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探地雷达-pulseEKKO PRO 专业型探地雷达

探地雷达是由加拿大Sensor & Software公司生产的。该公司是一家高科技的现代地球物理公司,成立于一九八零年,主要从事pulseEKKO系列探地雷达的研制、开发、和生产。该公司总裁Peter Annan博士是世界著名的探地雷达专家,他从七十年代开始,在加拿大多大伦多大学从事探地雷达研究,而后成立了加拿大探头与软件公司。

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一、公司背景
pulseEKKO探地雷达是由加拿大Sensor & Software公司生产的。该公司是一家高科技的现代地球物理公司,成立于一九八零年,主要从事pulseEKKO系列探地雷达的研制、开发、和生产。该公司总裁Peter Annan博士是世界著名的探地雷达专家,他从七十年代开始,在加拿大多大伦多大学从事探地雷达研究,而后成立了加拿大探头与软件公司。
1986年该公司推出pulseEKKO Ⅲ用探地雷达,1989年推出pulseEKKO IV探地雷达,1993年推出pulseEKKO 1000探地雷达,1994年推出pulseEKKO 100探地雷达,1996年1月推出pulseEKKO 100A和pulseEKKO 1000A,1996年7月推出pulseEKKO 钻孔雷达,1998年7月轻便、集成Noggin系列地下成像雷达也已投放市场,2005年pulseEKKO PRO专业地质雷达问世。


二、pulseEKKO系列探地雷达在中国

A、应用实例最多。例昆明铁路局科研所昆石高速公路阳宗隧道衬砌厚度及质量检测、铁道部铁五局科研所进行渝怀铁路工程检测、汕头大学、上海市政规划设计研究院、三峡工程、河南小浪底水利工程工程检测、南水北调工程引水隧道洞勘测、酒泉卫星发射基地导流坑调查、上海软地基调查、敦煌莫高窟探测、河南洛阳汉代遗址勘测、广西天生桥遂道掌子面前方勘测、山东黄河大堤隐患勘测、钱塘江大堤抛石勘查、新疆乌尔瓦提水坝坝址前期勘查、武汉长江大堤裂缝探测、新疆天山一号冰川勘查,等等、南极内陆冰盖探测和北极科学考察中的成功使用等等。
B、发表论文最多。全国各种学术杂志涉及探地雷达的论文应用EKKO仪器最多,中国地质大学《地球科学》出版有探地雷达专集,历届国际地质雷达会议文集的论文涉及EKKO仪器者最多(四、五、六届分别为18% 31% 63%)
三、pulseEKKOPRO专业探地雷达

pulseEKKO PRO专业型地质雷达是在原来型号的基础上,推出的新一代地质雷达,除保留原有地质雷达所有的独特与创新的特色外,不但使原有雷达系统升级换代,进一步提高了雷达系统性能指标,而且为使用者和研究人员提供了更多功能与配置,目前世界上功能最强大和配置灵活的地质雷达系统。

                           配置示意图

1、pulseEKKO PRO 专业型探地雷达用于地下不同深度埋设物的探测。该系统天线分别为12.5MHz、25MHz、50MHz、100MHz、200MHz、250MHz、500MHz、1000MHz、TR1000等。
pulseEKKO PRO 专业型地质雷达可用于考古、基岩深度确定、冰川、地下水污染、堤坝隐患、矿产勘探、潜水面、溶洞、地下管缆探测、地下军事目标体定位、分层、地下埋设物探查、环境评价、无损检测、公路铺层和路基质量检查、钢筋混凝土结构检测、隧道衬砌质量检测和评价、围岩地质超前预报、浅层地质勘测等。
2、pulseEKKO PRO 技术指标
GPR 参数
系统最大特征参数: 186dB,在用相同频率的天线时,它的探测深度最深;
接收灵敏度:1.5μV,是目前民用雷达中灵敏度最高的探地雷达;
可编程序采样间隔: 10~20000 ps in 2 ps steps;
每道采样点数:10~31,000;
采样率: 100GHz;
硬件叠加: 2n-1~32768 stacks;
控制、显示、存储:DVLⅢ;
脉冲重复频率:100KHz
环境标准:IP66,在-50 ºC ~50ºC这样的温度范围也可正常工作,IP65,防尘、防水及防暴设计;
可编程序时窗: 500ps~200,000ns;
发射电压:FCC、400V、1000V、5000V;
A/D: 16bit;
天线全部为分离式天线,使得测量方式多样(反射法、CMP、透视);
3、pulseEKKO PRO 专业型探地雷达特点:
●模块化构成使数据采集具有灵活性;
●天线端数字采集;
●天线全部为分离式天线,使得测量方式多样(反射法、CMP、透视);
●光缆传输打破传统传输方式,保证了信号与数据在传输过程中免受外界电磁干扰;
●数字等效时间采样使信号得到最大的保真度;
●多种触发方式(按键、里程轮、等时或自由采集);
●丰富的数据处理、编辑和打印软件(EKKO_VIEW、EKKO_View Enhanced、EKKO_MAPPER 等);
●更直观的用户界面使研究人员全程控制数据采集参数或为初学者提供易于使用的默认参数,以保证进行成功的测量;
●20万纳秒时窗意味着数据采集不再受限制,这样的超大时窗对低耗介质环境如冰川特别有用;
●每道高达3万个采样点保证了在时窗范围内精细的时间采样;
●采集速度大幅度提高使得系统可增加叠加次数,改善信噪比或提高测量效率;
●在简单易用智能车上进一步的开发即测量中采集的数据图象异常位置后推复查箭标,可迅速现场确定异常位置,加拿大探头与软件公司这一创新已很快成为行业标准;
●通过实时图像双曲线拟合,可实现野外现场速度标定;
●智能化电子学电路通过实时监测系统电路的温度、电池电压变化和传输光缆有无受损,以保证数据采集的质量。   
4、雷达天线介绍
pulseEKKO PRO专业地质雷达的天线有12.5MHz、25MHz、50MHz、100MHz、200MHz,250MHz、500MHz、1000MHz、TR1000等。
EKKO—Pro专业地质雷达天线探测深度
 The Penetration Depth of Antenna with EKKO-Pro Radar System
型号           中心频率          探测深度            应用
(Model)    (Central Frequency) (Penetration Depth) (Application)
TR1000       1250-1750兆天线   0-50cm     各种结构面厚度、钢筋混凝土检测
ANTE0009    1000兆天线        0-1m         中小型的建筑结构无损检测
ANTE0007   500兆天线         0-4m         地下管线勘测
ANTE0006     250兆天线       0-10m         地下管线勘测及人防设施
ANTE0005     200兆天线       0-15m       浅部地质勘探及建筑边坡检测
ANTE0004     100兆天线      8-30m       大坝浅部地质勘探及地质灾害检测
ANTE0003      50兆天线      10- 40m    地质勘探、工程、考古、找矿、大坝
ANTE0002      25兆天线      35- 50m    地质勘探、工程、环境、找矿、大坝
ANTE0001     12.5兆天线      50-70m        深部地质勘探、找矿


5、与其它雷达相比,pulseEKKO PRO专业探地雷达具有以下优点:
●宽范围的发射电压选择:美国FCC 获准的电压、原有的400V 和1000V、新开发的200V~1000V、超高压5000V 发射单元;
●接收灵敏度高(1.5μV),系统最大特征参数: 186dB,是其它同类雷达无可比拟的;
●集控制、显示和记录于一体的防水、防尘、背光、且坚固的数字式记录仪DVLⅢ,而不需相对娇弱的笔记本电脑,工作温度范围在-50 ºC ~50ºC之间,因此即使在广东地区这样长年炎热的地方,也能正常工作,而不会出现笔记本电脑常见的高温死机现象;

操作简单:数字式记录仪DVLⅢ,控制整套雷达系统的数据采集、显示所采集的数据,并把数据贮存下来。所有的操作指令,都只需轻摁数字式记录仪DVLⅢ上面的触摸,就可以完成所有的操作任务。

                               


 

                   摁键指令的集控制、显示和记录于一体数字式记录仪DVLⅢ

                                   

  
                   只需轻摁数字式记录仪DVLⅢ上面的触摸键,就可以完成所有的操作任务


所有采集的数据贮存在数字式记录仪DVLⅢ上,无论是贮存还是下传数据,都十分方便。

                         

 
                                       利用FLASH卡贮存数据
                      
                   贮存在FLASH卡上的数据十分方便传输到PC机上作进一步分析,或直接联接打印机打印


                     ●系统功耗低,使整个系统能在轻便电池下运行一整天;

                               


 
● 整套探地雷达安装、操作十分简单,移动十分方便,无论是作地质勘探,还是作地下管网测试,或者结构检测,一个人就可以完成。
                          
                      一个操作人员,带着主机和250MHz天线就可完成检测任务
                          
                   主机及TR1000天线                                   工作人员正在作钢筋混凝土结构检测








●健康安全认证:pulseEKKO PRO专业地质雷达是目前少有的获得美国FCC电磁场健康安全证书的地质雷达,它具有很低的电磁场,对雷达的操作人员辐射小,不会造成健康伤害。
                                                                                   健康安全认证
无线电频率中当电磁场强烈时可能产生一个危害健康问题。在一般领域过去30多年的广泛研究中并没有结论性的流行病学与电磁场危害健康有关。以下的资料和网址包含详细的课题讨论。

美国联邦通讯委员会(FCC)和职业安全健康管理局(OSHA)都指定了可接受的电磁场水平。其它国家的相应机构也规定了类似的功率水平。FCC和OSHA所规定的可允许最大辐照和延续时间随激振频率而变化。可造成影响的剖面波等效功率最低限是0.2Mw/cm2.(当通过30到300MHz频带)。如图所示所有其它的应用和频率有更高的容限。

                          

 
所有Sensor & Software Inc.的pulse EKKO、Noggin和Conquest产品操作时通常距离使用者至少1米,同时产品按照FCC的“移动”装置进行分类。等效功率低于10-3mW/cm2。从200到10,000次,低于规定限制。同样的Sensor & Software Inc.的产品按照制订的使用方法操作,是没有健康和安全风险的。
参考资料:
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、数据处理和分析软件
pulseEKKO PRO专业地质雷达的数据处理和分析软件有EKKO_View、EKKO-MAPPER,这些软件是加拿大Sensor&Software公司为PulseEKKO GPR系列雷达是所编写最新的编辑、处理和绘图软件包。是基于Windows平台下的高性能多通道软件,用于数据后处理工作,可在现场实时处理所采到的雷达数据,并可把处理结果打印输出。可以解释所有雷达数据及处理成图功能。
主要功能:时域滤波、增益范围、增益恢复、背景去除滤波、位移算法、包封检波器、各种坐标校准、数据批处理;
同时具有:性能优良的自动信号校准功能;对设备性能持续检测的完全诊断功能;即可与单通道主机配合工作,又可与多通道主机配合工作。
例如:衬砌分层、路基分层、坍落、公路层面分析、钢筋分布、空洞、裂缝、回填物及其它缺陷、地质结构、管线分布等。
EKKO_View软件功能包括:
● 数据摆动波形或数据彩色波形。可以选择多种色彩桌面或自定义色彩。
              

                     混凝土厚度                                         土壤中的混凝土管

                

                                   铁路路基检测,发现中段下沉


● 以图形文件格式输出,如BMP和JPEG格式,或直接打印。
● 位置和时间轴数据可以在每页中选择跨度。用户也可以指定每页的数值单位。每页的刻度比例也可以被设置。这样就可以按照工程比例尺绘制局部片图。
● 竖轴显示时间、深度和刻度,横轴显示线位置。GPR数据可以包含GPS位置信息,能够显示GPS经纬线或UTM位置扫描。
● 处理选项允许数据带Dewow过滤和任何一个增益值来显示。用户可以在数秒内完成操作这些数值和显示结果
              
                            处理前                                                     处理后

● 用户自定义或自动定义各轴间隔。各轴的标题、字体、尺寸和颜色都可以编辑。

            

   
● 从异常曲线反应中可提取速度值。
● 放大器功能可以使数据图象中的任何部分被放大,被保存到另一个图形文件中,或被打印。
 EKKO-MAPPER软件功能:主要有利用所测试的数据绘出直观、准确的图形。
                    
                       钢筋混凝土结构扫描图                            混凝土砌层中各种管道

 

                                             

                                                              混凝土中的空洞
                                               

                                                             所测试的地下防空洞
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