|
РАБОТА С ГЕОРАДАРОМ NOGGIN
производства компании SENSORS & SOFTWARE (КАНАДА) Перейти к списку оборудования компании Sensors & Software Немного о компании-производителе Sensors & Software Inc.
S&S Inc. - компания, которая выпускает приборы, обеспечивающие просмотр подземного и подводного пространства
- признанный мировой лидер в области разработки и производства геолакационных систем (георадаров)
- инструменты и клиенты в более чем 80 странах
Что означает сокращение GPR? - Ground Penetration Radar - Георадар
- Под словом ground может подразумеваться земля, почва, грунт, камень, бетон, дерево, или обобщенно - любая среда не из металла.
Георадар:- Излучает импульсы в среду обследования.
- Принимает и записывает отраженные импульсы.
- Строит изображение на основе полученных эхо-сигналов.
Что такое Noggin? Noggin - это георадар (GPR). - Это прибор, который позволяет формировать изображения под поверхностью среды обследования.
- Это компактный и легкий в использовании георадар.
- Выпускается фирмой Sensors&Software
Частоты георадаров Noggin
- 250 MHz - центральная частота, глубина проникновения (2,5-15) метров.
- 500 MHz - центральная частота, глубина проникновения (1 -8) метров.
- 1000 MHz - центральная частота, глубина проникновения (0,25-4) метра.
Для чего служит Noggin Smart Cart (Ноггин Смарт Карт)? | - Обеспечивает более удобный вариант перемещения георадара Noggin (на тележке).
- На нем имеется одометр для привязки положения георадара к поверхности.
- В его составе: аккумуляторная батарея на 8 часов работы, цифровое видеозаписывающее устройство (DVL), а также программное обеспечение для анализа результатов.
|
| Как работает георадар? На рисунке: T - передатчик, R – приемник. Передатчик излучает радиочастотный сигнал Приемник принимает, отраженные от объектов и неоднородностей в среде обследования. На экране отображаются время задержки и интенсивность эхо-сигнала. Время прихода отраженных сигналов измеряется в миллиардных долях секунды |
| Что можно увидеть на георадаре и в чем трудность обучения работы с ним? Actual – фактический объект GPR Record – отображение на экране георадара Вы должны учиться правильно читать это изображение. Вам нужна практика. В отдельных случаях георадар просто нельзя применять и нужно знать ограничения. |
Что нужно помнить при работе с георадаром: - Реальные условия работы сильно отличаются от идеальных (модельных), на которых проверяется работа прибора.
- Запись сигналов содержит большое количество информации.
- Даже эксперты в области георадаров могут ошибаться в интерпретации результатов.
- Интерпретация результатов контроля обследования зависит от контекста (одно и то же изображение можно интерпретировать по-разному, в зависимости от места, среды обследования…)
Аналогия с эхолотомПринцип работы георадара напоминает принцип работы эхолота - прибора для поиска рыбы и зондирования дна водоема. Эхолот отображает глубину водоема Некоторые модели эхолотов показывают местонахождение рыбы в виде метки на экране Современные модели эхолотов могут отображать контуры рыбы, а не только метку. И это делается только благодаря известному заранее контексту. Работа эхолота - Посылает ультразвуковой импульс.
- Сигнал отражается от рыбы.
- Сигнал отражается от дна водоема.
- В одной записи сигнала имеется две метки.
| |
Запись информации в эхолоте
| По мере продвижения лодки происходит сбор информации и отображение последовательных записей (меток) на экране. Результат выглядит, как показано на картинке. | |
Использование цвета при построении изображений Современные технологии позволяют строить цветные изображения с использованием микропроцессоров и цветных ЖК мониторов. При этом получаем очень наглядное представление об объектах. В георадарах используются те же самые технологии отображения информации. Какие трудности возникают при работе с георадаром? | - Земля (почва, грунт) - более сложная среда, нежели вода.
- Рукотворные объекты (фундаменты, дороги, трубопроводы и др.) обычно имеют сложную структуру.
- Некоторые объекты могут почти не отражать сигнал
- Некоторые грунты поглощают все сигналы.
