1        2           

Георадар EASYRAD GPR. Руководство пользователя и инструкции по эксплуатации

Георадар EASYRAD GPR

Руководство пользователя

и

инструкции по эксплуатации

Портативный многоцелевой сканирующий георадар -

георадиолокатор подповерхностного зондирования,

для задач инженерной геологии, гидрогеологии, археологии и экологии

Прежде, чем начать работу с георадаром EASYRAD GPR

внимательно прочитайте настоящее Руководство

и ознакомьтесь со всеми инструкциями!

Назначение георадара.

Георадар EASYRAD GPR (Ground Penetration Radar, ГРЛПЗ) предназначен для

неразрушающего исследования различных сред.

Георадар используется для оперативного обнаружения скрытых объектов и полостей,

находящихся под поверхностью земли, в зданиях и сооружениях. Георадар излучает

широкий диапазон радиоволн в направлении исследуемой области, принимает и

математически обрабатывает отраженные сигналы, с возможностью одновременного

вывода на экран монитора и сохранения результатов на компьютер для дальнейшей их

обработки и анализа. Георадар имеет широкий круг применения как в профессиональной

деятельности, так и для хобби.

Решаемые инженерно-геологические задачи.

•

Неразрушающая диагностика состояния грунта под поверхностью городских

территорий, промплощадок и отдельных уникальных сооружений

(оценка

влажности слоев, обнаружение и картографирование зон распространения

верховодок, оценка подтопления, обнаружение пустот и разуплотнений грунта).

•

Оценка состояния структуры грунта плотин, дамб, береговых укреплений,

набережных (оценка степени увлажнения слоев грунта, степени разуплотнения).

•

Контроль дорожных покрытий, грунта и насыпей под железнодорожным полотном.

•

Оценка и диагностика подповерхностной структуры и состояния грунта оползней,

картографирование их зоны распространения и оценка устойчивости.

•

Картографирование зон распространения жидких нефтепродуктов

(линз) в

результате несанкционированных утечек и аварий под поверхностью

промышленных и техногенных районов.

•

Картографирование подземных коммуникационных сооружений

(прокладки

кабелей, трубопроводов, тоннелей).

•

Определение состояния фундаментов и строительных конструкций действующих

надземных зданий и сооружений.

•

Обнаружение неоднородностей подповерхностной структуры грунта, связанные с

археологическими артефактами.

•

Обследование местности во время саперных и поисково-спасательных работ.

Таблица 1. Основные параметры георадара EASYRAD GPR.

Наименование параметра (стандартная комплектация)

Значение

Мощность, потребляемая прибором, Вт

2,8

Максимальное напряжение зондирующего импульса, В

1000

Частота следования зондирующего импульса, кГц

100

Длительность зондирующего импульса, нс

2-8

Максимальная глубина зондирования, м

24

Разрешающая способность в вертикальном направлении, см

<50

Разрешающая способность в горизонтальном направлении, см

<10

Точность анализа электрических постоянных и скорости

15-20

распространения радиоволн в грунте, %

Точность анализа влажности слоев грунта, %

20-30

Интерфейс персонального компьютера

USB

Скорость передачи данных, бит/с

115200

Время непрерывной работы от аккумуляторов, час

не менее 8

Класс защиты

IP41

Диапазон рабочих температур прибора, град. Цельсия

-10…+50

2

Габаритные размеры ГРЛПЗ в рабочем состоянии (макс.):

длина, мм

1050±5

ширина, мм

520±5

высота, мм

750±10

Масса без батареи питания, не более, кг

1.5

Комплектность поставки.

Базовый комплект георадара EasyRad GPR - это минимальный набор оборудования,

комплектующих и программного обеспечения для осуществления зондирования и

обработки результатов.

В базовый комплект поставки прибора входит:

- георадар EasyRad GPR (модуль импульсного передатчика (Tx), модуль приемника

отраженных сигналов (Rx), антенна Tx, антенна Rx, штанга-ручка);

- базовый набор программного обеспечения (EasyRad_rus_x.xx, драйверы интерфейса

RS232-USB, демонстрационно-обучающая программа EasyRad_Demo_rus и др.);

- кабель для подключения георадара к компьютеру;

- документация.

