captura de sinal com ETS evoluiu substancialmente. Os principais desenvolvimentos nos últimos 30 anos foram os seguintes.
(a) Gravar o sinal de freqüência de áudio analógico em gravadores de fita de áudio analógico para reprodução.
(b) Digitalização do sinal de freqüência de áudio analógico para registrar os dados em fita magnética digital ou discos de computador. Os computadores são usados ​​para reprodução e análise.
(c) Eliminação do estágio de instrumento de áudio com captura direta de sinal digital na antena de recepção, mantendo a mesma sincronização de sinal analógico. Os dados digitais foram registrados em meio digital.
(d) Digitalização do sinal na antena de recepção com tempos de retardo controlados digitalmente (por computador). Os dados digitais são registrados. Todos os componentes ETS analógicos são removidos. Diz-se que tais sistemas usam amostragem de tempo equivalente digital (DETS).

Os principais benefícios do DETS são os seguintes

(a) Tempo e estabilidade e fidelidade da amplitude do sinal.
(b) A capacidade de usar esquemas de compensação digital para garantir linearidade e calibração de base de tempo. (c) Aquisição de dados GPR sob demanda sem a necessidade de manter o relógio analógico funcionando.
(d) Remoção dos estágios de filtragem analógica nos circuitos ETS da parte de áudio que podem criar distração.
(e) Capacidade de coletar dados sincronizados espacialmente (isto é, os dados são coletados em um local conhecido acionado pelo usuário ou posicionamento eletrônico). Não há necessidade de elástico para eliminar variações de velocidade transversal.
(f) Capacidade de usar empilhamento programável versus tempo de atraso GPR.
(g) Capacidade de registrar uma variedade de dados de diagnóstico com cada traço GPR.

Todos os sistemas GPR de Sensores e Software usam DETS para garantir a mais alta qualidade de dados GPR possível.

Quais vantagens o Conquest oferece para a inspeção de concreto em relação a outros métodos de END?

Comparado com os raios X:

  • O GPR / Conquest não apresenta riscos à saúde e esse trabalho pode ser realizado durante o horário comercial normal. Com os raios X, o trabalho deve ser realizado quando não há pessoas nas proximidades devido aos perigos da radiação dispersa; isso geralmente significa trabalhar depois da meia-noite.
  • O pessoal de raios-X precisa ser certificado e o trabalho exigirá várias pessoas no local, algumas para configurar e operar a máquina e outras para garantir que nenhuma pessoa não autorizada esteja presente. Conquest requer uma única pessoa para operá-lo e eles precisam apenas entender a teoria básica do GPR para interpretar os resultados. Nenhuma certificação formal é necessária.
  • Com os raios X, você precisa acessar os dois lados de uma placa. Com o Conquest, toda a digitalização pode ser feita de um lado.
  • Os resultados do Conquest são em tempo real, os Raios-X requerem algum desenvolvimento e análise do filme no caminhão.
  • As profundidades até o alvo são facilmente determinadas usando o Conquest, onde os raios X requerem alguns cálculos e suposições envolvendo a geometria da fonte / alvo.

Comparado com medidores de cobertura:

  • Conquest pode penetrar muito mais fundo do que cobrir metros, que normalmente são bons até 5 ″ no máximo.
  • Os medidores de cobertura atuam na indução magnética em estruturas metálicas em concreto (por exemplo, vergalhões) e não captam um conduíte não metálico. O Conquest pode detectar estruturas metálicas e não metálicas.
  • O Conquest pode determinar com precisão a profundidade desses recursos, onde os medidores de cobertura estimam a profundidade com uma grande margem de erro.