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   GPR

Esta página foi projetada para servir como introdução a alguns dos mais importantes conceitos da tecnologia de radar de penetração no solo (GPR).

 Equipamento GPR

O sistema GPR é composto por três elementos principais:

 1) Unidade de Controle (computador); 2) Antena e 3) Fonte de Energia, como mostrado na Figura 1, abaixo.


Figura 1: Sistema GPR completo

Os equipamentos GPR fabricados pela GSSI podem ser energizados por várias fontes, desde pequenas baterias recarregáveis, passando por baterias de automóveis, até pela rede elétrica, de 110 ou 220 volts. A GSSI vende conectores e adaptadores que permitem usar qualquer dessas fontes de energia. A unidade da foto acima pode operar tanto com baterias recarregáveis internas como com energia da rede elétrica.

A unidade de controle contém os circuitos eletrônicos que disparam o pulso de radar que  a antena envia para  o solo. Ela também dispõe de um computador interno com disco rígido e memória digital destinada a guardar os dados adquiridos no campo, para exame posterior. Alguns  dos sistemas, como o SIR-20 da GSSI, são controlados por um laptop operando Windows, pré-programado com software de controle. Esse sistema permite o processamento e a interpretação dos dados de campo sem que seja necessário baixar os arquivos do sinal de radar para outro computador.

A antena recebe o pulso elétrico gerado pela unidade de controle, o amplifica e o transmite ao solo ou a qualquer meio, numa determinada frequência. A frequência da antena é o principal fator vinculado à profundidade de penetração. Quanto mais alta a frequência,  menor será a penetração no meio. Por outro lado, uma antena de frequência mais alta permite que se identifique alvos bem pequenos. A escolha da antena é um dos fatores primordiais no planejamento de uma pesquisa. A tabela abaixo mostra a vinculação entre a frequência das antenas, a penetração que pode ser esperada e a aplicação mais indicada.

 
 

                                                                                       

         Opções de Antenas:

   


Frequência central
 


Profundidade
 de penetraçao * (Aproximada)

 Aplicações


2600 MHz
 
0 - 0.4 m  Inspeções em Concreto

2000 MHz
 
0 - 0.4 m  Inspeções em Concreto

1600 MHz
 
0 - 0.5 m  Inspeções em Concreto

900 MHz
 
0 - 1 m  Inspeções em Concreto, Identificação de Vazios

300 - 800 MHz
(digital)
0 - 6 m Engenharia, Meio Ambiente, Identificação de Vazios

400 MHz
 
0 - 4 m Engenharia, Meio Ambiente, Identificação de Vazios

350 Mhz
(digital - HyperStacking)
0 - 12 m Engenharia, Meio Ambiente, Identificação de Vazios

270 MHz
 
0 - 6 m Geologia, Engenharia, Meio ambiente, Arqueologia

200 MHz
 
0 - 9 m Geologia, Engenharia, Mineração, Meio ambiente, Arqueologia

100 MHz
(opções mono e bi estáticas)
0 - 15 m Geologia, Meio ambiente, Mineração,  Arqueologia

16 - 80 MHz
 
0 - 50 m Geologia

 

 Antenas de transmissão pelo ar - Horn - Air-Launched Antennas:


2.0 GHz
 
0 - 0.75 m Inspeção de Pavimentação de estradas e Lances de Pontes

1.0 GHz
 
0 - 0.9 m Inspeção de Pavimentação de estradas e Lances de Pontes

*A profundidade de penetração pode variar, dependendo das condições do solo.
 

         GPR Method :

 


O funcionamento do sistema GPR é baseado no envio de um pulso mínimo de energia para o interior do material, seguido pela gravação da potência com que esse pulso retorna e do tempo requerido para o recebimento de reflexos do pulso enviado. Uma série de pulsos distribuídos ao longo de uma determinada área é o que se denomina varredura (scan). Os reflexos são produzidos sempre que o pulso de energia penetra em um meio com propriedades de condutividade elétrica ou permissibilidade dielétrica diferente das do meio anterior. A potência, ou amplitude, do reflexo é determinada pelo contraste entre a condutividade e as constantes dielétricas dos dois meios. Isso significa que um pulso que passa de areia seca (constante dielétrica 5) para areia molhada (constante dielétrica 30) produzirá um reflexo muito forte, enquanto que passando de areia seca (constante 5) para um meio calcário (constante 7), produzirá um reflexo bem mais fraco.

Embora parte da energia do pulso seja refletida de volta para a antena, o pulso continua a penetrar no meio até que se dissipe (ou se atenue) ou que a unidade de controle do GPR tenha fechado sua janela de tempo (Figura 2). A razão de atenuação do sinal varia muito e depende das propriedades do material sendo atravessado pelo pulso.

 


Figura 2: GPR emite um pulso de energia

Materiais de alta permissibilidade dielétrica freiam a onda de radar, que não consegue uma penetração profunda. Materiais de alta condutividade também atenuam rapidamente o sinal.  A saturação hidráulica eleva dramaticamente a constante dielétrica do material, por isso a área a ser levantada deve ser previamente examinada para que se identifique uma possível penetração de água.

Metais são considerados como refletores perfeitos por não permitirem que qualquer sinal os atravesse. Materiais que estejam embaixo de placas de metal, de malha fina de metal ou de piso metálico não serão identificados pelo radar.

A antena não emite a energia do radar em linha reta. A emissão tem a forma de um cone (Figura 3).  O tempo de ida e retorno da energia que chega à base do cone é maior do que a da energia dissipada na região mais próxima à antena. Isso se dá porque a base do cone representa a hipotenusa de um triângulo reto.


Figure 3: Radar Energy is Emitted in a Cone Shape

Como leva mais tempo para aquela energia ser recebida, ela é gravada mais à frente no perfil. Quando se move a antena sobre um alvo, a distância entre eles diminui até que a antena esteja sobre o alvo e, a partir daí, volta a aumentar, quando a antena se afasta do alvo. Por essa razão, cada alvo singular aparece nos dados como uma hipérbole, ou um U invertido. O alvo está, na realidade, na amplitude de pico da onda positiva, ou seja, no alto da hipérbole. A parte de baixo da Figura 3 serve de ilustração.

Os dados são adquiridos em seções paralelas, que são posteriormente unidas e preparadas para processamento em computador, com o uso de um software especializado, como o RADAN, fornecido pela GSSI.  O computador produz então uma superfície horizontal a uma determinada profundidade. Essa superfície é chamada de fatia de profundidade ( depth slice ), o que permite que os operadores interpretem os alvos existentes em diferentes profundidades da área sendo levantada.

 Processamento dos Dados:

Em muitos casos, o operador de GPR simplesmente anota a localização de um alvo para que ele seja evitado, no futuro. Para esses clientes, talvez seja necessário apenas o uso de um único perfil, que indique a localização aproximada do alvo na superfície da área sendo pesquisada.  Outros clientes podem precisar de mapas detalhados do subsolo, com indicação de profundidade. Neste caso, o operador deverá utilizar o programa de processamento de dados de GPR da GSSI, que aplica funções matemáticas aos dados, removendo assim interferências do ambiente e permitindo fazer migrar as hipérboles e calcular a profundidade com precisão, alem de outras possibilidades de processamento.

 
 
        

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