Georadar: erinevus redaktsioonide vahel

Eemaldatud sisu Lisatud sisu
PResümee puudub
1. rida:
'''Georadar''' on [[Geofüüsika|geofüüsikas]] kasutatav aparatuur, kus raadiolainete[[raadiolaine]]te impulsside[[impulss]]ide abil kuvatakse pilt pinnase[[pinnas]]e siseehitusest. See meetod on leidnud kasutust mitmetes valdkondades, arheoloogiast[[arheoloogia]]st ehituseni, kuid suurimat kasutust on see leidnud pinnase siseehituse, reostuse[[reostus]]e leviku ning maa-aluste objektide tuvastamises ja uuringutes <ref name=Mustassaar> Mario Mustassaar 2009 „Georadari peegelduste korreleerimine kivimi füüsikaliste omadustega ning radari kasutusvõimalustest pinnakatte paksuse uuringutel: Võhmuta lubjakivimaardla“ Tartu Ülikool </ref>.
 
Esimesed georadarid võeti kasutusele 1950-ndatel aastatel, kuid süsteemi vähese suutlikkuse tõttu ei leidnud meetod kohe laialdast kasutuspinda. 1970-ndatel olukord muutus elektroonika ja arvutite kiire arengu tõttu. Viimase 15 aasta jooksul on georadarite tehnoloogia teinud suure sammu edasi. Kuigi radari antennide tehnoloogia on jäänud samaks, on edasi arenenud registreerimis- ja salvestustehnika ning täienenud on ka andmete töötlemiseks mõeldud tarkvara. Tänu sellele on samuti georadari kasutusvaldkond tunduvalt laienenud. Georadari eeliseks saab nimetada, et see uuringumeetod ei kahjusta mingil moel maapinda <ref name=“KKT“>A. Jõeleht, J. Plado, M. Mustassaar 2010 „Georadar maapõueuuringutel“ Keskkonnatehnika, lk 32-34</ref>.
 
[[Pilt:Gpr-geophysical-survey.jpg|pisi|Väliuuringud georadariga]]
==Kasutusvaldkonnad==
Georadar kui kõrgtehnoloogiline ja pinnast mitte-kahjustav pinnase siseehitust kuvav aparaat suudab näha läbi pinnase, betooni, asfalti, kivi, puu, jää ja isegi läbi vee. Võrreldes teiste meetoditega on georadari kasutamine odav ja lubab kiireid tulemusi. Georadar sobib objektide kuju, suuruse, ulatuse ja sügavuse määramiseks. Näiteks saab selle abil leida maa-aluseid torusid, vundamente, tühimikke, kaevikuid, geoloogilisi [[Kihind|kihindeid]], maa-aluseid tugevdusi, ja kõike muud mis eristub ümbritsevast keskkonnast. Georadar töötab kõige paremini kuivades keskkondades, kuid samuti saab seda kasutada ka märgade ja niiskunud materjalide korral. Probleeme valmistavad soolased tingimused ja tihedad savid, mis suure elektrijuhtivusega summutavad pinnasest läbi tungivad lained.
 
Georadarit kasutatakse:
*ehitusinseneerias
16. rida ⟶ 19. rida:
==Tööpõhimõte==
[[Pilt:VIY3 GPR.jpg|pisi|Erinevate sagedusaladega georadari antennid]]
Lihtsustatud skeemi kohaselt koosneb georadar kahest antennist, millest üks antenn on [[Elektromagnetiline kiirgus|elektromagnetlainete]] saatjaks ja teine antenn lainete vastuvõtjaks. Georadarite poolt emiteeritavate elektromagnetlainete sagedus jääb maapõue süvauuringute puhul mõnekümne MHz juurde ning maapinnalähedaste kihtide ja objektide uuringu puhul mõne GHz juurde (Kasutatavadkasutatavad sagedused on 50-150050–1500 MHz). Keskkonda saadetud elektromagnetlained peegelduvad pinnases leiduvatelt [[Keskkonna heterogeensus|heterogeensustelt]] (erinevate [[Dielektrik|dielektriliste]] omadustega kehadelt, suurematelt kividelt ja [[Kiht (geoloogia)|kihtide]] [[Põiksus|katkestuspindadelt]] ) ning maapinnale saabununa registreeritakse vastuvõtuantenniga. Registreeritud peegeldunud lained kannavadki informatsiooni keskkonna siseehituse kohta. Kui georadarist välja saadetud elektromagnetlaine jõuab keskkonnas oleva heterogeensuseni, siis osa energiat saadetakse peegeldunud laine kujul maapinnale tagasi, osa energiat kandub läbi keskkonna ning osa energiat saadetakse sõltuvalt pinna siledusest keskkonnas erinevatesse suundadesse, ehk toimub energia hajumine. Signaali amplituud väheneb keskkonnas peegeldudes sõltuvalt keskkonna dielektrilistest omadustest, keskkonna paksusest ja [[Elektrijuhtivus|elektrijuhtivusest]]. Kihi või objekti paksuse vähenedes väheneb ka peegeldunud laine amplituud. [[Laine amplituud|Laine amplituudi]] vähenemine sõltub lisaks kihi paksusele ka lainepikkusest ja keskkonna dielektrilistest omadustest. Peegeldunud laine amplituudi saab iseloomustada [[Peegeldustegur|peegeldusteguri]] ja selle absoluutväärtuse ruudu abil (|<math> R^{2} </math> |) <ref name=“GPR“>J. L. Davis & A. P. Annan 1989 „Ground-penetrating radar for high-resolution mapping of soil and rock stratigraphy“ Geophysical Prospecting 37, 531-551</ref>.
[[Pilt:LINE21.jpg|pisi|Georadari sügavusprofiil. Pildil on hästi nähtavad peegeldused pinnase erinevatelt kihtidelt ja objektidelt. Objekte iseloomustavad koonilised peegeldused.]]
Peegeldunud laine amplituud sõltub olulisel määral keskkondade magnetilistest ja dielektrilistest omadustest, mis kontrollivad keskkonna elektromagnetilist takistust. Elektromagnetilist takistust mõõdetakse valemiga:
35. rida ⟶ 38. rida:
Ühise keskpunkti meetodi, ehk lainurksete mõõtmiste meetodi korral liigutatakse võrdsete vahedega vastuvõtja antenni ja saatja antenni ühe kindla punkti ümber. Selle meetodi puhul saab täpselt hinnata radari signaali kiiruse jaotuse muutust sügavusega.
Radartomograafia meetodi puhul paigutatakse saatja ja vastuvõtja paralleelsetesse puuraukudesse, huvipakkuva objekti vastaskülgedele. See meetod võimaldab kergelt ja kiirelt tuvastada anomaaliaid uuritava keha siseehituses<ref name=Basics>K. Takahashi, Jan Igel, Holger Preetz, Seiichiro Kuroda, 2012, „Basics and Application of Ground-Penetrating Radar as a Tool for Monitoring Irrigation Process“, InTech</ref>.
 
==Pinnase füüsikalised omadused==
Nagu eelnevalt kirjeldatud, mõjutavad elektromagnetlainete levikut, sumbumist ja peegeldumist keskkonna füüsikalised omadused ja kasutatav elektromagnetlainete sagedus. Pinnase füüsikalisteks omadusteks on dielektriline läbitavus, elektrijuhtivus ja magnetiline vastuvõtlikkus<ref name=Basics />.
 
