Częstotliwość georadaru, a głębokość skanowania

Teoretycznie im wyższa jest częstotliwość anteny georadaru (GPR – Ground Penetrating Radar) tym wyższa jest rozdzielczość uzyskanego obrazu, a mniejsza zdolność penetracji (głębokość wykrywania) i odwrotnie im niższa jest częstotliwość tym głębiej jesteśmy w stanie wykrywać obiekty, ale z niższą dokładnością. Czy aby na pewno zawsze tak jest i co jeszcze ma na to wpływ?


Większość georadarów typu all-in-one wykorzystywanych do badań betonu dysponuje antenami o częstotliwości od 1.6 do 2.7 GHz, czyli 1600 do 2700 MHz (np. GSSI StructureScan Mini 1,6 GHz (GSSI StructureScan Mini HR 2,6 GHz), IDS C-Thrue 2.0 GHz, Hilti X-Scan PS1000 2,0 GHz, GSSI StructureScan Mini XT 2.7 GHz). Georadary modułowe przeznaczone do skanowania betonu charakteryzują się podobnymi częstotliwościami anten np. Mala CX (ConcreteExplorer) współpracuje z antenami o częstotliwościach 1.2, 1,6 lub 2,3 GHz, a GSSI StructureScan Pro 1,6, lub 2,6 GHz, Sensors&Software Conquest 100 ma antenę o częstotliwości 1,0 GHz. Natomiast dwuzakresowy georadar typu all in one firmy US Radar model Quantum Mini oferuje w jednym urządzeniu anteny 1,0 GHz i 2,0 GHz.


Na rynku pojawiają się powoli także georadary o zmiennej częstotliwości SFCW (Stepped Frequency Continuous Wave) takim radarem jest np. Proceq GPR Live (GP8000 i GP8800). Dysponuje on anteną o zmiennej częstotliwości dzięki czemu jest w stanie lokalizować zarówno większe głębiej położone obiekty jak też małe obiekty blisko powierzchni. Rozwiązanie to obok licznych zalet ma także swoje wady jak nieco więcej zakłóceń na obrazie radargramu w stosunku do tradycyjnych rozwiązań.


Hilti X-Scan PS1000 pięć profili GPR

Oprócz tego warto zauważyć, że niektóre georadary mimo tradycyjnych anten charakteryzują się wyjątkowo ciekawą konstrukcją np. radar Leica/IDS C-Thrue dysponuje podwójnie spolaryzowaną anteną dzięki czemu przy jednorazowym przejeździe skanera wykrywa obiekty znajdujące się w obu kierunkach w stosunku do osi georadaru, co w pewnych zastosowaniach może być bardzo przydatnym rozwiązaniem. W przypadku georadaru Hilti X-Scan PS1000 z kolei mamy do czynienia z konstrukcją która składa się z aż trzech anten o częstotliwości środkowej 2,0GHz, czyli 2000MHz, przy czym każda antena kolejno jest wykorzystywana jako nadajnik, a wszystkie anteny mogą być także wykorzystane jako odbiorniki do rejestrowania odbić od obiektów pod badaną powierzchnią. W terminologii radarowej połączone zastosowanie anten jako nadajnika i odbiornika nazywa się konfiguracją monostatyczną, natomiast wykorzystanie oddzielnej anteny jako nadajnika, a oddzielnej jako odbiornika bistatyczną. Ta właściwość pozwala na doskonałą rozdzielczość wykrywanych obiektów znajdujących się blisko powierzchni, a także tych na większej głębokości. Dzięki temu przy jednym przejeździe radarem X-Scan PS1000 zbieramy pięć profili równocześnie(3 profile monostatyczne i 2 profile bistatyczne) co w wielu przypadkach jest nieocenioną pomocą przy późniejszej analizie uzyskanego profilu GPR.


Oczywiście częstotliwość anteny georadaru i jej konstrukcja to nie jedyny parametr świadczący o możliwościach lokalizacji i detekcji sprzętu. Niesamowicie istotne z punktu widzenia głębokości lokalizacji są także inne parametry sprzętu, takie jak np. długość okna czasowego (Time Window), czy interwał skanowania (Scan Interval). Przykładowo możemy zauważyć, że GSSI StructureScan Mini HR (High Resolution) dysponujący anteną 2,6GHz jest w stanie skanować beton na maksymalną głębokość 40cm, podczas gdy StructureScan Mini XT z anteną 2,7GHz aż do 60cm.


Bardzo istotną kwestią dla ustalenia głębokości skanowania jest także stała dielektryczna badanego materiału, przykładowo w przypadku betonu możemy mówić o wzroście, lub spadku zdolności penetracyjnych georadaru w zakresie od kilkunastu do aż kilkudziesięciu procent w zależności od wilgotności betonu. Co tym bardziej unaocznia dlaczego jednoznaczne określenie głębokości możliwego skanowania nie jest możliwe.


Reasumując obok różnych częstotliwości anten georadarów wykorzystywanych do badania konstrukcji żelbetowych możemy także zauważyć różnice w budowie urządzeń, co powoduje, że każdy georadar ma nieco inną charakterystykę. Częstotliwość chociaż jest jednym z kluczowych parametrów nie określa w sposób bezpośredni zdolności penetracji radaru. Nie zawsze radar o wyższej częstotliwości anteny będzie sięgał płycej, a ten o niższej głębiej – po prostu mają na to wpływ także inne czynniki. Najważniejsze żeby operator naprawdę dobrze znał sprzęt którym pracuje i był świadom jego ograniczeń, dzięki temu będzie w stanie w 100% wykorzystać jego możliwości.

    Diagnostyka konstrukcji. Projektowanie. Stefan Giryn

    • Diagnostyka konstrukcji Facebook
    • Diagnostyka konstrukcji LinkedIn
    • Diagnostyka konstrukcji YouTube
    • Diagnostyka konstrukcji Twitter
    • Diagnostyka konstrukcji Instagram