Дополнительно к базовому комплекту могут поставляться (рис. 2):

- блок аккумуляторов питания георадара;

- зарядное устройство аккумуляторов питания георадара;

- кабель для подключения к зарядному устройству;

- персональный компьютер с предустановленным программным обеспечением с кейсом

для ношения при зондировании.

Рис. 2.

3

Требования к персональному компьютеру (ПК).

Для эксплуатации с георадаром EasyRad GPR необходим ПК (например, notebook) с

операционной системой Windows 98 и выше, ОЗУ не менее 64 MB, не менее 100 MB

свободного места на жестком диске для хранения получаемых данных, последовательным

портом USB.

Рекомендуемый ПК.

Для нормальной работы в жестких условиях вне помещений рекомендуется

использовать так называемые «защищенные» ноутбуки. Главная особенность защищенных

ноутбуков - способность устойчиво работать и сохранять данные при эксплуатации в

полевых и экстремальных условиях. В холод и жару, под дождем и снегом такой ПК

обеспечит стойкость к внешним воздействиям и настоящую мобильность, что, безусловно,

важно для эксплуатации в полевых условиях. См. Рис. 3.

Рис. 3.

Опции.

Опционально и для версии EasyRad GPR -Pro (-Professional) могут поставляться

дополнительные аксессуары, расширяющие возможности работы георадара EasyRad

GPR. Например, различного типа антенны для решения профессиональных

геофизических задач повышенной сложности.

Принципы работы георадара.

Прибор EasyRad GPR относится к классу моноимпульсных георадиолокаторов

подповерхностного зондирования

(ГРЛПЗ) и является одним из инструментов для

4

зондирования структуры грунта на глубину нескольких десятков метров с целью

обнаружения и определения пространственных границ залегания различного рода

подповерхностных неоднородностей (предметов, имеющих отличные от окружающей

среды электрические характеристики: диэлектрическую проницаемость и проводимость,

например, зоны повышенной влажности, разуплотнения грунта - пустоты, вкрапления

менее плотного вещества и др.).

Принцип действия ГРЛПЗ основан на зондировании физической среды

электромагнитными импульсами амплитудой 1 (5-10, версия -Pro) КВольт длительностью

порядка

2-8 наносекунд

(ударный метод возбуждения) и регистрации амплитуды и

временной задержки отраженных сигналов от границ раздела сред с различной

диэлектрической проницаемостью. ГРЛПЗ способен зондировать грунт на глубину до 15

(30-50, версия -Pro) метров. Рис.4.

Зондирующий сигнал, излучаемый антенной ГРЛПЗ, распространяется под

поверхность земли, затухая по мере распространения, и, встречая неоднородность,

частично отражается в разных направлениях, в том числе и в направлении приемной

антенны. Уровень принимаемых сигналов зависит от коэффициента отражения сигнала от

подповерхностной неоднородности. Коэффициент отражения зависит от того, насколько

электрические параметры неоднородностей отличаются от параметров окружающей

среды. Чем больше это отличие, тем больше отраженный сигнал. Часть сигнала проходит

дальше и отражается от следующей неоднородности и т.д., до полного затухания сигнала.

Рис. 4.

5

Tx - импульсный передатчик, Rx - приемник, с соответствующими антеннами.

Передатчик посредством антенны излучает импульсный электромагнитный сигнал.

Приемник посредством антенны принимает сигналы, отраженные от объектов

(неоднородностей) в среде обследования.

Цифровой процессор получает от приемника и обрабатывает время задержки и

интенсивность (амплитуду) эхо-сигнала.

Время прихода отраженных сигналов измеряется в миллиардных долях секунды.

Ниже в таблице

1 представлены электрические характеристики, скорость

распространения радиоволн и коэффициент затухания сред, наиболее часто встречаемых

на практике.

Расстояние до неоднородности определяется по времени задержки принятого

сигнала относительно излучаемого.

Таблица 2. Физические свойства природных сред.

Среда

Относительная

Удельная

Скорость

Затухание,

диэлектрическая

проводимость, σ

распространения

[дБ/м]

проницаемость, ε

[мс/м]

радиоволн, [м/нс]

Воздух

1

0

0.3

0

Дистилл. вода

80

0,01

0.033

0.002

Обычная вода

80

0,5

0.033

0.1

Морская вода

80

3000

0.01

1000

Сухой песок

3-5

0,01

0.15

0.01

Влажный песок

20-30

0,1-1

0.06

0.03-0.3

Известняк

4-8

0,5-2

0.12

0.4-1

Сланцеватая глина

5-15

1-50

0.09

1-50

Ил

5-30

1-100

0.07

1-100

Глина

5-40

2-200

0.06

1-80

Гранит

4-6

0,01-1

0.13

0.01-1

Лед

3-4

0,01

0.16

0.01

Методика проведения зондирования ГРЛПЗ.

