Georadar GPR szwedzkiej marki Geoscanners AB

Geoscanners AB – szwedzki producent, specjalizuje się w produkcji najwyższej klasy sprzętu geofizycznego. GAB znany jest między innymi z innowacyjnego georadaru U-Explorer/GPR, zaprezentowanego w 1989 roku. Jest to pierwsze urządzenie pomiarowe tej marki, promowane jako niezwykle zaawansowane, a zarazem proste oraz intuicyjne w obsłudze.

Georadar GPR (angielska nazwa Ground Penetrating Radar lub Ground Probing Radar) jest narzędziem wykorzystywanym przede wszystkim przez geofizyków, ale służy również archeologom, budowlańcom, geodetom, inżynierom, górnikom czy biegłym sądowym. Zastosowań systemu GPR jest bardzo wiele – georadarem można badać m.in. nasypy, grunty, drogi, powierzchnie zabetonowane, jeziora, a nawet kondycję starych drzew i korzeni. W jaki sposób działa georadar Geoscanners AB i co go wyróżnia spośród innych tego typu urządzeń dostępnych na rynku?

 

Budowa georadarów GPR Geoscanners AB

Georadary GPR szwedzkiej firmy Geoscanners AB stanowią urządzenia emitujące fale elektromagnetyczne i równocześnie rejestrujące fale odbite od anomalii w danej strukturze. Istotą działania tego typu urządzeń jest emisja oraz odbiór impulsów elektromagnetycznych, dlatego każdy georadar jest wyposażany w odpowiednie anteny, typu nadawczego, odbiorczego oraz kombinowane.

GPR georadar składa się z trzech podstawowych komponentów:

  • anteny,
  • centralnej jednostki sterującej,
  • laptopa,

  • akumulatora,
  • kabli,

  • wózka pomiarowego.

Anteny są jedną z najważniejszych części całego systemu GPR, to one właśnie dają możliwość „zajrzenia” w głąb badanej struktury. Georadar Geoscanners AB może współpracować z zestawami anten monostatycznych nieekranowanych o częstotliwościach 20, 25 33, 50 MHz (MFC-1250), GEKKO 60, 80, 120 MHz oraz z antenami bistatycznymi ekranowanymi serii GCB (Ground Coupled Bowtie) o częstotliwościach 100, 200, 300, 400, 500, 700 MHZ i 1 GHz, 1.5 GHz, 2 GHz. Dla przypomnienia anteny bistatyczne to anteny gdzie w jednej obudowie są fizycznie 2 anteny nadawcza i odbiorcza, natomiast w konfiguracji monostatycznej jedna antena, dipol jednocześnie pełni role nadajnika i odbiornika. Ponadto, firma produkuje także anteny air coupled HORN serii HA (Horn Antenna) o częstotliwościach wynoszących 1 GHz, 2 GHz oraz FLB-250 i FLB-390 (seria FLB odpowiednio 250 i 390 MHz). Dopełnieniem kompletnej gamy anten georadarowych Geoscanners są anteny otworowe serii Borehole Antenna BA-100 (119.5 MHz) i BA-500 (częstotliwość centralna 485 MHz) oraz BA-1000 o częstotliwości środkowej 692 MHz.

 

Georadar  GPR U-Explorer może współpracować jednocześnie z wieloma antenami na raz. Zastosowanie kilku różnych anten daje możliwość pracy jednocześnie na kilku częstotliwościach i głębokościach co zwiększa rozdzielczość i przyspiesza badania np. badając infrastrukturę drogową.

Poza wyżej wymienionymi antenami, szwedzka marka Geoscanners AB produkuje systemy Scorpio, które są dedykowane do pracy w trudnym terenie, na przykład w lesie. Posiada on postać ciągniętej anteny za radarem. Wadą tego typu rozwiązań jest przede wszystkim ciężar zestawu, który musi przenosić operator urządzenia skanującego.

Niezmiernie ważną częścią każdego georadaru GPR jest także jednostka centralna, która stanowi najbardziej zaawansowaną elektronikę urządzenia. Jest ona odpowiedzialna za przetwarzanie sygnałów cyfrowych, próbkowanie, formatowanie sygnałów, digitalizację i filtrację sygnału itp. Jednostki sterujące, jakie posiadają GPR systemy są bardzo czułe i precyzyjne, dzięki czemu są w stanie próbkować sygnały nawet o częstotliwości do 8 GHz, a czasy rejestracji danych wykonywane są w nanosekundach.