- Нужно помнить о «контексте».
|
Интерпретировать изображения, полученные георадаром, это всё равно, что интерпретировать изображения, полученные эхолотом: - При наличии в водоеме целого косяка рыб.
- В болоте, с большим количеством затопленных деревьев (корней, веток и др.).
- В море, полном водорослей.
- При попытке обнаружить медуз, которые в воде практически прозрачны для ультразвука.
Итоги- Noggin - это георадар.
- Георадар визуально отображает предметы, объекты, находящиеся в среде обследования.
- Noggin способен также обследовать бетон, асфальт, дерево и т.д.
- Необходимо понимать, как читать (интерпретировать) полученные результаты.
- Изображения, полученные с помощью георадара, в чем-то напоминают изображения, полученные с помощью эхолота
Пример записанных сканированных данных. | Где Оси координат: - Time Axis - ось времени;
- Position Axis - ось положения георадара на поверхности.
- Signal Amplitude - амплитуда сигнала.
|
Позиционирование георадара | Выглядит просто по сравнению с другими факторами - Данные должны собираться через одинаковые расстояния по поверхности.
- Данные, полученные георадаром, поддаются интерпретации, когда они собраны вдоль прямой линии.
- Изображения, собранные вдоль прямых линий хорошо имитируют вертикальные срезы обследуемой среды (объекта).
| |
Как Смарт Карт (тележка) помогает позиционированию георадара? Одометр подает управляющий сигнал на Noggin для сбора данных через одинаковые расстояния на поверхности, даже если скорость перемещения по поверхности непостоянная. - Сбор данных не происходит при остановке тележки.
Для чего используется информация о времени? | Сигналы, воспринимаемые георадаром проходят расстояние от генератора до объекта, отражаются от него, доходят до приемника и им воспринимаются. - С увеличением расстояния время, затрачиваемое на прохождение данного расстояния, увеличивается.
- Георадары измеряют время прохождения сигнала, причем очень точно.
- Георадар записывает амплитуду сигнала в привязке ко времени прихода сигнала.
- Записанное время используется для вычисления глубины залегания отражателя.
- В Noggin используется таймер, позволяющий измерять время с пикосекундной точностью.
|
Как рассчитывается глубина | Для получения данных о глубине необходимо знать скорость распространения сигнала - Скорость зависит от материала.
- Скорость распространения сигнала может быть измерена или оценена.
Path length – длина пути; Time delay – временная задержка (сигнала) Length – путь; Speed – скорость. Итого: Глубина = скорость * время / 2 |
Скорость в различных материалахВоздух | 0.30 м/нс | Лёд | 0.16 м/нс | Сухой грунт | 0.15 м/нс | Сухой камень | 0.12 м/нс | Сырой грунт, влажный камень | 0.10 м/нс | Бетон, асфальт | 0.10 м/нс | Влажный грунт | 0.06 м/нс | Вода | 0.033 м/нс |
| К вопросу об определении глубины - На рисунке приведено изображение, полученное от закопанной трубы
- Вершина гиперболы располагается на отметке 29 нс.
- Во время калибровки было известно, что скорость в среде составляет 0.10 м/нс.
- Следовательно, глубина равна 0.10х29/2= 1.45 м
|
Вид экрана Noggin Об амплитуде сигнала- Георадар излучает сигнал.
- Сигнал характеризуется амплитудой и формой.
- Амплитуда это параметр, отражающий величину сигнала.
- Эхо сигнал (отраженный сигнал) от объекта всегда меньше излученного сигнала.
| |
О форме сигнала | - Идеальным сигналом можно назвать сигнал, в виде очень короткого импульса
- Электронные приборы не могут излучать идеальные импульсы
- Реально получаемый сигнал представляет собой импульс, определенной длительности, с изменяющейся амплитудой
- Сигналы, излучаемые георадаром, должны быть недетектированными (т.е. иметь как положительную, так и отрицательную полуволну) со средним нулевым значением
- Форма сигнала также часто называется «форма волны»
|
| Форма и амплитуда отраженных сигналов- Форма отраженного сигнала примерно такая же, как и форма излученного
- Отраженные сигналы всегда меньше по амплитуде, чем излученные.