Методика проведения зондирования состоит в следующем.

Оператор осуществляет передвижение прибора вдоль поверхности земли по

выбранному профилю, исходя из необходимой разрешающей способности в

горизонтальном направлении.

В каждой дискретной точке излучается зондирующий сигнал, и принимаются

отраженные неоднородностями подповерхностной структуры сигналы, которые

обрабатываются и запоминаются в памяти компьютера.

Основной формой представления результатов является построение

6

радиолокационных изображений сечений грунта по профилям движения прибора, в

которых по оси ординат откладывается время прохождения сигнала и/или рассчитанная

под конкретный грунт глубина, по оси абсцисс - расстояние (местоположение) вдоль

выбранного профиля.

При построении радиолокационных изображений используются специальные

алгоритмы обработки сигналов для вывода результата на дисплей.

При выводе изображения на экран монитора степень затемнения и цветовая гамма

участков изображения, соответствующих неоднородностям подповерхностной структуры,

прямо пропорциональна амплитуде радиолокационных сигналов, отраженных от этих

объектов. Так как амплитуда радиолокационных сигналов, отраженных от

подповерхностных объектов, пропорциональна коэффициентам отражения от границ этих

объектов, а сами коэффициенты отражения определяются степенью отличия физических

свойств этих объектов от окружающей среды, то в указанном случае мы можем наблюдать

степень отличия наблюдаемых объектов от окружающей среды. Чем больше указанное

отличие (чем больше радиолокационные сигналы), тем больше степень различия участков

изображения, соответствующих указанным объектам. Таким образом, степень отражающей

способности границ подповерхностных объектов

(например, границ слоев грунта)

представляется цветовой гаммой и затемнениями

(чернениями) или цветовой

насыщенностью областей рисунка, соответствующих неоднородностям.

Слабо контрастные границы некоторых объектов или слоев в данном случае подавляются

отражениями от объектов с сильно выраженными отличиями их физических свойств от

окружающей среды.

Рис. 5.

На рис. 5 показан механизм формирования радиолокационных изображений сечений

7

Рис. 6.

Используйте только стандартные крепления и арматуру, поставляемые производителем.

Соедините кабелем модули Rx и Tx (рис. 7), подключив соответствующий штекер в разъем

модуля Tx согласно рис. 8.

Рис. 7.

Рис. 8.

9

Подключите интерфейс USB-to-Serial: подключите штекер интерфейса RS232 в

соответствующее гнездо RS232 на модуле Тх, а штекер USB в ПК согласно рис. 9.

В различных ПК гнезда USB располагаются на разных панелях. В случае, если длина

интерфейсного кабеля USB-to-Serial недостаточна для удобной эксплуатации, используйте

дополнительный кабельный удлинитель USB.

В случае, если ваш ПК имеет штатный СОМ порт, возможно использование соединения

EasyRad GPR СОМ - СОМ ПК.

Рис. 9.1.

Рис. 9.2.

Проверьте состояние батареек

(аккумуляторов) питания на подтеки, наличие

10

механических повреждений и т.п.

Вставьте необходимое количество батарей питания в батарейный бокс. Батареи должны

быть новые или достаточно заряженные для поддержания нормальной и длительной

работы устройства. Если Вы используете аккумуляторы - зарядите их предварительно.

Подключите кабель батареи питания в гнездо «ПИТАНИЕ» на модуле Tx георадара (см.

рис. 10).

Рис. 10.

ВКЛЮЧИТЕ георадар.

Проверьте уровень напряжения электропитания по светодиодам на лицевой панели модуля

Rx.

Георадар EasyRad GPR нормально работает при напряжении питания 11,5-16 Вольт.

Контролируйте напряжение питания по соответствующим светодиодам:

Светится 4 светодиода: более 14 Вольт. Отличный уровень.

Светится 3 светодиода: около 14 Вольт. Хороший уровень.

