Диссертация (1103043), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

2.4.2. Волновые формы сигнала и радарограмма, полученная с ГРОТ 11 спрофиля №4 при ε=8 (А), при ε=3 (Б) и модель разреза (В)На рис 2.4.2. представлены радарограмма с профиля №4 и волновыеформы сигнала с 7 метра и 11 метра профиля, полученная с георадаром ГРОТ11 и представленная с помощью программы обработки GROT [28]. На рисунке2.4.2Впредставленамодельразреза,построенного попрофилю№4,выполненная в программе GROT с учетом ДП суглинка равного 8 и ДП кварца 3.Видно, что сигнал с 10 по 30 метр профиля, где расположена кварцеваяжила, прослеживается в глубину приблизительно до 80 метров при выбраннойусредненной величине диэлектрической проницаемости ε=8, после чегозатухает. Если взять ε=3, т.е.

величину стационарной диэлектрическойпроницаемости соответствующей кварцу, то жила прослеживается до глубиныболее 100 метров. Суглинистый увлажненный грунт, вмещающий жилу, имеетсущественно большую величину проводимости чем кварц, что сказывается на77поведенииотраженногосигналаиявляетсякосвеннымпризнаком,позволившим локализовать кварцевую жилу в подповерхностном пространстве.В задачах обнаружения загрязнения грунта нефтепродуктами полученныйрезультат позволяет решать важную экологическую проблему. Действительно,во многих случаях решение задачи загрязнения грунта нефтепродуктами спомощью георадарного обследования существенно затрудняется тем, чтозначение ДП нефтепродуктов не слишком сильно отличается от ДП грунта. Врезультате отражение зондирующего сигнала от границы раздела междузагрязненными и незагрязненными участками оказывается слабым.

В связи сэтим представляют интерес данные, полученные при исследовании георадаром«ГРОТ-10» участка с утечкой нефтепродуктов из резервуарных емкостей натерритории хранилища нефтепродуктов.Радарограммаполученаприисследованииучасткаспротечкойнефтепродуктов на территории хранилища (г. Лиски Воронежской обл.) [29].На рисунке 2.4.3 изображена радарограмма профиля, снятого с использованиемгеорадара ГРОТ-12 и волновые формы сигнала, соответствующие зонепротечки нефти (справа) и без загрязнения (слева).Рис.2.4.3.

Радарограмма профиля, полученная с использованием георадараГРОТ-10 и волновые формы сигнала, соответствующие зоне протечки нефти(справа) и без загрязнения (слева)78Данныйпримеринтересентем,чтообластьзагрязнениягрунтанефтепродуктами была легко обнаружена по косвенным признакам, а именно,по изменению влажности грунта. Измерения проводились весной, вскоре послетого, как сошел снег, и грунт практически везде имел повышенную влажность.Как отмечалось выше, в этих условиях на волновой форме принимаемогосигнала появляется «хвост». Однако в грунт, пропитанный нефтепродуктами,вода не проникает. Более того, если дожди не выпадали достаточно долго,более сухим оказывается также незагрязненный грунт над областью протечки,поскольку его увлажнение грунтовыми водами, поднимающимися из глубиныза счет капиллярных эффектов, оказывается невозможным из-за наличия напути вод грунтов, пропитанных нефтепродуктами.

В результате над областьюнефтяного загрязнения волновая форма принимаемого сигнала будет иметь вид,типичный для сухих грунтов, а в зоне отсутствия загрязнения импульсныйсигнал принимает форму типичную для электроразведки.В работе [30] экспериментально исследована структура поля наповерхности разреза для разных по мощности передатчиков, объединенныходним конструктивным решением, использованном в георадарах серии«ГРОТ».Полученные зависимостинапряженностиполяотмощностипередатчика, длительности импульса и его частоты следования в сопоставлениис расчетными данными позволяют определить оптимальную конфигурациюгеорадара и необходимые параметры оцифровки данных в приемнике.Рассмотрим изменение в волновой форме сигнала при разных ослабленияхмощности передатчика.

На рисунке 2.4.4. представлены графики волновойформы от передатчика с амплитудой импульса 50кВ и дипольной антенныдлиной 30 метров в одной точке профиля при ослаблении сигнала на входеприёмника 0дБ (a), 10дБ (b), 20дБ (c), 30дБ (d), 40дБ (e) и 50дБ (f)соответственно. Видно, что сигнал зашкаливает до временных задержек 900нсбез ослабления мощности. В то же время, при ослаблении на 20дБ сигнал навременных задержках более 900нс малоинформативен без дополнительных79процедур обработки. Таким образом, для получения наиболее полнойинформации о подповерхностной среде необходимой опцией при работе сгеорадаром является возможность управления уровнем принимаемого сигнала.абсдежРис.2.4.4 Волновая форма принимаемого сигнала при разных ослабленияхмощности для передатчика 50кВ и антенн 30 метров на глинистых грунтахПодмосковья.На рис.2.4.5. представлены волновые формы отраженного сигнала в однойточке профиля для разных по мощности и длинах импульса передатчиков.авсд80Рис.2.4.5.