Снова об амплитуде сигнала- От амплитуды сигнала зависит, можно ли определить объект в среде обследования.
- Если амплитуда отраженного сигнала слишком мала (на уровне шума, помех)- скорее всего такой объект определить нельзя.
- Амплитуда отраженного сигнала зависит от размера, геометрии и материала объекта, а также расстояния до него.
Noise – шум, помеха
|
Глубина зондирования зависит от конкретных условий | Амплитуда, принимаемых георадаром сигналов, зависит от материала обследуемой среды - Почва (например, ил, глина) поглощает электромагнитные волны
- Пески и гравий это примеры подходящих для обследования георадарами сред
- Соленая вода является непрозрачной средой для георадара
Где: clay – глина; silt – ил; sand – песок |
Глубина зондирования Типовые значения глубины зондирования для различных сред Вид экрана георадара при зондировании закопанной трубы | Обследование проводилось георадаром Noggin 250, диаметр трубы 15 см Глубина залегания трубы 1.3 метра Грунт - сухой песок Информация собрана на длине 5 метров (поперек расположения трубы) Излучение импульса осуществлялось каждые 5 см Гипербола на экране представляет собой трубопровод Диапазон развертки по оси времени (глубине) 50 наносекунд. |
Почему труба не выглядит как труба? | На экране георадара мы видим псевдоизображение того, что находится под исследуемой поверхностью - Найденные объекты отображаются в виде гипербол
- Георадар посылает сигналы во всех направлениях
- Эхосигналы принимаются с любых направлений
- Наиболее близко к поверхности объект расположен в месте, где обнаружена вершина гиперболы
- Форма гиперболы помогает определить точную глубину залегания объекта
|
Последовательность формирования изображения Почему на экране георадара (на изображении) столько много полос?- В необработанной информации имеется информация о реальной форме принятого сигнала.
- Георадарный сигнал осциллирует (колеблется) 1 - 3 цикла.
- Каждый полуцикл осцилляции вносит в изображение свою полосу.
- Сигнал георадара Noggin 250 имеет 1.5-2 цикла, что дает 3-4 полосы на изображении.
- Интенсивность и цвет изображения зависит от амплитуды (силы) сигнала.
- Пересечение сигналом нулевого уровня амплитуды дает отсутствие сигнала и определяет место, где на изображении появляются полосы
| |
Что означают цвета на изображении? | - Связывать различные амплитуды сигнала с различными цветами - это обычная практика построения карты (изображения) обследуемой среды (объекта).
- При использовании цвета человеческий глаз легко может уловить даже небольшие изменения в изображении.
- Иногда удобнее иметь черно-белое изображение, с оттенками серого цвета, например, при работе снаружи т.к. цветной компьютер имеет неудовлетворительную видимость.
|
Свойства трубопровода и кабеля (с точки зрения применения георадара)surface – поверхность depth – глубина diameter – диаметр composition – состав metallic – металл plastic – пластик concrete - бетон | |
Влияние диаметра на выявляемость | Глубина (футы) ~ 30,5 см Диаметр (дюймы) ~ 2,5 см Соотношение 1:10, 1:20 |
Влияние материала на отражательную способность трубопровода | Pipe Reflectivity - Отражательная способность: Metal - Металл; Water in Non-metal - Неметаллическая труба, заполненная водой; Gas in Non-Metal - Неметаллическая труба, заполненная газом. |
Заключение - Изображение, полученное георадаром, несет информацию об амплитуде сигнала.
- Обычно, горизонтальная ось на изображении - это местоположение георадара на поверхности, вертикальная ось - это ось времени, время - это реальная величина, которая измеряется георадаром.
- Для определения глубины залегания отражателя необходимо знать скорость распространения импульса в материале среды обследования.
- Амплитуда сигнала на изображении представлена: либо цветом; либо интенсивностью (оттенками серого).
- Обнаруженные объекты (такие как труба и т.д.) обычно появляются на изображении в виде гиперболы.
Перейти к списку оборудования компании Sensors & Software
|