Светится 2 светодиода: около 13 Вольт. Нормальный уровень.

Светится 1 светодиод: около 12 Вольт. Нормальный уровень.

При отсутствии свечения диодов напряжение питания менее 11,5 Вольт. Пора прекратить

работу георадара EasyRad GPR.

Поменяйте батарейки (или перезарядите аккумуляторы), если это необходимо.

ПОМНИТЕ: замену элементов электропитания можно производить только тогда,

когда питание георадара EasyRad GPR ВЫКЛЮЧЕНО и кабель USB отключен от

Вашего ПК!

Выключите георадар и отсоедините USB кабель от Вашего ПК.

11

Рис. 11. Меню Диспетчера Устройств.

Теперь подключите USB коннектор к вашему ПК (рис. 9.2.). Устройство USB-SERIAL

CH340 появится в списке Ports (COM & LPT).

Посмотрите в окне Диспетчера Устройств, какой COM порт присвоен вашему

интерфейсу USB-SERIAL. На примере приведен выбор COM6. Такой порт и необходимо

открывать в главной программе для связи георадара с ПК. При подключении кабеля

интерфейса USB-SERIAL в другое гнездо ПК будет присвоен другой номер СОМ порта.

Всегда проверяйте это при изменениях подключений, иначе связь ПК с георадаром будет

потеряна.

Основная рабочая программа - EasyRad_xxx_rus.exe.

Всегда сохраняйте программу в специально отведенной директории. Программа не

будет работать с CD-дисков (потому что необходимо записывать в рабочую директорию

файлы: .BMPs, .SGYs, .CFG).

Вид главного окна программы EasyRad_xxx_rus.exe показан на рис. 12.

13

Рис. 12. Главное окно рабочей программы EasyRad_xxx_rus.exe.

Вы должны выбрать виртуальный COM-порт для интерфейса USB-to-Serial (если еще не

сделали это). Каждый раз, когда Вы будете запускать программу EasyRad_xxx_rus.exe,

она будет использовать COM-порт выбранный в предыдущем случае запуска программы.

ВАШ ГЕОРАДАР ГОТОВ К ПОВСЕДНЕВНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ.

Работа с георадаром EasyRad GPR и ПО в процессе эксплуатации.

Перед использованием георадара Вы должны подготовить его к работе.

Проверьте механическую целостность антенн, кабелей, и т.д.

Вставьте кабельные штекеры в отведенные для них гнезда на блоках георадара.

При выключенном питании георадара подсоедините USB кабель к Вашему ПК.

Убедитесь, что компьютер распознал конвертор USB-to-Serial.

Включите георадар, и удостоверьтесь, что светодиодный индикатор на

Передающем блоке показывает, что батареи достаточно заряжены для нормальной работы

георадара. Когда уровень зарядки станет неудовлетворительным, Вы должны сменить

батарейки или зарядить аккумуляторы.

ВАЖНО! Всегда выключайте георадар и отсоединяйте его от ПК, если Вы хотите

заменить батареи/аккумуляторы питания!

14

Выключите питание георадара.

Запустите программу EasyRad_xxx_rus.exe на ПК. Сделайте выбор необходимого

COM-порта для интерфейса USB-to-Serial (если еще не сделали это). Нажмите кнопку

Старт/Пауза в главном окне программы EasyRad_xxx_rus.exe, или клавишу [Z] на

клавиатуре.

Включите питание георадара.

На экране вы увидите первые изменения сигнала.

Настройка георадара.

Перед началом зондирования необходимо настроить режимы работы георадара.

Общий уровень аппаратного приема отраженных сигналов регулируется ручкой ZERO на

лицевой панели модуля Rx. Вращая ручку ZERO, на мониторе ПК следите за отсутствием

искажений в виде ограничения сигнала (рис.13).

Рис. 13.

ВАШ ГЕОРАДАР ГОТОВ К ПРОВЕДЕНИЮ ЗОНДИРОВАНИЯ.

…………….проведение зондирования……………

…………….проведение зондирования……………

…………….проведение зондирования……………

Закройте программу EasyRad_xxx_rus.exe.

ВЫКЛЮЧИТЕ питание георадара.

Отсоедините кабель USB от ПК.

15

Навигация EasyRad_xxx_rus. Команды мыши, сенсорной панели и

клавиатуры ПК.

Рис. 14. Меню Помощь.