Волновая форма сигнала для разных передатчиков с разнымидлительностями импульсов с нулевым ослаблением. Антенны 30 метров. а50кВ,25-30нс, в-15кВ,10нс, с – 10кВ, 5нс, д- 5кВ, 20нс. Прямоугольник выделяетобласть временных задержек, где разрешающая способность для болеекоротких импульсов лучше.Сравнение волновой формы от передатчика 15кВ с длительностьюимпульса 10 нс (рис. 2.4.5.в) с волновой формой от передатчика 5кВ сдлительностью импульса 20нс (рис. 2.4.5.д) показывает влияние длиныимпульса и мощности на разных временных задержках сигнала. При малыхвременных задержках возрастает влияние поверхностной волны [31], котороеопределяется мощностью и длиной импульса передатчика.

Экспериментпоказал, что при использовании сверхмощных передатчиков и длинных антеннбольшой площади с резистивной нагрузкой удается получить радарограмму сглубин 450 метров на увлажненных глинах [32].Выводы главы 2Проводимость средыприсутствующая в волновом уравнении (2.2.2) каккоэффициент перед первой производной по времени, определяет диссипацию(поглощение)волновойэнергиии,соответственно,ограничиваетвсевозможности подземной радиолокации, включая глубину зондирования ипространственное разрешение. При этом, как следует из рис. (2.2.3) дозначений    /  0 высокие частоты затухают быстрее, чем низкие, а вышеэтой границы удельное затухание перестает зависеть от частоты, стремясь кзначению    /(2  0 ) .

Таким образом высокочастотные сигналы затухаютпо закону exp(  x) , почти не меняя своей формы.Сигнал, распространяющийся с затуханием, но без искажения формы приT  1 переходит в типичную картину затухания в скин-слое проводника приT  1 (T – характерный период сигнала). Таким образом, в этих двухпредельных случаях проводимость среды влияет на распространение радиоволн81по-разному.

В области низких частот затухание зависит от частоты и при ееснижении может быть скольугодно малым. Но в этом диапазонеширокополосные сигналы испытывают дисперсию, т.е. искажение своейформы, что необходимо учитывать, как при конструировании приборов, так ипри обработке получаемой информации.В области высоких частот затухание не зависит от частоты, что приводитпри распространении радиоимпульса только к уменьшению его амплитудыпочти без изменения формы.Рассмотренные примеры показывают, что параметры сигнала по мерераспространения весьма сложным образом зависит от структуры ДП самойсреды, которая также претерпевает изменения в результате налагаемого на неёпри зондировании внешнего электромагнитного поля.

При георадарныхисследованияххарактерные временазондирующихсигналов,какужеотмечалось, могут иметь величины, сопоставимые с временами формированияДП исследуемой среды. При сильных полях, оказывающих влияние намеханизмы поляризации среды, это может приводить к изменению ДП среды,подобно тому как это происходит во многих процессах в плазмоподобныхсредах. Поэтому приводимые в литературе эмпирические характеристики озатухании сигнала в разных средах [33] носят ориентировочный характер, и какбыло показано в главе 2, зависят от способа их определения.

Следовательно,эмпирические данные о затухании сигнала на определенной частоте не могутбыть с высокой достоверностью положены в основу анализа предельновозможной глубины исследования при неизвестных параметрах импульсов,излучаемых георадаром и изучаемой среды.Влияние дипольной поляризации с инерцией, поляризации с учетомпроводимости, как мы видели в численных расчетах, приводит к тому, чтосигнал при распространении разбивается на высокочастотную (фронт) инизкочастотныесоставляющие.Приэтомсигналвблизифронтараспространяется со скоростью приближающейся к скорости света и82претерпевает наименьшие искажения формы в результате взаимодействия сосредой.

Поэтому в экспериментальных исследованиях важно выделитьмалоамплитудныйсигналвблизифронта,несущийинформациюонеоднородностях среды.Следуетотметить,чтосигналвблизифронта,обусловленныйвысокочастотными составляющими будет иметь большую амплитуду, есликрутизна фронта падающего импульса будет больше. Этот вывод следует,например, из выражения (1.1.11), которое предполагает, что падающая волнаимеет разрыв производной на фронте и из (1.2.15), описывающего поле вокрестности фронта.Действительно, при разложении поля в ряд Лапласа (по комплексномупараметру р) получаем, что для большей крутизны фронта импульса амплитудавысокочастотных гармоник больше.

Характеристики

Список файлов диссертации