Radar xuyên đất (GPR) là gì?

Hệ thống GPR được tạo thành từ ba thành phần chính: Bộ điều khiển, Ăng-ten và Nguồn cấp. Thiết bị GPR có thể chạy với nhiều nguồn điện khác nhau, từ pin sạc nhỏ đến pin xe và 110/220-volt thông thường. Các đầu nối và bộ điều hợp có sẵn cho từng loại nguồn điện.

Hình 1. Nguyên lý hoạt động của Radar xuyên đất (GPR).

Bộ điều khiển GPR và Ăng-ten

Bộ phận điều khiển chứa các thiết bị điện tử kích hoạt xung năng lượng radar mà ăng-ten gửi xuống đất. Nó cũng được tích hợp một máy tính và ổ cứng / bộ nhớ trạng thái rắn để lưu trữ dữ liệu phục vụ công tác khám nghiệm sau khi điều tra thực địa. Một số hệ thống, được điều khiển bởi một máy tính xách tay Windows được đính kèm với phần mềm điều khiển được tải sẵn. Hệ thống này cho phép xử lý và giải thích dữ liệu mà không cần phải tải các tệp tin Radar vào một máy tính khác.

Ăng-ten nhận xung điện do thiết bị điều khiển tạo ra, khuếch đại nó và truyền vào mặt đất hoặc phương tiện khác ở một tần số cụ thể. Tần số ăng-ten là một trong những yếu tố chính trong việc xuyên sâu. Tần số của anten càng cao thì nó sẽ xuyên qua đất càng nông. Một ăng-ten tần số cao hơn cũng sẽ “nhìn thấy” các mục tiêu nhỏ hơn. Lựa chọn anten là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong thiết kế khảo sát. Bảng sau đây cho thấy tần số ăng-ten, độ xuyên sâu gần đúng và ứng dụng thích hợp.

Bảng sau đây cho thấy tần số ăng-ten, độ xuyên sâu gần đúng và ứng dụng thích hợp:

ỨNG DỤNG PHÙ HỢP	LỰA CHỌN ĂNG TEN CHÍNH	LỰA CHỌN ĂNG TEN PHỤ	KHOẢNG ĐỘ SÂU
Bê tông kết cấu, Đường, Mặt cầu	2600 MHz	1600 MHz	0-0,3 m (0-1,0 ft)
Bê tông kết cấu, Đường, Mặt cầu	1600 MHz	1000 MHz	0-0,45 m (0-1,5 ft)
Bê tông kết cấu, Đường, Mặt cầu	1000 MHz	900 MHz	0-0,6 m (0-2,0 ft)
Bê tông, đất nông, khảo cổ học	900 MHz	400 MHz	0-1 m (0-3 ft)
Địa chất nông, Tiện ích, UST, Khảo cổ học	400 MHz	270 MHz	0-4 m (0-12 ft)
Địa chất, Môi trường, Tiện ích, Khảo cổ học	270 MHz	200 MHz	0-5,5 m (0-18 ft)
Địa chất, Môi trường, Tiện ích, Khảo cổ học	200 MHz	100 MHz	0-9 m (0-30 ft)
Hồ sơ địa chất	100 MHz	MLF (16-80 MHz)	0-30 m (0-90 ft)
Hồ sơ địa chất	MLF (16-80 MHz)	Không có	Lớn hơn 30 m (90 ft)

Phương pháp Radar xuyên đất GPR

Hình 2. Cường độ phản xạ của một số vật liệu.

GPR hoạt động bằng cách gửi một xung năng lượng cực nhỏ vào vật liệu và ghi lại cường độ cũng như thời gian cần thiết để trả lại bất kỳ tín hiệu phản xạ nào. Một loạt các xung trên một khu vực duy nhất tạo nên được gọi là quét. Phản xạ được tạo ra bất cứ khi nào xung năng lượng đi vào vật liệu có các đặc tính dẫn điện khác nhau hoặc tính cho phép điện môi từ vật liệu mà nó để lại. Cường độ hay biên độ của phản xạ được xác định bởi độ tương phản trong hằng số điện môi và độ dẫn điện của hai vật liệu. Điều này có nghĩa là một xung chuyển động từ cát khô (điện môi 5) sang cát ướt (điện môi 30) sẽ tạo ra phản xạ rất mạnh, trong khi chuyển từ cát khô (5) sang đá vôi (7) sẽ tạo ra phản xạ tương đối yếu.