 

Wysoka wydajność wykonywanych pomiarów

Georadar GPR Geoscanners AB jest sterowany poprzez podłączony laptop portem USB. Już podstawowy pakiet oprogramowania daje możliwość wyboru elementarnych parametrów pomiarowych, takich jak długość okna czasowego, sumowanie i wzmocnienie sygnału oraz częstotliwość próbkowania. Dodatkowo zawiera podstawowe procedury interpretacyjne, analizy krzywych hiperbol, interpretacji głębokościowej itp.

Niekwestionowaną zaletą georadarów GPR U-Explorer jest wysoka wydajność wykonywanych pomiarów. Pomiary tego typu urządzeniami mogą być wykonywane przez jednego operatora, a budowa modułowa daje możliwości rozbudowy skanera o inne anteny. Co więcej, GPR system stworzony przez szwedzką markę, jest wyjątkowo lekki, zbudowany z kompozytów włókna szklanego, wyróżnia go także niskie zużycie energii oraz wygoda użytkowania.

 

Przegląd georadarów firmy Geoscanners AB

Następcą georadaru U-Explorer/GPR z jednostką centralną AKULA 9000C jest model U-Explorer/GPR z najszybszą dostępną jednostką sterującą IMSE-140X wyposażony w wielokanałowy moduł 2, 3, lub 4 kanałowy (pojawił się na rynku w 2016 roku). W wersji podstawowej jest to dwukanałowa jednostka, jednak dzięki ofercie Geoscanners można zamówić opcję 3 lub 4 kanałową. Warto zauważyć, że systemy GPR można rozbudować także multiplekserami, które dają możliwość podłączenia nawet do 16 anten. Do modułu IMSE-1404 podpiąć można dwie anteny nadawcze oraz dwie odbiorcze, natomiast po rozbudowie jednostki multiplekserem możemy podpiąć do 8 par anten nadawczych i 8 odbiorczych monostatycznych, lub kombinowanych 16 i więcej bistatycznych. Producent daje możliwość zastosowania anten o różnorodnych częstotliwościach, co pozwala na rejestrację sygnału z różnych głębokości. Model U-Explorer/GPR IMSE-140X jest w pełni kompatybilny z wszystkimi antenami produkowanymi przez firmę Geoscanners AB.

Warto podkreślić, że jednostka sterująca Georadarem IMSE-140X jest jedną z najszybszych elektronik sterujących GPRem dostępnych na rynku. PRF (peak repetition frequency) wynosi 800 KHz! Daje to możliwość szybkiej pracy jednostki przy złożonych pomiarach wielokanałowych lub szybkich pomiarach np. na drogach i na kolei.

Jeszcze w latach 90 XX wieku Geoscanners AB zaprezentowała GPR radar o nazwie U-Explorer z jednostką sterującą AKULA 9000C. Jest to urządzenie jednokanałowe, o ulepszonych parametrach pomiarowych (posiada między innymi wbudowany port USB umożliwiający przesyłanie danych). Georadar został następcą rozwiązania opartego na jednostce AKULA 9000B. Może zostać wyposażony w multipleksery dzięki czemu można do niego podłączyć do 16 kanałów (co łącznie daje możliwość podłączenia ośmiu par anten).

Innym dostępnym na rynku urządzeniem, w pełni zintegrowanym i mobilnym produkowanym przez Geoscanners AB georadar PIL. Przystosowany jest do pracy na terenie budowy jako proste i zintegrowane urządzenie do lokalizacji rur, infrastruktury podziemnej i innych obiektów na placu budowy. Ten GPR system nie wymaga do pracy dużego doświadczenia. Przyjazny jest dla niedoświadczonych użytkowników. Urządzenie charakteryzuje mobilność, zintegrowana antena pomiarowa 300 MHz z jednostką sterującą oraz niska waga i wymiary. Urządzenie jest częściowo wodoodporne i może pracować w niskich temperaturach. Wadą może być nie modułowa budowa, ze względu na zintegrowany moduł georadarowy z anteną.

