Принцип действия


Принцип действия

Основным предназначением георадара, как следует и из самого названия устройства, является проведение георадиолокационных исследований. Этот мобильный прибор, созданный благодаря военным разработкам, активно используется в геофизике и позволяет получить данные непрерывного разреза различных профилей грунта, а затем, анализируя электронную запись полученных результатов и в дальнейшем их обработав, задокументировать полученные данные.
Несомненно, георадар является наиболее совершенной современной техникой для получения сведений о разрезе грунта, которая не требует, как в старые времена, проведения предварительного контрольного бурения или каких-либо иных изыскательских работ. Георадар зондирует толщу грунта на требуемую глубину. Бесспорным достоинством георадара является его универсальность, благодаря которой прибор может использоваться не только в геологической отрасли, но и в инженерной разведке в сфере строительства промышленного и гражданского, обслуживании инженерных сетей любого назначения, когда для производства работ просто необходимы исследования грунта. Любое исследование георадар может провести и для других отраслей промышленной и научной деятельности, включая экологию, археологию, оборонную промышленность, таможенную службу и многие другие. Георадар, работа которого направлена на упрощение проведения изыскательских работ, занял достойное место в различных областях человеческой деятельности.

 Но многих, несомненно, интересует, что же это за диковинный прибор, из чего он состоит, и какой принцип его работы? 
Начнем с того, что георадар прежде всего специализированный геофизический прибор, увидевший свет благодаря развитию современных технологий. Георадар - это сокращённое название прибора, который имеет определенное научное название: радиолокационный прибор подповерхностного зондирования. Георадар представляет собой комплексное устройство из нескольких составляющих, работающих синхронно. Основной узел георадара собран из множества электронных компонентов, отвечающих за регистрацию импульсов, получаемых от передающей антенны, обработку сигналов, приходящих на приемную антенну, и налаживание синхронной работы всей системы. В состав георадара входит три основных блока - антенный блок и блок управления, обработки и индикации. Антенные блоки георадара по назначению могут быть излучающие, приемные и излучающе-приемные, а по принципу действия – дипольные, рупорные и щелевые. Блок регистрации георадара представляет собой ноутбук или любое другое портативное записывающее устройство. Датчик перемещения и измеритель пути позволяют делать привязку на местности и определять расстояние. Но как же работает этот уникальный прибор?
 Все исследования георадар проводит по следующей схеме. Электромагнитный импульс, являющийся сигналом георадара. посылается вглубь исследуемой среды. Находящиеся под поверхностью, различные геологические породы имеют неоднородный состав, и поэтому отраженный посланный георадаром импульс, возвращаясь на приёмную антенну, имеет различный вид. При известной скорости импульса, которая равна скорости света с учетом свойств среды, дальше идут элементарные математические вычисления, когда при обычной частоте сигнала в 400-1500 МГц и известном времени прохождения сигнала от момента посылки до времени приёма можно определить и интересуемую глубину до отражающего объекта. Для удобства визуального просмотра данные на георадаре могут выглядеть в виде профиля, а при исследованиях обширных площадей объектов, в виде карты. Вот вкратце и весь принцип работы георадара.

Но если Вас очень заинтересовал этот прибор и краткого описания не достаточно, постараемся объяснить более подробно.
Как уже упоминалось ранее, сам принцип работы георадара основан на применении метода радиолокационного исследования. Георадар, работа которого начинается с излучения в зондируемую среду электромагнитных импульсов и регистрации отражённых сигналов от неоднородных структур и объектов, находящихся в толще сканируемого грунта. Этот метод, используемый для сканирования среды, получил название метода неразрушающего исследования и контроля за свое физическое невмешательство в природные ресурсы. При помощи передающей антенны георадара происходит излучение сверхкоротких электромагнитных импульсов, имеющих широчайший спектр излучения. В зависимости от используемого типа антенны исследования георадаром проводятся на центральной частоте сигнала и лежат в диапазоне от 25 МГц до 3 ГГц, длина волн в обследуемых средах находится в пределах до нескольких метров. Разрешающая мощность при глубинных исследованиях не менее 1/2 длины волны и может быть усилена при математической обработке полевого материала. 
 Длительность импульса зависит от необходимой глубины исследования и разрешающей способности прибора.

Проникающий в обследуемую среду импульс имеет свойство отражаться от расположенных в ней предметов или имеющихся неоднородностей среды, которые имеют разную диэлектрическую проницаемость или так называемую проводимость и принимаются приемной антенной георадара, усиливаясь в широкополосном усилителе. С помощью аналого-цифрового преобразователя импульсы преобразуются в цифровой формат и сохраняются для дальнейшей обработки Данную информацию можно увидеть на индикаторе георадара в режиме он-лайн.
 Глубина исследований данного прибора может варьироваться от 0,3 до 50 метров и зависит от частоты зондирующего импульса и качества исследуемой среды. Георадар показывает наилучшие результаты по глубине в наиболее благоприятных для радиолокационного сканирования грунтах, таких как сухой песок, известняковые почвы, скальные породы, замерзший грунт. В суглинках и глинах качество глубинных исследований георадаром значительно снижается, но существует возможность улучшения получаемых результатов исследования при применении в процессе обработки полевого материала специальных компьютерных алгоритмов распознавания сигналов радарограммы.

Проведение георадиолокационного обследования местности происходит путем перемещения по поверхности исследуемой среды антенного блока, который излучает и принимает отражённые сигналы через определённые расстояния, так называемые шаги зондирования, причем минимальный используемый шаг зондирования, может равняться нескольким миллиметрам. Данный шаг зондирования непосредственно влияет на детализацию радарограммы по горизонтали.
 Как результат работы мы получаем упорядоченный набор отражённых сигналов, выведенный на монитор, отображающий разрез исследуемой среды, в перпендикулярной плоскости к антенне георадара, называемый георадиолокационным профилем (сокращенно радарограммой). На основе данных радарограммы оператор составляет отчет о положении границ слоёв почвы и наличии других объектов в исследуемых подповерхностных слоях. 
 В этих, на первый взгляд не очень сложных действия, и заключается георадиолокационное исследование среды, проводимое с помощью удивительного прибора - георадара.
 Как мы убедились георадар действительно уникальный и очень необходимый инструмент, но как и многие приборы, он не идеален. Существенным недостатком георадара является привязанность к качеству сред, которые способны значительно снизить возможности прибора или сильно рассеять его сигнал. Существует еще ряд неблагоприятных факторов, снижающих эффективность этого прибора, но они не так существенны. Следует заметить, что расшифровать полученную картинку не так просто, и в данном случае требуются специалисты весьма высокой квалификации, чтобы правильно проанализировать и расшифровать полученные результаты. Поэтому георадар относится к числу той уникальной техники, которая дает прекрасные результаты только в руках опытного специалиста, обладающего глубокими познаниями в области применения георадара для получения максимально корректной и полной информации и способного использовать все возможности этого чуда современной техники.