===Dielektriline läbitavus===
[[Dielektriline läbitavus]] kirjeldab materjali võimet talletada ja vabastada elektromagnetilist energiat elektrilaenguna. Harilikult käsitletakse keha [[Kondensaator|kondensaatorina]]. Dielektriline läbitavus mõjutab elektromagnetlaine levikut kiiruse, sisemise takistuse ja peegeldusega. Looduslikes muldades on tihti dielektriline läbitavus suurim füüsikaline mõjutaja, olles suurem elektrijuhtivuse ja magnetilise vastuvõtlikkuse teguritest. <ref name=Basics />.
Dielektrilist läbitavust väljendatakse keskkonna absoluutse läbitavuse ja vaakumi läbitavuse suhtena:
:<math> \varepsilon =\frac{\varepsilon _1}{\varepsilon _0} </math>
kus ε = dielektriline läbitavus, <math> \varepsilon _{1}</math> = keskkonna absoluutne läbitavus (F/m) ning <math> \varepsilon _{0}</math> = läbitavus vaakumis (8.,854*10^<sup>-12</sup> F/m). Mida suurem on dielektriline läbitavus, seda väiksem on elektromagnetlaine kiirus (v) antud pinnases. Elektromagnetlainete kiirus leitakse valemiga:
:<math> v=\frac{c}{\sqrt{\varepsilon }} </math>
kus c = [[valguse kiirus]] vaakumis (0.,3 m/ns). See valem on lihtsustus, eeldusega et keskkonna magnetiline läbitavus on ligikaudu võrdne ühega<ref name=Mustassaar />.
 
===Elektrijuhtivus===
[[Elektrijuhtivus]] kirjeldab materjali võimet juhtida [[Elektrivool|elektrivoolu]]. Elektrijuhtivuse esmane mõju on aine läbimisel tekkiv energia kadu. Samuti väljendab see keskkonnas talletunud energiat, mis on palju väiksem kui tekkiv energia kadu. Heades elektrijuhtides elektromagnetiline energia hajub soojusena ja seega elektromagnetlained ei suuda selles hästi levida, vähendades georadari võimet sellest materjalist läbi näha. Näiteks saab tuua suure soolasisalduse või kõrge savisisaldusega [[Kihind|kihindid]]. Lisaks mõjutab sumbumist kasutatav elektromagnetlaine sagedus ja vee sisaldus<ref name=Basics />.
 
===Magnetiline vastuvõtlikkus===
[[Magnetiline vastuvõtlikkus|Magnetilist vastuvõtlikkust]] mõjutab eelkõige magnetiseeruvate [[Mineraal|mineraalide]] olemasolu keskkonnas. Selle abil saab ligikaudselt hinnata elektromagnetlainete sumbuvuse suurusjärku. Magnetilise vastuvõtlikkuse suurenedes suureneb magnetiline läbitavus ja sellega omakorda suureneb elektromagnetlainete sumbuvus, mida leitakse valemiga:
:<math> k=\frac{\mu }{\mu _0} </math>
kus k tähistab magnetilist tundlikkust, μ tähistab magnetilist läbitavust ja <math> \mu _{0} </math> tähistab [[Magnetiline konstant|magnetilist konstanti]]. Et magnetiline vastuvõtlikkus oleks sama tugev määraja kui on pinnase dielektriline läbitavus, peab selle väärtus olema suurem kui 30 000 *10^<sup>-5</sup> SI ühikut.
Üldjuhul on magnetiline vastuvõtlikkus looduslikes pinnastes väike ja ei oma georadari töös suuremat efekti. Harilikult georadari tööde puhul oletatakse, et µ=<math> \mu _{0} </math>. Erandiks on mõned troopilised mullad, mis on üpriski haruldased<ref name=Basics />.
 
 
== Viited ==
{{viited}}
 
==Välislingid==
*[http://cdn.intechopen.com/pdfs/31501/InTech-Basics_and_application_of_ground_penetrating_radar_as_a_tool_for_monitoring_irrigation_process.pdf K. Takahashi et al 2012, „Basics and Application of Ground-Penetrating Radar as a Tool for Monitoring Irrigation Process“, InTech]