Najbardziej uniwersalnym georadarem szwedzkiego producenta Geoscanners AB jest model o nazwie U-Explorer lub U-Explorer mini, który ukazał się na rynku wiele lat temu i jest flagowym produktem. Urządzenie współpracuje ze wszystkimi antenami ekranowymi, nieekranowanymi, HORN, otworowymi dostępnymi w ofercie GAB. Z kolei najbardziej zaawansowanym technologicznie systemem GPR jak dotąd jest wyspecjalizowany wielokanałowy georadar wcześniej wspomniany IMSE 1404, do którego można równocześnie podłączyć aż trzydzieści dwie anteny. Narzędzie to można wyposażyć w zespół anten pozwalających na rejestrację danych dostosowanych do trójwymiarowej wizualizacji. Zaletą tego modelu jest bardzo wysoka wydajność realizowanych pomiarów, a wadą cena, która przekracza kilkaset tysięcy złotych.

 

Przykładowe zastosowania georadarów Geoscanners AB

Ze względu na zróżnicowane zakresy częstotliwościowe anten oraz tłumienie fali elektromagnetycznej w ośrodku geologicznym, georadary GPR Geoscaners AB są przeznaczone w głównej mierze do przeprowadzania specjalistycznych badań bezinwazyjnych. Przy antenach o niskich częstotliwościach oraz korzystnych warunkach geologicznych, GPR system jest w stanie rejestrować refleksy użyteczne pochodzące z głębokości nawet 60 metrów. Natomiast przy wysokich częstotliwościach rzędu 1-2 GHZ jesteśmy w stanie mapować grubości warstw bitumicznych w asfalcie, pęknięcia strukturalne w betonie, pustki i nieciągłości w konstrukcjach budowlanych. Ze względu na specyfikę badań georadarem należy dobierać odpowiedni sprzęt i anteny pomiarowe.

GPR georadar jest urządzeniem, które w szczególności znajdzie zastosowanie w:

  • badaniach inżynierskich i geotechnicznych (lokalizacja infrastruktury podziemnej): rury, kable, ciągi wentylacyjne i kanalizacyjne, poszukiwanie prętów zbrojeniowych w ścianach i w betonie, wykrywanie obiektów podziemnych, fundamentów, kanałów, rur PCW, PCV, PVC, rur gazowych, wodociągowych itp.
  • archeologii (lokalizacja dawnych cmentarzysk, lokalizacja pochówków i masowych mogił, badanie kurhanów, wykrywanie pozostałości obwarowań i fos, mapowanie przebiegu podziemnych korytarzy, wykrywanie dawnej zabudowy, murów, fundamentów, lochów i innych),
  • inżynierii lądowej i transportowej (badanie struktur wiaduktów, mostów i stropów, badania monitoringowe i inspekcyjne zbrojenia i konstrukcji budowlanych, inspekcje stanu dróg (podbudowy, konstrukcji), autostrad, pasów i dróg startowych, analiza struktury nasypów kolejowych i podtorza monitoring i badanie wałów przeciwpowodziowych oraz innych obiektów hydrotechnicznych),
  • geologii (badanie głębokości i miąższości występowania warstw lub podłoża skalnego, badanie przebiegu granic litologicznych, lokalizacja jaskiń, szczelin, zapadnięć, rozwarstwień, kanałów, tuneli, lejów krasowych, itp.),
  • hydrogeologii (odnajdywanie miejsc przecieków, stref zawodnionych, zawilgotnionych, analiza położenia zwierciadła wód i warstw wodonośnych),
  • kryminalistyce i działaniach saperskich (poszukiwanie zwłok, wykrywanie niewypałów i niewybuchów, poszukiwanie skrytek, ukrytych obiektów poszukiwanych przez policję).

Georadary GPR Geoscanners AB bardzo dokładnie lokalizują różnego rodzaju rury, kable oraz inne obiekty liniowe. Co więcej, metoda georadarowa stanowi jeden z niewielu sposobów umożliwiających lokalizowanie rur niemetalicznych takich jak plastikowych i innych kompozytów z PCW (PCV, PVC). Urządzenia te coraz częściej są ponadto wykorzystywane do rozwiązywania problemów ekologicznych i z zakresy ochrony środowiska (takich jak określanie stref zanieczyszczonych wyciekami substancji chemicznych, lokalizowanie zbiorników zakopanych w ziemi, itp.). W zależność od celu prowadzonych badań, do georadarów GPR Geoscanners AB stosuje się odpowiednie anteny ekranowane lub nieekranowane, które trzeba uważnie dobrać przed przystąpieniem do pomiarów i badań.