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探地雷達-pulseEKKO PRO 專業型探地雷達

探地雷達是由加拿大Sensor & Software公司生產的。該公司是一家高科技的現代地球物理公司,成立于一九八零年,主要從事pulseEKKO系列探地雷達的研制、開發、和生產。該公司總裁Peter Annan博士是世界著名的探地雷達專家,他從七十年代開始,在加拿大多大倫多大學從事探地雷達研究,而后成立了加拿大探頭與軟件公司。

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一、公司背景
pulseEKKO探地雷達是由加拿大Sensor & Software公司生產的。該公司是一家高科技的現代地球物理公司,成立于一九八零年,主要從事pulseEKKO系列探地雷達的研制、開發、和生產。該公司總裁Peter Annan博士是世界著名的探地雷達專家,他從七十年代開始,在加拿大多大倫多大學從事探地雷達研究,而后成立了加拿大探頭與軟件公司。
1986年該公司推出pulseEKKO Ⅲ用探地雷達,1989年推出pulseEKKO IV探地雷達,1993年推出pulseEKKO 1000探地雷達,1994年推出pulseEKKO 100探地雷達,1996年1月推出pulseEKKO 100A和pulseEKKO 1000A,1996年7月推出pulseEKKO 鉆孔雷達,1998年7月輕便、集成Noggin系列地下成像雷達也已投放市場,2005年pulseEKKO PRO專業地質雷達問世。


二、pulseEKKO系列探地雷達在中國

A、應用實例最多。例昆明鐵路局科研所昆石高速公路陽宗隧道襯砌厚度及質量檢測、鐵道部鐵五局科研所進行渝懷鐵路工程檢測、汕頭大學、上海市政規劃設計研究院、三峽工程、河南小浪底水利工程工程檢測、南水北調工程引水隧道洞勘測、酒泉衛星發射基地導流坑調查、上海軟地基調查、敦煌莫高窟探測、河南洛陽漢代遺址勘測、廣西天生橋遂道掌子面前方勘測、山東黃河大堤隱患勘測、錢塘江大堤拋石勘查、新疆烏爾瓦提水壩壩址前期勘查、武漢長江大堤裂縫探測、新疆天山一號冰川勘查,等等、南極內陸冰蓋探測和北極科學考察中的成功使用等等。
B、發表論文最多。全國各種學術雜志涉及探地雷達的論文應用EKKO儀器最多,中國地質大學《地球科學》出版有探地雷達專集,歷屆國際地質雷達會議文集的論文涉及EKKO儀器者最多(四、五、六屆分別為18% 31% 63%)
三、pulseEKKOPRO專業探地雷達

pulseEKKO PRO專業型地質雷達是在原來型號的基礎上,推出的新一代地質雷達,除保留原有地質雷達所有的獨特與創新的特色外,不但使原有雷達系統升級換代,進一步提高了雷達系統性能指標,而且為使用者和研究人員提供了更多功能與配置,目前世界上功能最強大和配置靈活的地質雷達系統。

                           配置示意圖

1、pulseEKKO PRO 專業型探地雷達用于地下不同深度埋設物的探測。該系統天線分別為12.5MHz、25MHz、50MHz、100MHz、200MHz、250MHz、500MHz、1000MHz、TR1000等。
pulseEKKO PRO 專業型地質雷達可用于考古、基巖深度確定、冰川、地下水污染、堤壩隱患、礦產勘探、潛水面、溶洞、地下管纜探測、地下軍事目標體定位、分層、地下埋設物探查、環境評價、無損檢測、公路鋪層和路基質量檢查、鋼筋混凝土結構檢測、隧道襯砌質量檢測和評價、圍巖地質超前預報、淺層地質勘測等。
2、pulseEKKO PRO 技術指標
GPR 參數
系統最大特征參數: 186dB,在用相同頻率的天線時,它的探測深度最深;
接收靈敏度:1.5μV,是目前民用雷達中靈敏度最高的探地雷達;
可編程序采樣間隔: 10~20000 ps in 2 ps steps;
每道采樣點數:10~31,000;
采樣率: 100GHz;
硬件疊加: 2n-1~32768 stacks;
控制、顯示、存儲:DVLⅢ;
脈沖重復頻率:100KHz
環境標準:IP66,在-50 oC ~50oC這樣的溫度范圍也可正常工作,IP65,防塵、防水及防暴設計;
可編程序時窗: 500ps~200,000ns;
發射電壓:FCC、400V、1000V、5000V;
A/D: 16bit;
天線全部為分離式天線,使得測量方式多樣(反射法、CMP、透視);
3、pulseEKKO PRO 專業型探地雷達特點:
●模塊化構成使數據采集具有靈活性;
●天線端數字采集;
●天線全部為分離式天線,使得測量方式多樣(反射法、CMP、透視);
●光纜傳輸打破傳統傳輸方式,保證了信號與數據在傳輸過程中免受外界電磁干擾;
●數字等效時間采樣使信號得到最大的保真度;
●多種觸發方式(按鍵、里程輪、等時或自由采集);
●豐富的數據處理、編輯和打印軟件(EKKO_VIEW、EKKO_View Enhanced、EKKO_MAPPER 等);
●更直觀的用戶界面使研究人員全程控制數據采集參數或為初學者提供易于使用的默認參數,以保證進行成功的測量;
●20萬納秒時窗意味著數據采集不再受限制,這樣的超大時窗對低耗介質環境如冰川特別有用;
●每道高達3萬個采樣點保證了在時窗范圍內精細的時間采樣;
●采集速度大幅度提高使得系統可增加疊加次數,改善信噪比或提高測量效率;
●在簡單易用智能車上進一步的開發即測量中采集的數據圖象異常位置后推復查箭標,可迅速現場確定異常位置,加拿大探頭與軟件公司這一創新已很快成為行業標準;
●通過實時圖像雙曲線擬合,可實現野外現場速度標定;
●智能化電子學電路通過實時監測系統電路的溫度、電池電壓變化和傳輸光纜有無受損,以保證數據采集的質量。   
4、雷達天線介紹
pulseEKKO PRO專業地質雷達的天線有12.5MHz、25MHz、50MHz、100MHz、200MHz,250MHz、500MHz、1000MHz、TR1000等。
EKKO—Pro專業地質雷達天線探測深度
 The Penetration Depth of Antenna with EKKO-Pro Radar System
型號           中心頻率          探測深度            應用
(Model)    (Central Frequency) (Penetration Depth) (Application)
TR1000       1250-1750兆天線   0-50cm     各種結構面厚度、鋼筋混凝土檢測
ANTE0009    1000兆天線        0-1m         中小型的建筑結構無損檢測
ANTE0007   500兆天線         0-4m         地下管線勘測
ANTE0006     250兆天線       0-10m         地下管線勘測及人防設施
ANTE0005     200兆天線       0-15m       淺部地質勘探及建筑邊坡檢測
ANTE0004     100兆天線      8-30m       大壩淺部地質勘探及地質災害檢測
ANTE0003      50兆天線      10- 40m    地質勘探、工程、考古、找礦、大壩
ANTE0002      25兆天線      35- 50m    地質勘探、工程、環境、找礦、大壩
ANTE0001     12.5兆天線      50-70m        深部地質勘探、找礦


5、與其它雷達相比,pulseEKKO PRO專業探地雷達具有以下優點:
●寬范圍的發射電壓選擇:美國FCC 獲準的電壓、原有的400V 和1000V、新開發的200V~1000V、超高壓5000V 發射單元;
●接收靈敏度高(1.5μV),系統最大特征參數: 186dB,是其它同類雷達無可比擬的;
●集控制、顯示和記錄于一體的防水、防塵、背光、且堅固的數字式記錄儀DVLⅢ,而不需相對嬌弱的筆記本電腦,工作溫度范圍在-50 oC ~50oC之間,因此即使在廣東地區這樣長年炎熱的地方,也能正常工作,而不會出現筆記本電腦常見的高溫死機現象;

操作簡單:數字式記錄儀DVLⅢ,控制整套雷達系統的數據采集、顯示所采集的數據,并把數據貯存下來。所有的操作指令,都只需輕摁數字式記錄儀DVLⅢ上面的觸摸,就可以完成所有的操作任務。

                               


 

                   摁鍵指令的集控制、顯示和記錄于一體數字式記錄儀DVLⅢ

                                   

  
                   只需輕摁數字式記錄儀DVLⅢ上面的觸摸鍵,就可以完成所有的操作任務


所有采集的數據貯存在數字式記錄儀DVLⅢ上,無論是貯存還是下傳數據,都十分方便。

                         

 
                                       利用FLASH卡貯存數據
                      
                   貯存在FLASH卡上的數據十分方便傳輸到PC機上作進一步分析,或直接聯接打印機打印


                     ●系統功耗低,使整個系統能在輕便電池下運行一整天;

                               


 
● 整套探地雷達安裝、操作十分簡單,移動十分方便,無論是作地質勘探,還是作地下管網測試,或者結構檢測,一個人就可以完成。
                          
                      一個操作人員,帶著主機和250MHz天線就可完成檢測任務
                          
                   主機及TR1000天線                                   工作人員正在作鋼筋混凝土結構檢測








●健康安全認證:pulseEKKO PRO專業地質雷達是目前少有的獲得美國FCC電磁場健康安全證書的地質雷達,它具有很低的電磁場,對雷達的操作人員輻射小,不會造成健康傷害。
                                                                                   健康安全認證
無線電頻率中當電磁場強烈時可能產生一個危害健康問題。在一般領域過去30多年的廣泛研究中并沒有結論性的流行病學與電磁場危害健康有關。以下的資料和網址包含詳細的課題討論。

美國聯邦通訊委員會(FCC)和職業安全健康管理局(OSHA)都指定了可接受的電磁場水平。其它國家的相應機構也規定了類似的功率水平。FCC和OSHA所規定的可允許最大輻照和延續時間隨激振頻率而變化。可造成影響的剖面波等效功率最低限是0.2Mw/cm2.(當通過30到300MHz頻帶)。如圖所示所有其它的應用和頻率有更高的容限。

                          

 
所有Sensor & Software Inc.的pulse EKKO、Noggin和Conquest產品操作時通常距離使用者至少1米,同時產品按照FCC的“移動”裝置進行分類。等效功率低于10-3mW/cm2。從200到10,000次,低于規定限制。同樣的Sensor & Software Inc.的產品按照制訂的使用方法操作,是沒有健康和安全風險的。
參考資料:
1. Questions and answers about biological effects and potential hazard of radio-frequency electromagnetic field
USA Federal Communications Commission, Office of Engineering &Technology OET Bulletin 56   (Contain many references and Web site)
2. Evaluation Communication with FCC Guidelines for Human Exposure to Ratio Frequency Electromagnetic Fields
USA Federal Communications Commission, Office of Engineering &Technology
OET Bulletin 56   (Contain many references and Web site)
3. USA Occupational Safety and Health Administration regulation paragraph 1910.67 and 1910.263.
www.fcc.gov/Bureau/Engineering Technology /Documents/bulletin
www.osha-slc.gov/SLTC(see radio frequency)
6、數據處理和分析軟件
pulseEKKO PRO專業地質雷達的數據處理和分析軟件有EKKO_View、EKKO-MAPPER,這些軟件是加拿大Sensor&Software公司為PulseEKKO GPR系列雷達是所編寫最新的編輯、處理和繪圖軟件包。是基于Windows平臺下的高性能多通道軟件,用于數據后處理工作,可在現場實時處理所采到的雷達數據,并可把處理結果打印輸出。可以解釋所有雷達數據及處理成圖功能。
主要功能:時域濾波、增益范圍、增益恢復、背景去除濾波、位移算法、包封檢波器、各種坐標校準、數據批處理;
同時具有:性能優良的自動信號校準功能;對設備性能持續檢測的完全診斷功能;即可與單通道主機配合工作,又可與多通道主機配合工作。
例如:襯砌分層、路基分層、坍落、公路層面分析、鋼筋分布、空洞、裂縫、回填物及其它缺陷、地質結構、管線分布等。
EKKO_View軟件功能包括:
● 數據擺動波形或數據彩色波形。可以選擇多種色彩桌面或自定義色彩。
              

                     混凝土厚度                                         土壤中的混凝土管

                

                                   鐵路路基檢測,發現中段下沉


● 以圖形文件格式輸出,如BMP和JPEG格式,或直接打印。
● 位置和時間軸數據可以在每頁中選擇跨度。用戶也可以指定每頁的數值單位。每頁的刻度比例也可以被設置。這樣就可以按照工程比例尺繪制局部片圖。
● 豎軸顯示時間、深度和刻度,橫軸顯示線位置。GPR數據可以包含GPS位置信息,能夠顯示GPS經緯線或UTM位置掃描。
● 處理選項允許數據帶Dewow過濾和任何一個增益值來顯示。用戶可以在數秒內完成操作這些數值和顯示結果
              
                            處理前                                                     處理后

● 用戶自定義或自動定義各軸間隔。各軸的標題、字體、尺寸和顏色都可以編輯。

            

   
● 從異常曲線反應中可提取速度值。
● 放大器功能可以使數據圖象中的任何部分被放大,被保存到另一個圖形文件中,或被打印。
 EKKO-MAPPER軟件功能:主要有利用所測試的數據繪出直觀、準確的圖形。
                    
                       鋼筋混凝土結構掃描圖                            混凝土砌層中各種管道

 

                                             

                                                              混凝土中的空洞
                                               

                                                             所測試的地下防空洞
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