Нажмите [Esc] на клавиатуре ПК, чтоб увидеть/скрыть Помощь (рис.14).

Используя мышь или сенсорный экран, Вы можете выбрать тип грунта, нажав на кнопку

Выбор типа грунта в главном окне программы EasyRad_xxx_rus.exe (рис. 15).

Рис. 15. Меню выбора типа грунта.

От корректности выбора типа грунта будет зависеть правильность определения глубины

(см. таблицу 1 настоящего Руководства).

Вы можете начать/прекратить зондирование, нажав кнопку Старт/Пауза в главном окне

программы EasyRad_xxx_rus.exe, или клавишу [Z] на клавиатуре.

Для очистки текущего экрана нажмите соответствующую кнопку в программе или [C]

на клавиатуре. Очистка экрана не повлияет на запись данных в ПК.

Для изменения Нормальный режим/Режим перемещения, нажмите соответствующую

кнопку на экране или [M] на клавиатуре.

16

Проведение радиолокационного зондирования георадаром EasyRad

GPR.

Прежде чем начать исследование с помощью георадара EasyRad GPR, следует

определиться, какие именно объекты вы будете зондировать, пригодна ли выбранная

местность Земли, поверхность объектов для этих целей. В некоторых случаях необходима

предварительная подготовка участков перед зондированием.

Например. Подготовьте необходимую площадь поверхности Земли, здания, сооружения

для работы на ней георадаром: очистите от посторонних предметов и растений,

мешающих свободному продвижению оператора совместно с комплектом приборов. Для

достижения максимального эффекта глубинного зондирования и точности анализа при

обследовании рекомендуем очистить исследуемую площадь от случайных техногенных

металлических предметов, залегающих в поверхностном слое грунта (до 30 см), например,

при помощи металлодетектора.

При проведении радиолокационного зондирования исключите мощные излучения

посторонних электромагнитных устройств вблизи георадара, таких как СВЧ печи,

мобильные телефоны, радиостанции, радиопульты дистанционного управления и т.п.

Нет специальных правил с однозначными рекомендациями для выбора пути и

скорости передвижения оператора с георадаром по профилю местности. Оператор должен

понимать, что от правильности перекрытия площадей излучаемым радиосигналом и

степени наличия сигнала, отраженного от подповерхностных неоднородностей будет

зависеть конечный результат анализа. Имеются определенные аспекты, такие как,

например, протяженность и ширина исследуемой местности по отношению к размерам

подповерхностных неоднородностей и предметов, залегающих на глубине, скорость

движения оператора и величина расстояния бокового смещения. Далее рассмотрен пример

зависимости регистрируемого предмета от его размеров, скорости передвижения

оператора и длины исследуемой области. Аналогично можно рассмотреть и боковое

смещение при последовательном исследовании площади вширь.

Рис. 16. Вертикальными стрелками условно показаны зондирующие импульсы.

18

На рис. 16 показано влияние скорости перемещения на длину или бокового смещения на

ширину на размеры регистрируемого или пропущенного предмета.

Чем меньше скорость передвижения или короче расстояние бокового смещения при

зондировании, тем меньшие предметы будут зарегистрированы и тем точнее будет их

графическое отображение. Для крупных предметов можно увеличить боковое смещение и

ускорить передвижение.

Методика построения основных радиолокационных изображений показана на рис. 17.

Рис.17.

19

Рис. 18.

Описание стандартов SEG от Society of Exploration Geophysicists:

http://www.seg.org/SEGportalWEBproject/portals/SEG_Online.portal?

_nfpb=true&_pageLabel=pg_gen_content&Doc_Url=prod/SEG-Publications/Pub-Technical-

Standards/technicalstandards.htm

Хранение и транспортирование оборудования.

При хранении и транспортировании комплекта EasyRad GPR помните, что он

состоит из высокотехнологичных электронных компонентов, в связи с этим - исключайте

сильную тряску, падение, другие механические и сильные электромагнитные воздействия

на оборудование.

Защита от попадания воды, воздействия огня.

Блоки георадара EasyRad GPR (кроме версии -Pro) не имеют 100% защиты от

воздействия влаги, механические детали и разъемные соединения могут быть подвержены

коррозии. Поэтому следует исключать погружение оборудования в воду и эксплуатацию

под дождем, снегом.

22

///////////////////////////////////////