Trong khi một số xung năng lượng GPR được phản xạ trở lại ăng-ten, năng lượng cũng tiếp tục truyền qua vật liệu cho đến khi nó tiêu tan (suy giảm) hoặc bộ điều khiển GPR đã đóng cửa sổ thời gian của nó. Tốc độ suy giảm tín hiệu rất khác nhau và phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu mà xung truyền qua.

Hình 3. Hình dạng vùng quét của một máy GPR.

Vật liệu có điện môi cao sẽ làm chậm sóng radar và nó sẽ không thể xuyên qua xa. Vật liệu có độ dẫn điện cao sẽ làm giảm tín hiệu nhanh chóng. Sự bão hòa nước làm tăng đáng kể điện môi của vật liệu, vì vậy khu vực khảo sát cần được kiểm tra cẩn thận để tìm các dấu hiệu thấm nước.

Kim loại được coi là vật phản xạ hoàn toàn và không cho phép bất kỳ lượng tín hiệu nào đi qua. Các vật liệu bên dưới tấm kim loại, lưới kim loại mịn hoặc sàn chảo sẽ không được nhìn thấy.

Năng lượng rađa không được phát ra từ ăng-ten theo đường thẳng. Nó được phát ra dưới dạng hình nón. Thời gian di chuyển hai chiều đối với năng lượng ở cạnh trước của hình nón dài hơn đối với năng lượng trực tiếp bên dưới ăng ten. Điều này là do cạnh trước của hình nón đại diện cho cạnh huyền của một tam giác vuông.

Vì mất nhiều thời gian hơn để nhận được năng lượng đó, nó sẽ được ghi lại sâu hơn trong hồ sơ. Khi ăng-ten được di chuyển qua mục tiêu, khoảng cách giữa hai ăng-ten giảm xuống cho đến khi ăng-ten vượt qua mục tiêu và tăng khi ăng-ten được di chuyển ra xa. Vì lý do này mà một mục tiêu duy nhất sẽ xuất hiện trong dữ liệu dưới dạng hyperbola hoặc chữ “U.” ngược. Mục tiêu thực sự ở biên độ đỉnh của wavelet dương.

Phần mềm xử lý các dữ liệu thu thập từ GPR

Hình 4. Phần mềm xử lý các dữ liệu thu thập từ GPR.

Dữ liệu được thu thập theo các đường cắt song song và sau đó được đặt cùng nhau ở các vị trí thích hợp để xử lý máy tính trong một chương trình phần mềm chuyên dụng. Sau đó, máy tính tạo ra một bề mặt nằm ngang ở độ sâu cụ thể trong bản ghi. Đây được gọi là lát cắt độ sâu, cho phép người vận hành diễn giải hình chiếu bằng của khu vực khảo sát.

Trong nhiều tình huống, người điều hành GPR sẽ chỉ cần ghi lại vị trí của mục tiêu để có thể tránh nó. Đối với những khách hàng này, có thể chỉ cần sử dụng định dạng quét dòng đơn giản để đánh dấu khu vực gần đúng của mục tiêu trên bề mặt khảo sát. Các khách hàng khác có thể yêu cầu bản đồ chi tiết dưới bề mặt và độ sâu của các đối tượng địa lý.

Những tình huống này sẽ yêu cầu người vận hành sử dụng phần mềm xử lý, những phần mềm này áp dụng các hàm toán học vào dữ liệu để loại bỏ nhiễu nền, di chuyển các hyperbol, tính toán độ sâu chính xác và hơn thế nữa.

>>> Xem thêm: ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ DÒ CÔNG TRÌNH NGẦM BẰNG CÔNG NGHỆ RADAR XUYÊN ĐẤT (GPR)

Mọi thông tin xin vui lòng liên hệ: