Приборы для поиска пустот. Схема прибора для обнаружения металлических предметов. Как работает георадар
4.2. Приборы для поиска пустот и неоднородностей
Для поиска тайников в строительных конструкциях из кирпича и бетона при одностороннем доступе предназначен прибор "Кайма".
Принцип действия прибора основан на регистрации частично отраженной от границ раздела двух сред радиоволны, излучаемой передающей антенной. В приемном устройстве, состоящем из приемной антенны и усилителя, отраженный сигнал обрабатывается и передается на звуковой и стрелочный индикаторы.
Прибор состоит из блока обработки и связанного с ним датчика. Масса прибора составляет не более 1,6 кг.
Дальность обнаружения внутренних полостей в зависимости от их размера составляет до 250 мм. При этом не имеет значения степень заполнения полости различными вложениями.
Скорость сканирования при работе с прибором должна составлять от 5 до 15 см/с. Датчик во время поиска должен плотно и без перекосов прилегать к стене.
Другим прибором, обеспечивающим обнаружение тайников, является прибор "Жасмин", в комплект которого дополнительно входит устройство для сверления и эндоскоп для осмотра содержимого полости.
В приборе используется импульсный метод зондирования и регистрируется сигнал, отраженный от стенок тайников, который задерживается по времени относительно зондирующего импульса. Путем измерения времени задержки можно оценить расстояние до источника сигнала.
Прибор "Жасмин" предпочтительно использовать для больших по габаритам и глубине залегания тайников. С его помощью можно обнаруживать внутренние полости: в глиняных и песчаных грунтах - на глубине до 500 мм; в кирпичных стенах - на глубине до 400 мм; в бетонных стенах - на глубине до 200 мм.
4.3. Приборы для поиска и идентификации взрывчатых и наркотических веществ
Все взрывчатые вещества (ВВ) имеют специфический запах. Одни, как, например, нитроглицерин пахнут очень сильно, другие, как тротил, - значительно слабее, а некоторые, в частности, пластиды - очень слабо. Тем не менее, все эти ВВ обнаруживают, по крайней мере, с использованием служебно-розыскных собак.
Современные газоанализаторы , являющиеся своеобразной моделью “собачьего носа”, тоже могут делать это, правда не столь эффективно в отношении пластидов.
Отечественные газоанализаторы типа МО2 по своим эксплуатационным характеристикам не уступают лучшим зарубежным образцам. Реализуемая на практике их чувствительность (порядка 10 -13...-14 г/см 3 по ТНТ) позволяет надежно фиксировать штатные ВВ типа тротила, гексогена и др. Правда, все подобные приборы достаточно дорогостоящие.
Принцип действия таких приборов основан на методах газовой хроматографии и дрейфспектрометрии ионов.
Хроматографические детекторы паров взрывчатых и наркотических веществ требуют применения высокочистых газов-носителей (аргон, азот), что создает определенные неудобства в процессе эксплуатации этих приборов. Оригинально решена эта проблема в детекторе Egis фирмы Thermedics (США): газ-носитель водород получается в самом приборе путем электрохимического разложения воды.
В дрейфспектрометрических детекторах основу газа-носителя составляет воздух.
Важным технологическим звеном в процессе обнаружения взрывчатых и наркотических веществ является пробоотбор. Пробоотборник - это, в сущности, малогабаритный пылесос, который задерживает пары и частицы веществ на сорбирующих поверхностях или в фильтре (концентратор). Бумажный фильтр можно использовать и для взятия мазков с поверхности контролируемого предмета. Затем, в процессе нагрева происходит десорбция веществ из концентратора и парообразная фракция подвергается анализу.
Достаточно трудной задачей является обнаружение слаболетучих взрывчатых веществ, входящих в состав пластиковой взрывчатки, однако приборы последнего поколения успешно справляются и с ней.
Следует отметить, что в сочетании с газоанализатором целесообразно использовать сравнительно недорогой химический комплект для экспресс-анализа следовых количеств взрывчатых и наркотических веществ.
Анализаторы следов ВВ относятся к классу сравнительно недорогих средств для экспресс-выявления следов взрывчатых веществ на поверхности предметов. Используется принцип так называемой жидкостной хроматографии.
Следы ВВ изменяют окраску действующего на них химического реагента. Устройство компактно, просто в обращении. Реализованная на практике чувствительность порядка 10 -8...-9 г/см 3 по ТНТ и 10 -6...-7 г/см 3 по гексогену, оксогену и тетрилу. Средство незаменимо в полевых условиях.
Ядерно-физические приборы - сложные и сравнительно дорогие устройства, позволяющие выявить ВВ по наличию в них водорода и азота, способны обнаружить ВВ в разнообразных условиях, в том числе и за преградой.
Наибольший пользовательский интерес представляют нейтронные дефектоскопы . Они выявляют ВВ как объект с повышенным содержанием водорода. Для этого используется слабый источник нейтронов, которые, попадая на ВВ, рассеиваются на атомах водорода и регистрируются приемником. Отечественные нейтронные дефектоскопы типа “Исток-Н” имеют высокую производительность и конструктивно реализованы в портативном варианте.
Одним из наиболее ярких представителей приборов обнаружения и идентификации наркотических и взрывчатых веществ (НВ и ВВ) является прибор ITEMIZER , изготовленный фирмой Ion Track Instrument (Великобритания) и успешно применяемый в Калининградской региональной таможенной лаборатории для проведения экспертиз НВ и ВВ, а также в Калининградской оперативной таможне для проведения скрытых оперативных мероприятий.
С помощью данного прибора можно успешно проводить проверку и поиск следов НВ и ВВ, которые в случае их присутствия неизбежно имеются на поверхностях багажа, автомобилей, транспортных упаковок и контейнеров. Любая поверхность, с которой соприкасался контрабандный товар, может быть проверена.
Прибор в течение 30 секунд переключается из режима обнаружения НВ на режим обнаружения ВВ. Анализатор, встроенный сенсорный экран, принтер и блок испарения-десорбции собраны в одном корпусе и образуют легко транспортируемый прибор небольшого веса. Органы управления и визуального контроля выведены на панель сенсорного экрана.
В случае обнаружения контрабанды на экране мигает сигнал тревоги, вещество идентифицируется, раздается звуковой сигнал и все полученные результаты печатаются на специальной ленте встроенным принтером с указанием даты и времени.
Отбор пробы производится путем протирки исследуемой поверхности бумажным фильтром или при помощи блока дистанционного взятия проб (автономного ручного микропылесоса, в который вставляется бумажный фильтр). В каждом случае фильтр с пробой помещается в блок испарения-десорбции для проведения автоматического анализа. Присутствие или отсутствие контрабанды прибор подтверждает в течение 8 секунд, что позволяет обрабатывать достаточно большое количество проб ежесуточно.
Архив (библиотека) компьютера прибора включает в себя программу идентификации до 40 типов НВ и ВВ, а также может подвергаться изменению и дополнению. Кроме того, в результате сравнения плазмограмм одного и того же вещества, имеется возможность определения места производства исследуемого вещества, при условии наличия архивных данных по данному веществу.
Основные технические параметры прибора ITEMIZER:
1. Чувствительность: не более 200 пикограмм НВ и ВВ.
2. Вероятность ложной тревоги при взятии проб:
С поверхности - 1%;
С воздуха - 0,1%.
3. Время подготовки к работе - до 50 минут.
4. Электропитание: 220 В, 50 Гц.
Для проведения досмотрово-поисковых мероприятий целесообразно использовать портативный переносной аналог данного прибора - VaporTracer. Основанный на технологии спектрометрии мобильности захваченных ионов, этот ручной детектор разработан для использования в местах. где требуется повышенная безопасность, где необходимо проводить быстрый и точный досмотр. Оператор направляет сопло детектора на досматриваемый объект и нажимает активатор. Проба моментально попадает в детектор и анализируется. Весь процесс занимает несколько секунд.
Прибор весит менее 4 кг и способен обнаруживать и идентифицировать крайне малое количество НВ и ВВ. Система работает, забирая пробу пара в детектор, где она нагревается, ионизируется, а затем идентифицируется, показывая результаты на уникальной плазмограмме.
Данный прибор способен обнаруживать как пары, так и частицы контрабанды НВ и ВВ.
Технические характеристики прибора VaporTracer:
1. Обнаруживаемые вещества: более 40 НВ и ВВ одновременно;
2. Источники питания: от сети 220 В или от аккумуляторной батареи (до 6 часов работы);
3. При обнаружении НВ или ВВ срабатывают как визуальный, так и звуковой сигнал тревоги.
В органах внутренних делдля поиска ВВ используют хроматограф газовый "Эхо-М".
Процесс исследования сорбированных проб состоит из двух самостоятельных стадий: отбор пробы и ее газохроматографический анализ.
При отборе пробы поток анализируемого воздуха прокачивается через концентратор. Вследствие повышенной сорбируемости пары низколетучих веществ улавливаются концентратором и удерживаются на его поверхности. Для проведения газохроматографического анализа концентратор с пробой помещают в камеру ввода прибора, в которой поддерживается температура, достаточная для испарения веществ с поверхности концентратора. После определенного времени подогрева концентратора через камеру продувается порция прогретого газа - носителя, которая переносит парогазовую смесь с анализируемой пробой в разделительную газохроматографическую колонку.
При прохождении пробы через газохроматографическую колонку происходит ее разделение во времени на индивидуальные компоненты. На выходе хроматографической колонки установлен детектор электронного захвата, с помощью которого осуществляется регистрация разделенных компонентов.
Управление циклом анализа и обработка результатов анализа осуществляется с помощью встроенной в прибор специализированной микро-ЭВМ.
В хроматографе используется в качестве газа-носителя газообразный аргон, находящийся во встроенном баллоне емкостью 2л. Суммарное время работы прибора от баллона не менее 50 часов.
На протяжения долгого времени человеку было всегда интересно, что и как происходит на земле и в её недрах. Нас интересует, что и где, а главное как лежит, даже если не мы туда положили. Для удовлетворения этих потребностей производятся специальная техника и приборы. На сегодняшний день существует множества приборов для изучения, поиска, исследования земной поверхности и её недр. Также разрабатываются приборы для обеспечения безопасности жизни деятельности человека. Таким приборам является «АБ-400» создан на основе георадара.
Так что же представляет собой георадар?
Георадар — это прибор радиолокационного зондирования (GPR), для подповерхностных исследований направленных на получение детальной информации об объекте в реальном режиме времени. Работа георадара основана на явлении отражения высокочастотного электромагнитного сигнала от границ объектов с отличными от среды их нахождения электрическими характеристиками .
Георадар является уникальным геофизическим прибором, ведь георадар позволяет подготовленному оператору «видеть» сквозь камень, землю и воду. Практически не существует такой среды, которая могла бы скрыть от георадара свои тайны: пустоты и инородные тела, изменения плотности и структуры, скрытые внутренние конструкции, вообще практически любые аномалии – всё это для георадара страницы открытой книги. Границы успешного использования георадара огромны:
— геология и добыча полезных ископаемых;
— экспертиза и строительство автомобильных дорог;
— экспертиза железобетонных сооружений и трубопроводов;
— исторические и археологические исследования;
— поиск, картографирование и исследование подземных коммуникаций;
— исследование и ремонт мостов;
— проведение экологической оценки почв и сооружений;
— поиск грунтовых вод и подземных резервуаров;
— исследования водоёмов, изучение характеристик снежных и ледовых покровов;
— поиск кладов;
— экспертиза железнодорожных путей;
— строительство;
— горизонтальное направленное бурение – и это далеко не полный спектр для применения георадара.
Основные преимущества георадара над другими методами:
- компактность в работе георадара создаёт минимум неудобств при проведении исследований в густонаселённых районах и местах плотной застройки. Использование георадара не наносит ущерба окружающей среде и исключает нарушение экологического баланса;
- использование георадара не требует дополнительного оборудования и мощных источников энергии. Георадар одинаково эффективный при исследовании вертикальных, наклонных и горизонтальных поверхностей. Георадар проводит измерения практически на любом, в том числе сильнопересечённом ландшафте, на любой поверхности – земля, песок, глина, камень, снег, лёд. Георадар используется и на любых искусственных поверхностях – железобетон, бетон, кирпич и так далее;
- применение используемого в георадаре георадиолокационного метода диагностики является на данный час самым перспективным для точного определения характеристик исследуемого объекта. В сравнении с другими методами, георадиолокационная диагностика, лежащая в основе действия георадара, характеризуется высоким быстродействием наряду с низкою энергозатратностью;
- и главное, георадар использует неразрушающий метод исследования и контроля — георадиолокацию. Благодаря использованию георадара производственные и исследовательские затраты сокращаются в десятки, а в некоторых случаях и сотни раз, а значит и экономическая эффективность проекта с использованием георадара значительно выше!
Что такое георадар и принцип его действия
Георадиолокационное (георадарное) обследование производится при помощи специального инструмента – георадара, который представляет собой электронный прибор. С помощью георадара исследователи получают непрерывный разрез той среды, в которой производится диагностика. Глубина исследования при этом может достигать 20 метров. Запись данных экспертизы осуществляется в файл, что позволяет в дальнейшем проводить изучение и документирование материала при помощи компьютерного оборудования.
Принцип действия георадара целиком и полностью основывается на радиолокации: излучение и фиксация отраженных электромагнитных импульсов. Импульс производится самим прибором и при помощи излучателя (антенны) направляется в изучаемую среду. Средой может быть любой материал: бетон, грунт, кирпичная стена и пр. Среда может иметь неоднородную структуру, что и отражает прибор. На основании таких исследований выявляются различные пустоты и вкрапления других материалов.
Георадиолокация — неразрушающий метод исследования и контроля. Применение его может значительно сократить затраты. К примеру, поиск кабельных трасс под землей при помощи георадара значительно упрощается, а если учесть тот факт, что на многих действующих ныне заводах нет документации о проложенных когда-то трубопроводах и кабельных лотках, то эффект от использования георадара значительно возрастает.
Как правило, при георадиолокационном исследовании блок антенн георадара перемещается по поверхности среды. Излучение и прием отраженных средой сигналов происходит через определенное расстояние. Эта дистанция носит название «шаг зондирования». Минимальное значение шага может измеряться всего несколькими миллиметрами.
После того, как антеннами будет принят отраженный сигнал, он поступает на устройство регистрации информации; как правило, в качестве регистратора используется ноутбук. На данном устройстве производится запись полученных данных в файл. После анализа записанной информации и ее структурирования инженер-диагност компании, проводящей георадиолокационную экспертизу, получает «разрез исследуемой среды». Другое название данного разреза – георадиолокационный профиль.
Чаще всего такого рода профиль выполнен в виде радиограммы. Радиограмма представляет собой массив глубин отраженных сигналов. Еще одно название радиограммы – волновая картина.
Преимущество георадара
В последнее время стало очень популярно проведение георадиолокационной экспертизы. Такой метод диагностики является самым многообещающим способом определения характеристик исследуемой среды. Это перспективное направление развития в области геофизических исследований. Преимущества георадара и георадиолокационного способа диагностики
- Высокая разрешающая способность георадара и его помехоустойчивость к искажающим сигналам наряду с быстротой проведения и их экономичностью делает метод исследования очень привлекательным для современных руководителей предприятий и организаций. Проводя у себя на территории георадиолокационную экспертизу, можно получить достоверные сведения о свойстве грунтов, их составе, нахождении опасных пустот под зданиями или в непосредственной близости от них и многое другое. К примеру, исследование монолитного фундамента с использованием георадара может выявить его разрушения и помочь принять меры еще до того, как произойдут подвижки основания.
- При проведении георадарного исследования не требуются большие производственные площади. Так как весь исследовательский комплекс — оборудование небольших размеров. Это существенное преимущество, позволяющее производить исследования даже в подвальных помещениях или емкостях.
- Применение данного метода диагностики существенно сокращает расходы на проведение буровых работ. Ведь георадиолокация предоставляет исследователю детальную информацию о подстилающих слоях грунта и его структуре. Бурение контрольно-измерительных скважин в этом случае проводится в меньшем количестве и именно там, где это действительно нужно.
Виды работ
Область применения георадара весьма широка, но ее можно условно подразделить на две группы мероприятий. Каждой из таких групп характерны свои методики и способы обработки информации:
- Решение геологических и гидрогеологических задач:
- Картирование геологических структур – восстановление геометрических границ;
- Определение свойств и структуры различных отложений. Выявление уровня прохождения грунтовых вод. Определение толщины отдельных слоев грунта и границ между различными участками;
- Определение толщины ледяного покрытия;
- Изучение толщи водного слоя и определение поддонных отложений;
- Определения глубины промерзания грунта;
- Поиск отдельных объектов и инженерных сооружений в нештатных ситуациях:
- Поиск кабельных трасс;
- Поиск трубопроводов;
- Определение границ производственных захоронений;
- Выявление расположения заваленных или обводненных подвальных помещений;
- Определение пустот в опасной близости от эксплуатируемых зданий и сооружений.
Обследование карьеров и геологические изыскания
Как вы уже могли услышать или прочитать, георадар — это прибор, который обеспечивает быстрое и детальное сканирование грунта. Высокая мобильность георадара в сочетании с возможностью проведения неразрушающего сканирования грунта (без контрольного бурения) с высокой детализацией делают георадар уникальным среди другого оборудования, используемого в геофизике. Благодаря полученным данным, появляется возможность принять правильное решение при проведение работ, в результате чего инженерные изыскания становятся менее затратной. При георадарных исследованиях существует возможность отобразить результаты проведенного сканирования грунта в виде 3D-модели изучаемой среды.
Благодаря георадарным исследованиям стало возможно построение геологических разрезов, поиск и разведка запасов месторождений полезных ископаемых, определение положения уровня грунтовых вод, толщины льда, глубины и профиля дна водоёмов, положения карстовых воронок и пустот, гляциологические исследования – вот далеко не полный перечень тех задач, которые геология решает с помощью сканирования грунта георадаром. Но ряд задач геология решает только георадаром. Например, проведение картирования геологических структур, то есть определение контактов горных пород с различной диэлектрической проницаемостью возможно только с использованием георадара.
При инженерно-геологических изысканиях используются возможности георадара по сканированию грунта при исследованиях в области инженерной геологии, гидрогеологии и геокриологии; инженерно-геологических изысканиях для строительства; определения уровня грунтовых вод, зон повышенной обводненности; выявления участков развития опасных геологических процессов (карста, оползания и др.).
Применение георадара при обследовании и оценке карьеров позволяет сэкономить большие средства, поскольку разработка грунта при добыче полезных ископаемых может вестись благодаря георадару непрерывно, с максимизацией полезной выработки, так как георадар обеспечивает четкое определение границ между разными породами и минералами.
Поиск скрытых объектов
Современные георадары просвечивают грунт на глубину до 100 метров. Искомый объект должен быть сопоставим по своим размером с глубиной залегания, а также должен быть контрастен по своим свойствам с окружающей средой.
Как правило в георадиолокации используются частоты сигналов от 50 до 1500 МГц, благодаря этому расширяются возможности поиска скрытых объектов как в конструкциях так и в грунтах на самых больших глубинах.
Как показывает практика, при различных условиях окружающей среды георадар позволяет обнаружить:
- объект с линейными размерами от 3-5см на глубинах до 1м;
- объект с линейными размерами от 5-10см на глубинах до 2м;
- объект с линейными размерами от 10-15см на глубинах до 5м;
- объект с линейными размерами от 15-30см на глубинах до 10м;
- объект с линейными размерами от 1м на глубинах до 50м;
Основное достоинство георадара по сравнению с другими используемыми в геофизике приборами — его универсальность, которая позволяет использовать георадар не только непосредственно в геофизике, для решения её различных задач. Георадар используется в геологии, строительстве, экологии, археологии, и многих других сферах деятельности, другими словами везде, где требуется осуществить эффективный поиск скрытых объектов.
Использование георадара в поисковых работах имеет огромный потенциал, что сегодня позволяет геофизике успешно выполнять поиск георадаром скрытых объектов в самых сложных для этого ситуациях.
Обследование строительных конструкций и фундаментов
Когда появился прибор — георадар, стало ясно, какого помошника получила в связи с этим строительная отрасль а особенно железобетонное строительство. Георадар, использующий неразрушающий метод подповерхностного зондирования является незаменимым прибором для обследования внутреннего состояния железобетона. Георадар не нарушает при этом общей целостности конструкций. При работе с железобетоном георадаром определяется качество и внутреннее состояние бетонных конструкций (мостов, зданий, фундаментов, свай и др.).
Благодаря георадарным обследованиям появилась возможность исследования эксплуатационных характеристик строительных конструкций. Георадар сканирует внутреннее строение и определяет деформационное состояние зданий и инженерных конструкций. Также с помощью георадара определяются геометрические и физические параметры подземных частей фундаментов строений, оснований и свай.
При проведении обследования железобетонных конструкций и сооружений георадар производит общее сканирование, определяет места нахождения арматуры, инженерных сетей, закладных, толщины ж/б плит, наличие полостей и пустот, наличие/отсутствие гидроизоляции (особенно георадар помогает в тех случаях когда нужно обследовать ж/б конструкцию не нарушив защитного слоя). Также георадар используется в строительстве для контроля качества и обнаружения объектов в конструкциях перед сверлением или бурением. Георадиолокационное обследование позволяет заранее обнаружить инженерные сети и потому исключить возможность их повреждения и последующего дорогостоящего ремонта.
Обнаружение и обследование коммуникаций
На сегодняшний день, обнаружение скрытых коммуникаций (кабелей, трубопроводов, коллекторов, баков, резервуаров, септиков и т.д.) в городских условиях георадаром приобретает большую популярность. Объясняется это тем, что часто имеющиеся в наличии схемы и планы коммуникаций имеют значительные расхождения с действительностью, а иногда попросту отсутствуют. В этом случае, работать без предварительного георадарного обследования территории крайне не желательно, георадар даёт возможность избегать неизбежных аварий.
Повышенный спрос на георадарные исследования для поиска коммуникаций обычно исходит от организаций, занимающихся бестраншейной прокладкой подземных коммуникаций в условиях города (горизонтально-направленное бурение). Полученная с помощью георадара информация о наличии и положении в плане и по глубине подземных коммуникаций на осях горизонтального бурения обеспечивают безаварийную работу, выполненную в кратчайшие сроки и с минимальными затратами.
Коммунальными и ремонтными службами георадар используется для определения местоположения и глубины залегания скрытых коммуникаций, обследования участков местности перед проведением земляных работ, а также для обнаружения мест прорывов в трубопроводах. Использование георадара позволяет вести успешный поиск мест утечки жидкости из подземных и скрытых в стенах трубопроводов.
Благодаря георадарному зондированию возможен поиск даже наиболее сложных для обнаружения пластиковых, бетонных и других неметаллических труб. В отличие от георадара металлоискатели и трассоискатели здесь бессильны.
Экспертиза автомобильных дорог
Для качественного производства ремонтных работ, как правило, требуется предварительное обследование. Обычно это контрольное бурение, отбор проб грунта и статические нагрузки. Но все эти методики довольно дорогостоящи, а самое главное не дают целостной картины состояния дорожного покрытия и подстилающих его грунтов. А главное само по себе применение этих методов ослабляет дорожное покрытие. Поэтому в условиях, когда средства, выделяемые на оценку состояния дорожного покрытия, ограничены в размерах, на первое место выходит экономичность методик диагностирования. И в этой связи особую актуальность и рациональность приобретает георадарное обследование.
По характеристикам полученного георадиолокационного профиля (разреза дорожного пирога) оператор георадара делает выводы о толщине слоев различной плотности, наличие в них пустот, переувлажнений, т.е. о состоянии дорожного покрытия. В процессе интерпретации георадиолокационных профилей можно выявлять наличие, а также прогнозировать появление и распространение опасных физико-химических процессов (суффозии, карсты), зон просадок и разуплотнения грунтов, зон размытия грунтов, инфильтрации грунтовых вод и т.д.
Георадиолокационный профиль, выполненный по участку автомобильной дороги, для определения причин разрушения и просадок дорожного полотна, для определения толщин конструктивных слоев.
Для определения мощности и количества и качества слоев дорожной одежды, а также проведении комплексного исследования конструкции дорожного полотна, в нашей компании используются георадары, имеющие различные типы антенн с разными частотными диапазонами (400 – 1700МГц). Для определения границ и состояния асфальта и а/б – применяются высокочастотные антенные блоки георадара (1000, 1700МГц); для определения толщины слоев основания полотна дороги используются антенные блоки с низким частотным диапазоном (150 – 250МГц).
В результате комплексной неразрушающей георадарной экспертизы автомобильных и железных дорог можно быстро, экономично и надежно получать самые точные данные о состоянии дорожного покрытия, количестве и качестве использованных материалов, прогнозировать места разрушений и многое другое.
Обнаружение мест утечек жидкости
Коммунальными и ремонтными службами георадар используется для определения местоположения и глубины залегания скрытых коммуникаций, обследования участков местности перед проведением земляных работ, а также для обнаружения мест прорывов в трубопроводах.
Благодаря георадарному зондированию возможен поиск даже наиболее сложных для обнаружения пластиковых, бетонных и других неметаллических труб.
Использование георадара позволяет вести успешный поиск мест утечки жидкости из подземных трубопроводов, скрытых систем водоснабжения, отопления, канализации. С помощью георадара возможно обнаружить влажные и обводненные участки внутри бетона или грунта, а также увидеть направление распределения жидкости и как следствие локализовать место протечки.
Горизонтально направленное бурение
Горизонтальное направленное бурение (ГНБ) является новейшей технологией, выгодно отличающейся от классической прокладки коммуникаций тем, что её воздействие на окружающую среду минимально, оно используется для строительства новых инженерных сетей и ремонта изношенных коммуникаций. Эта технология не имеет аналогов и не заменима в случаях, когда необходимо прокладывать инженерные сети под действующими транспортными магистралями, реками и другими преградами, где открытый способ прокладки сетей крайне затруднён или вовсе невозможен. Но буровые установки не могут действовать «в слепую», так как крупных в городах под поверхностью асфальта и газонов находится огромное количество коммуникаций, схемы расположения многих из которых утеряны либо неточны. Поэтому перед тем как начинать бурение, надо в обязательном порядке уточнять истинное местоположение этих коммуникаций, и удостовериться в отсутствии археологически ценных объектов, особенно если работа ведется в исторической части города.
В связи с этим для экономичного использования технологии горизонтально направленного бурения решающее значение имеет предварительное детальное изучение грунта. Георадарное обследование позволяет провести послойное вертикальное или горизонтальное изучение грунтов на предмет выявления таких преград, как трубопроводы, кабельные трассы, фундаменты, шахты и т. д. Использование георадара при горизонтально направленном бурении позволяет выбрать правильное направление движения бура.
Георадар позволяет вести прокладку инженерных коммуникаций под дном водоемов и под сооружениями ниже их фундамента. Благодаря георадару возможна сложнейшая прокладка коммуникаций над, под или между другими трубопроводами и кабелями без вскрытия пересекаемых сетей, бурение из колодца в колодец. Также возможно применение георадара для контроля качества после выполнения работ по прокладке коммуникаций, проверки скрытых работ и т.д.
Фрагмент георадиолокационного профиля. Красными линиями отмечены выявленные коммуникации на глубинах до 3м.
Читайте также:
|
Прибор "Кайма" обеспечивает поиск воздушных полостей в кирпичных и бетонных стенах и перекрытиях. Его принцип действия основывается на свойстве электромагнитных волн частично отражаться от границ раздела двух сред различной плотности. Отраженный сигнал, представляющий собой часть излученной прибором волны, обрабатывается и поступает на стрелочный и звуковой индикатор. Дальность обнаружения пустот зависит от их размера и составляет от 60 до 250 мм, на показания прибора не влияет то, что полость может быть заполнена различными вложениями.
Прибор "Жасмин" предназначен для обнаружения габаритных тайников, расположенных в грунте, кирпичных и бетонных стенах на больших глубинах. В приборе используется импульсное излучение. Обнаружение неоднородности осуществляется по времени задержки прихода отраженного сигнала. Максимальная глубина обнаружения составляет 50 см для пустот, расположенных в глинистых и песчаных грунтах. В кирпичных стенах прибором можно обнаружить полости на глубине до 50 см, в бетонных - 20 см. В комплект дополнительно входит устройство для сверления и эндоскоп для осмотра содержимого полости через просверленное отверстие.
Прибор для поиска неоднородностей (замаскированных объектов) в различных средах "Циклоп-2" Предназначен для неразрушающего контроля строительных конструкций (кирпичной кладки, стеновых панелей, бетонных и железобетонных монолитов, и т.п.) с целью обнаружения скрытых предметов (проводов, арматуры, различных неоднородностей и инородных тел), пустот, а также получения изображения внутренней структуры исследуемого объекта.
Устройство поиска неоднородностей плотности вещества (пустот или вложений) за перегородками или стенками. Детектор контрабанды УНП-РМ1401М-П содержит источник гамма излучения 133Ba, помещенный в специальном защитном контейнере на кронштейне с возможностью крепления на нем поискового прибора ИСП-РМ1401МА , используемого для детектирования рассеянного гамма излучения. Имеется возможность легко отсоединить ИСП-PM1401MA от кронштейна и использовать в качестве прибора радиационного контроля для решения задач по предотвращению незаконного перемещения радиоактивных материалов.
Детектор контрабанды УНП-РМ1401М-П является легким переносным устройством для поиска и обнаружения скрытых вложений или пустот за перегородками и стенками. Работа устройства основана на детектировании рассеянного гамма излучения от встроенного источника 133Ba при перемещении УНП-РМ1401М-П вдоль поверхности инспектируемого объекта. Интенсивность рассеянного гамма излучения от заполненного пространства (например, скрытые вложения в автомобильной шине) будет больше, чем от незаполненного пространства (воздух). Детектор контрабанды способен обнаружить подобные отличия в плотности и сигнализировать об этом при помощи световой, звуковой и вибрационной сигнализации.
Эта группа приборов использует физические свойства среды, в которой может размещаться закладное устройство, или свойства элементов закладных устройств, независимые от режима их работы.
Так как в пустотах сплошных сред (кирпичных и бетонных стенах, деревянных конструкциях и др.) могут устанавливаться долговременные дистанционно-управляемые закладные устройства, то выявление и обследование пустот проводится при «чистке» помещений.
В простейшем случае пустоты в стене или любой другой сплошной среде обнаруживаются путем их простукивания. Пустоты в сплошных средах изменяют характер распространения структурного звука, в результате чего воспринимаемые слуховой" системой человека спектры звуков в сплошной среде и в пустоте отличаются.
Технические среДства обнаружения пустот позволяют повысить достоверность выявления пустот. В качестве таких средств могут применяться как различные ультразвуковые приборы, в том числе медицинского назначения, так и специальные обнаружители пустот. Специальные технические средства для обнаружения пустот используют:
Отличия в значениях диэлектрической проницаемости среды и пустоты;
Различия в значениях теплопроводности воздуха и сплошной среды:
Отражения акустических волн в ультразвуковом диапазоне от границ раздела «твердая среда - воздух»).
В пустоте (воздухе) диэлектрическая постоянная близка к единице, для бетона, кирпича, дерева она значительно больше. Диэлектрики с разными значениями диэлектрической постоянной по-разному деформируют электрическое поле, создаваемое обнаружителем пустоты. По изменению диэлектрической индукции локализуется пустота. Так обнаружитель пустот «Кайма» выявляет полости в кирпичных или бетонных стенах размером 6 х 6 х 12 см и 6 х 6 х 25 см.
С помощью ультразвукового томографа Д 1230 обнаруживаются пустоты объемом от 30 см 3 на глубине до 1 м, ультразвукового толщинометра Д 1220 - глубиной до 50 см.
Эффективным средством выявления пустот в стенах, нагретых на несколько градусов выше температуры воздуха в помещении, являются тепловизоры. Чувствительность охлаждаемых тепловизоров достигает 0,01 градуса по Цельсию, неохлаждаемых - на порядок хуже. За счет разницы теплопроводности бетона или кирпича стен и воздуха границы пустот с воздухом при нагревании или охлаждении помещения могут наблюдаться на экране тепловизора.
Переносной неохлаждаемый тепловизор ТН-3 («Спектр») со встроенным цифровым процессором обеспечивает возможность наблюдения на экране изображений в ИК-диапазоне (8-13 мкм) объекта при минимальной разности температуры элементов его поверхности 0,15 град. Комплект тепловизора содержит камеру размером 110 х 165 х 455 мм и массой 6 кг, малогабаритный монитор и блок питания.
Металлодетекторы обнаруживают закладные устройства по магнитным и электрическим свойствам их элементов. Любая закладка содержит токопроводящие элементы: резисторы, индуктивности, соединительные токопроводники в навесном или микроминиатюрном исполнении, антенну, корпус элементов питания, металлический корпус закладки.
По принципу действия различают параметрические (пассивные) и индукционные (активные) металлодетекторы. По конструкции - стационарные и ручные. Для обнаружения малых токопроводящих элементов применяют в основном ручные металлодетекторы, которые можно приблизить вплотную к токопроводящему элементу.
В параметрических металлодетекторах токопроводящие элементы, попадающие в зону действия поисковой рамки (катушки) диаметром 250-300 мм, изменяют ее индуктивность. Эта катушка является индуктивностью колебательного контура поискового генератора, частота колебаний которого составляет 50-500 кГц. Чем выше частота колебаний генератора, тем больше отклонение частоты генератора, т. е. тем выше чувствительность металлодетектора, Но одновременно сильнее сказывается влияние среды, особенно грунта земли. Поэтому в некоторых типах металлодетектора поисковую катушку запитывают негармоническим сигналом с частотой 15-50 кГц, а для измерения отклонения частоты используются гармоники колебания на частотах 500-1000 кГц.
Для измерения отклонения частоты колебаний генератора параметрического металлодетектора широко применяется метод «биений» - явления, возникающего при сложении двух колебаний с близкими частотами. Одно колебание с изменяющейся частотой создается поисковым генератором, другое - эталонным генератором со стабилизированной частотой. Частоты этих колебаний устанавливаются равными при отсутствии в зоне действия поисковой рамки посторонних предметов. Частота биений поступает в виде тональной частоты на наушники и световой индикатор. По частоте тона звукового сигнала и миганий светового индикатора можно локализовать область, внутри которой находится металлический предмет.
Достоинством параметрических металлодетекторов является их магнитная селективность - способность разделять металлы по магнитным свойствам. Известно, что черные металлы (чугун, сталь, кобальт, сплавы) имеют удельную магнитную проницаемость ц» 1. У цветных парамагнитных металлов (титана, алюминия, олова, платины и др.) этот показатель незначительно больше 1, у диамагнитных металлов (золота, меди, серебра, свинца, цинка и др.) - незначительно меньше 1. Следовательно, по знаку и величине отклонения частоты поискового генератора от номинального (нулевого) значения можно судить о типе попавшего в зону действия рамки металлического предмета. Эта возможность расширила область применения ручных металлодетекторов, в том числе для поиска кладов, и активизировало исследования по их совершенствованию в середине 90-х годов XX в.
Однако чувствительность пассивных параметрических металлодетекторов недостаточна для обнаружения находящихся в неоднородной среде металлических предметов. Глубину обнаружения увеличивают в индукционных металлодетекторах. В них с помощью специального генератора и излучающей поисковой рамки (катушки) создают магнитное поле. Оно индуцирует в токопро водящих предметах вихревые токи, создающие вторичное поле. Это поле принимается другой, измерительной, катушкой металло-детектора. Наводимый в нем сигнал фильтруется, обрабатывается, усиливается и подается на звуковой и световой индикатор ме-таллдетектора.
Различают аналоговые и импульсные индукционные метал-лодетекторы. В аналоговых металлодетекторах на поисковую катушку поступает от генератора гармонический сигнал с частотой 3-20 кГц. В импульсных металлодетекторах удается за счет мощного короткого импульса, подаваемого в поисковую катушку, сформировать магнитное поле с напряженностью 100-1000 А/м, на порядок превышающей напряженность поля аналогового металлоде-тектора и проникающей до 2 м в грунт земли.
Так как магнитное поле поисковой катушки пронизывает измерительную катушку, то основной технической проблемой индукционных металлодетекторов является компенсация сигналов, наводимых этим полем в измерительной катушке. Компенсация сигналов в измерительной катушке достигается за счет взаимно перпендикулярного пространственного расположения осей поисковой и измерительной катушек, использования компенсационной катушки с параметрами, идентичными параметрам измерительной, но с противоположным направлением намотки провода, а также путем соответствующей обработки сигналов.
Характеристики сигнала в измерительной катушке зависят от размеров токопроводящей поверхности объекта, ее электропроводности, магнитной проницаемости материала и частоты поля. Выделение очень слабых сигналов, наводимых в измерительной катушке металлодетектора вторичным полем мелких металлических предметов, на фоне различных помех, а также компенсация помех требует достаточно сложных алгоритмов оптимальной обработки, реализуемых микропроцессорной техникой.
Для обнаружения закладок применяются в основном ручные металлодетекторы. Измерительная и поисковая катушки в них могут выполняться в виде торроида диаметром порядка 140-150 мм, укрепленного на корпусе ручки (АКА 7202) или непосредственно в корпусе металлодетектора («Минискан»). Металлодетектор имеет звуковой и световой индикаторы, регулятор настройки чувстви тельности; питание ручных металлодетекторов от химических источников тока. Проблема автоматической подстройки коэффициента усиления металлодетектора под параметры среды решается микропроцессором. Максимальная чувствительность металлодетектора характеризуется обломком иглы длиной 5 мм, находящимся в поле действия измерительной катушки. Вес ручных металлодетекторов невелик: от 260 г до нескольких кг.
Для интерскопии предметов непонятного назначения применяют переносные рентгеновские установки. Переносные рентгеновские установки бывают двух видов:
Флюороскопы с отображением изображений на экране просмотровой приставки;
Рентгенотелевизионные установки.
Переносные флюороскопы состоят из излучателя, пульта дистанционного управления, просмотровой приставки с люминесцентным экраном, аккумуляторного блока, зарядного устройства, соединительных кабелей и сумок для переноса установки (транспортной упаковки). Обследуемый предмет размещается между излучателем и просмотровой приставкой на расстоянии около 50 см от излучателя и вплотную к просмотровой приставке.
Проникающая способность рентгеновских лучей пропорциональна анодному напряжению на рентгеновской трубке, которое достигает у некоторых переносных флюороскопов 250 кВ. Например, досмотровая рентгеновская установка «Шмель-90/K» фирмы «Флэш Электронике» для обеспечения высокой проникающей способности имеет анодное напряжение 90 кВ. Она просвечивает стальную пластину толщиной 2 мм, бетонную стену толщиной до 100 мм, позволяет различить за преградой из алюминия толщиной 3 мм две медные проволоки диаметром 0,2 мм, расположенные на расстоянии 1 мм друг от друга. Рабочее поле экрана просмотровой приставки - круг диаметром 255 мм.
С целью повышения безопасности оператора в современных переносных рентгеновских флюроскопах (например, в флюороскопе Яуза-1 фирмы «Novo») используется люминесцентный экран с запоминанием, позволяющий рассматривать изображение после выключения высокого напряжения. В состав таких комплексов включается специализированный термоконтейнер для стирания изображения с люминесцентных экранов.
Уменьшение мощности рентгеновского излучения и масса-га-баритных характеристик установки достигается усилением яркости изображения экрана. Переносной рентгеновский флюороскоп ФП-1 («Спектр») с коэффициентом усиления яркости экрана не менее 30000 имеет малые размеры (270 х 240 х 920 мм) и массу (3 кг). В то же время размеры его флюороскопического экрана составляют 250 х 250 мм. Дополнительно к нему поставляется фото- или видеоприставка для документирования изображений.
Для просвечивания тонких предметов с неметаллическими корпусами применяют установки с радиоактивными изотопами низкой активности. Такие установки компактны, просты в управлении и безопасны. Например, рентгеновская микроустановка РК-990 с габаритами 220 х 210 мм и массой 1,7 кг просвечивает объект с размерами до 63 х 87 мм.
В рентгенотелевизионных установках теневое изображение преобразуется в телевизионное изображение на экране удаленного от излучателя монитора. Например, рентгеновский аппарат «Шмель-экспресс» обеспечивает возможность наблюдения изображения объекта как на экране монитора, удаленного до 2 м от рентгеновской установки, так и на экране просмотровой приставки комплекса «Шмель-90К». Размер экрана рентгенотелевизионного преобразователя 360 х 480 мм. Эта установка позволяет запоминать до 1000 изображений и обеспечивает информационно-техническое сопряжение с ПЭВМ.
Применение рентгеновских установок для исследования закладных устройств ограничивается сравнительно их высокой стоимостью.
Прибор ОМП-1, описание которого приведено ниже, призван облегчить решение этих задач. При испытаниях прибор обнаруживал под слоем грунта пункты полигонометрии на расстоянии 0,3-0,4 м, крышки колодцев-на расстоянии 0,8-1 м.
Принцип работы прибора ОМП-1 основан на том, что частота генератора изменяется, если поисковая катушка приближается к металлическому предмету. Чем ближе поисковая катушка к металлическому предмету, тем больше возрастает частота генератора. Следовательно, регистрируя каким-то образом изменение частоты генератора, можно отыскать металлический предмет. При этом максимальное изменение частоты соответствует минимальному расстоянию между поисковой катушкой и металлическим предметом. Изменение частоты генератора можно регистрировать на слух (используя метод биений) или же визуально.
Если между генератором с выносной поисковой катушкой и усилителем постоянного тока включить соответственно настроенный ФСС (фильтр сосредоточенной селекции), то при изменении частоты генератора будет меняться амплитуда, а следовательно, и коллекторный ток транзистора Т3. В коллекторную цепь Т3 включён прибор на 200 мкА.
Принципиальная схема прибора ОМП-1 представлена на рис. 1. Генератор синусоидальных колебаний выполнен на транзисторе Т1 по трёхточечной схеме. Рабочая точка определяется делителем напряжения R1, R2 и сопротивлением R3. Кроме относительно высокой стабильности частоты, амплитуды и хорошей формы колебаний, генератор имеет ещё одно преимущество: в нём используется несекционированная поисковая катушка. Конденсатор переменной ёмкости С5 позволяет изменять частоту генератора от 430 кГц до 500 кГц.
Рис.1. Принципиальная схема прибора для обнаружения металлических предметов.
Изменяя ёмкость С5, можно выбрать оптимальное расположение рабочей точки на частотной характеристике ФСС (на участке наибольшей крутизны), это соответствует максимальной чувствительности прибора. Синусоидальное напряжение генератора через сопротивление R4 поступает на ФСС, настроенный на частоту 445 кГц. Так как усилители ПЧ в радиоприёмниках настроены на 465 кГц, то работающий прибор не создает помех. В приборе использован ФСС, применяемый в радиоприёмнике «Атмосфера-2М». С помощью подстроенных сердечников его контуры перестраивают на рабочую частоту прибора (445 кГц), не изменяя намоточных данных катушек. В приборе можно использовать ФСС и от других радиоприёмников. Предпочтительно применять контурные катушки высокой добротности, например ФСС карманных радиоприёмников «Топаз-2» и «Сокол».
Схема, изображённая на рис. 2, отличается от первой схемы (рис. 1) дополнительным вторым каскадом, что позволяет получить более высокую чувствительность прибора.
Рис.2. Принципиальная схема прибора для обнаружения металлических предметов с дополнительным каскадом
Налаживание прибора.
Правильно собранный генератор начинает генерировать сразу, и его налаживание заключается лишь в подборе такой ёмкости конденсатора С4, при которой частота генерации приблизительно равна 445 кГц. При этом ротор конденсатора переменной ёмкости С5 необходимо установить в среднее положение. Частота была измерена прибором ЧЗ-7, который через сопротивление в несколько килоом был подключён к выводу эмиттера транзистора T1 и к общему плюсовому зажиму. Для настройки ФСС необходимы ГСС-6 и измеритель выхода (прибор чувствительностью 200 мкА).
Поисковую катушку, которая является колебательным контуром, необходимо поместить в электростатический экран. Он выполняется из дюралюминиевой трубки диаметром 12 мм в виде кольца диаметром 390 мм. По внешней окружности кольца ножовкой пропиливают прорезь и укладывают 14 витков провода ПЭЛШО 0,28.
Рис.3. Основные размеры прибора для поиска металлических предметов.
Рис.4. монтаж прибора для поиска металлических изделий на гетинаксовой плате.
После укладки провод пропитывают парафином и всё кольцо обматывают изоляционной лентой или лакотканью. Поисковая катушка соединена с генератором экранированным коаксиальным кабелем, который проходит внутри трубки. Как само кольцо, так и трубка подсоединены к плюсовому зажиму источника питания (две батареи КБС-0,5). Они расположены в одном корпусе с микроамперметром. Ручка настройки (переменный конденсатор С5) выведена наружу через отверстия в дне и крышке корпуса собственно прибора. Переменное сопротивление R14, включённое последовательно с микроамперметром, служит для регулировки чувствительности. При переноске прибора кольцо прижимается к трубке и фиксируется пружинной защёлкой. Основные размеры прибора показаны на рис. 3. Монтаж выполнен на гетинаксовой плате (рис. 4) размерами 100x75x2 мм.
А. Зотов, В. Харин
