Как следует из самого названия георадара, основное назначение георадара – проводить георадиолокационное исследование. Георадар – это мобильный прибор, используемый в геофизике для получения непрерывного разреза исследуемой среды (профилирования грунта) и электронной записи полученных результатов для их дальнейшей обработки, анализа и документирования.
Таким образом, георадар использует наиболее совершенную технику получения разрезов грунта, не требующую предварительного контрольного бурения или раскопок. Георадар буквально "просвечивает" грунт на необходимую (в зависимости от типа используемого георадара) глубину. Основное достоинство георадара – универсальность, позволяющая использовать георадар не только в геологии, но и в транспортном строительстве, промышленном и гражданском строительстве, экологии, археологии, оборонной промышленности, военном деле, таможенной службе и т.д. Скорее всего, георадар найдёт себе достойное применение и во многих других областях, но здесь мы немного поговорим о том, из чего георадар состоит, и вкратце ответим на вопрос: как и на основе каких физических принципов, работает георадар.
Устройство георадара.
Итак, георадар представляет собой геофизический прибор, создаваемый при соблюдении современный технологий. Георадар – упрощённое название, правильнее этот прибор было бы назвать – радиолокационный прибор подповерхностного зондирования. Обычно, георадар является комплексным устройством, состоящим из нескольких отдельных блоков, работающих одновременно. Основной блок георадара состоит из электронных компонентов, выполняющих следующие функции: формирование импульсов, излучаемых передающей антенной, обработка сигналов, поступающих с приемной антенны, синхронизация работы всей системы. Георадар состоит из трех основных блоков: антенного блока (нескольких антенных блоков, имеющих различные центральные частоты зондирующих импульсов), блока регистрации и блока управления. Антенный блок георадара включает передающую и приемную антенны. Под блоком регистрации георадара понимается ноутбук или другое записывающее устройство, а роль блока управления георадара выполняет система кабелей и оптико-электрических преобразователей.
Как работает георадар?
В основе действия георадара лежит просто описываемый процесс: сигнал георадара – электромагнитный импульс – посылается вглубь среды. Объекты, находящиеся под поверхностью, в том числе и границы геологических пород разного состава, отражают посылаемый георадаром импульс, и он возвращается на приёмную антенну георадара. Скорость импульса известна – это скорость света с поправкой за свойства среды. Обычная частота сигнала 400-1500 МГц. Время прохождения сигнала от момента посылки до приёма также измеряется, и отсюда можно определить глубину до отражающего объекта. Данные на георадаре могут представляться в виде профиля или, при исследованиях больших площадей, в виде карты. В этом в двух словах, и заключается работа георадара. Для тех, кто хочет подойти к вопросу более обстоятельно, объясним более подробно.
Основы действия блочной системы георадара.
Принцип действия георадара основан на методе радиолокационного исследования. Георадар излучает в зондируемую среду электромагнитные импульсы и регистрирует отражённые сигналы от неоднородностей и объектов в толще сканируемого грунта. Таким образом, метод, используемый георадаром для сканирования среды, является методом неразрушающего исследования и контроля. Передающей антенной георадара излучаются сверхкороткие электромагнитные импульсы (единицы и доли наносекунды), имеющие широкий спектр излучения. Центральная частота сигнала георадара определяется типом антенны георадара и лежит в пределах от 25 МГц до 3 ГГц, длины волн в исследуемых средах лежат в пределах от нескольких сантиметров до нескольких метров. Разрешающая способность глубинных исследований георадаром – не ниже половины длины волны и может быть улучшена в процессе математической обработки полевого материала.
Выбор длительности импульса определяется необходимой глубиной зондирования и разрешающей способностью георадара. Для формирования зондирующих импульсов используется возбуждение широкополосной передающей антенны перепадом напряжения (ударный метод возбуждения).
Излучаемый в исследуемую среду импульс отражается от находящихся в ней предметов или неоднородностей среды, имеющих отличную от среды диэлектрическую проницаемость или проводимость, принимается приемной антенной георадара, усиливается в широкополосном усилителе, преобразуется в цифровой вид при помощи аналого-цифрового преобразователя и запоминается для последующей обработки. После обработки полученная информация отображается на индикаторе георадара.
Глубинность исследований георадаром зависит от частоты зондирующего импульса и составляет около 25 метров в хорошо доступном для радиолокационного сканирования грунте (сухие песок, известняк, скальные породы, мёрзлый грунт). В суглинистых грунтах глубинность исследований георадаром значительно снижается. Глубинность исследований георадаром можно существенно повысить, применяя в ходе обработки полевого материала специальные компьютерные алгоритмы распознавания полезных сигналов в области шумов радарограммы.
Как мы уже упоминали, в общем, комплект георадара может включать в себя нескольких сменных антенных блоков, имеющих различные центральные частоты зондирующих импульсов. При этом выбор антенных блоков георадара обуславливается задачей проводимого георадаром исследования. Так, для измерения толщины конструктивных слоёв дорожной одежды в георадаре используются высокочастотные антенные блоки с частотой 900 – 1700 МГц, имеющие глубинность исследований менее двух метров, но высокую разрешающую способность. А вот для оценки мощности месторождения соли высокое разрешение не обязательно, но требуется максимальная глубинность. В этом случае для работы георадара применяются низкочастотные антенные блоки, настроенные на центральную частоту зондирующего импульса 25- 150 МГц.
В большинстве случаев, при георадиолокационном обследовании, антенный блок георадара перемещается по поверхности исследуемой среды (или над её поверхностью), излучая и принимая отражённые сигналы через определённое расстояние, называемое шагом зондирования. Минимальный шаг зондирования, используемый в георадаре, может составлять несколько миллиметров. От шага зондирования зависит детализация радарограммы по горизонтали.
В результате, из упорядоченного набора отражённых сигналов на мониторе георадара формируется разрез исследуемой среды, перпендикулярный плоскости антенн георадара, именуемый георадиолокационным профилем или радарограммой. Из радарограммы оператором георадара делается вывод о положении границ слоёв и других объектов в подповерхностных слоях исследуемого объекта.
Вот собственно и все основные шаги георадиолокационного исследования среды, проводимого с помощью георадара.
В заключение хочется отметить, что георадар – безусловно незаменимый инструмент, но как и все инструменты, он не идеален и не универсален. Принципиальный недостаток георадара в том, что он ограничен «не идеальными» условиями. Например, резко снижает возможности георадара высокая проводимость мелкозернистых осадочных пород – глин и наносов, а скальные и разнородные осадочные породы сильно рассеивают сигнал георадара. Есть и другие неблагоприятные факторы, снижающие эффективность георадара, но они менее значимы. Надо также отметить, что картинка, получаемая по результатам работы георадара, часто сложна, и требует достаточно высокой квалификации специалиста для её верного анализа. Поэтому георадар хорош тогда, когда он находится в руках специалиста, который знает где, при каких условиях и каким образом применить георадар для достижения максимальной эффективности использования заложенных в нём возможностей.
Этот форум в настоящее время закрыт – только для чтения
Вход
Форум
Поиск