Метод электромагнитного импульсного сверхширокополосного зондирования подстилающей среды

Abstract

A method for subsurface EMI UWB sounding is using different DSRD (Drift Step Recovery Diodes) generators for the emission of electromagnetic waves. More depth of the signal propagation is based on the manifestation of the low-frequency dispersion of the dielectric constant of the medium, which is due to the presence of induced polarization with the dipole-relaxation mechanism, which describes the behavior of wet soil under the influence of a strong electromagnetic pulse field. The article describes methods for solving the inverse problem of depth and a comparison of EMI UWB sounding predictions ahead of tunnels with the results of direct tunneling.

• сверхширокополосный
• дрейфовые диоды с резким восстановлением обратного напряжения
• уравнение (метод) Винера-Хопфа
• георадиолокация
• ultra wide band - UWB
• drift sep recovery diodes
• Wiener - Hopf equation (method)
• underground radar measurements

Аннотация (на русском)

Метод электромагнитного импульсного сверхширокополосного зондирования подстилающей среды

Представлен метод подповерхностного ЭМИ СШП зондирования, отличающийся использованием ДДРВ генераторов для излучения электромагнитных волн. Большая глубина распространения сигнала основана на проявлении низкочастотной дисперсии диэлектрической проницаемости среды, наличие которой обусловлено вызванной поляризацией с дипольно-релаксационным механизмом, описывающим поведение влажного грунта под воздействием сильного электромагнитного импульсного поля. Приведена методика решения обратной задачи для глубины и сопоставление прогнозных данных ЭМИ СШП зондирования с результатами прямой проходки.

For citation

References

1. Грехов И. В., Месяц Г. А. Полупроводниковые наносекундные диоды для размыкания больших токов // УФН, июль 2005, т. 175, № 4. с. 735 - 744.
2. Панченко Б.А., Нефёдов Е. И. Микрополосковые антенны.- М.: Радио и связь, 1986. -145 с.
3. Lectures on Cauchy's problem, N. Y., 1923; Cours d'analyse, t. 1-2, P., 1927-30; Selecta. Jubilé scientifique, P., 1935.
4. http://pangea.ru/
5. Березин П. Н., Кипнис В. М. О механизме формирования естественных электрических полей и их влияния на почвенные процессы. - Вестник МГУ, сер. Почвоведение, 1978, № 2, с. 15 - 19.
6. Гедройц К. К. Почвенный поглощающий комплекс, растение и удобрение. - М. -Л.: Сельхозгиз, 1935. - 343 с.
7. Кипнис В. М., Максюта В. Н., Азовцев Т. В. Электрокинетический потенциал некоторых почв Нижнего Поволжья. - Почвоведение, 1977, № 11, с. 62 -68.
8. Ковда В. А. Основы учения о почвах. - М.: Изд-во Наука, 1973. - 447 с.
9. Зимовец Б. А., Хитров Н. Б. /Б.А. Зимовец, А.Г. Бондарев, И.П. Айдаров, В.Я. Григорьев, И.И. Судницын, Н.П. Чижикова, Н.Б. Хитров, А.И. Корольков, Т.И. Королькова. Экологические требования к орошению почв России (Под общ. ред. Б.А. Зимовца и Н.Б. Хитрова) // М., Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, 1996. -72 с.
10. Гедройц К. К. Избранные научные труды. - М.: Наука, 1975, с. 260- 354.
11. Михайличенко В. Н. Галогенез и осолонцевание почв равнин Северного Казахстана. - Алма - Ата: Изд - во Наука Каз. ССР, 1979. - 170 с.
12. Воронин А. Д. Поверхностные явления в почвах и направленное изменение свойств почв. - Научные доклады Высшей школы, биологические науки, 1975, № 12, с. 7 -15.
13. Витязев В. Г., Кауричев И. С., Рабий А. Влияние состава поглащённых катионов на удельную поверхность почв. - Почвоведение, 1980, № 9, с. 31-41.
14. Ткаченко Ю. Г. Исследование электрических свойств некоторых типов почв Европейской части СССР в диапазоне прочносвязанной влаги.: Автореф. дисс... канд. биол.наук. - М., Изд-во МГУ, 1972, -27 с.
15. Лебедев Т. С., Шепель С. И. Электрические свойства пород повышенной проводимости в глубинных термобарических условиях. - Геофизический журнал, 1980, т.2, № 6, с. 54 -68.
16. Раисов О. Ж. Зависимость удельного сопротивления лугового - серозёмного солончака от температуры. - Вестник МГУ. Сер. Биология и почвоведение, № 3, 1973, с. 118 - 121.
17. Перфильева В. Д. Природа релаксационных максимумов поглощения почвой электромагнитной энергии /Тезисы докладов VI съезда Всесоюзного общества почвоведов, кн. 1- Тбилиси, 1981, с.32.
18. Финкельштейн М.И. Радиолокация слоистых земных покровов/ М. И. Финкельштейн, В.Л. Мендельсон, В. Л. Кутев - М.: Сов. радио. 1977. - 216 с.
19. Владов М. Л., Старовойтов А.В. Введение в георадиолокацию. - М., Изд - во МГУ, 2004. -153 с.
20. Сараев Д.В. Диэлектрическая спектроскопия в исследовании структурной организации нефтяных дисперсных систем /Д. В. Сараев, И. В. Лунёв, Т. Н. Юсупова, М. И. Тагирзянова, Мю Р. Якубов, Ю. А. Гусев, Г. В. Романов // Нефтегазовое дело, 2005, http://www/ogbus.ru, -5c.
21. Кудрявцев В.А. Общее мерзлотоведение (геокриология) / В. А.Кудрявцев, Б. Н. Достовалов, Н. Н. Романовский, К. А. Кондратьева, В. Г. Меламед// М., Изд - во МГУ, 1978, 464 с.
22. Фролов А. Д. Электрические и упругие свойства мёрзлых пород и льдов. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2005. -607 с.
23. Цыдыпов Ч.Ц., Цыденов В.Д., Башкуев Ю. Б. Исследование электрических свойств подстилающей среды. - Новосибирск, «Наука», 1979. -170 с.
24. Справочник по элементам волноводной техники /А.Л. Фельдштейн, Л.Р. Явич, В. И. Смирнов. - М.: Сов. радио, 1967. - 552 с.
25. Безродный К.П., Болтинцев В.Б., Ильяхин В.Н., Андрианов С.В. Мониторинг подземного пространства вперед забоя методом электромагнитного импульсного сверхширокополосного зондирования на примере строящихся тоннелей в г. Сочи// Жилищное строительство. 2010, №12. - С.40-44.
26. Грехов И.В., Ефанов В.М., Кардо-Сысоев А.Ф., Шендерей С.В. Мощный полупроводниковый генератор наносекундных импульсов / Приборы и техника эксперимента. -1986. - №1. -С.93-94.
27. Пат. № 2144682. Российская Федерация 7 G 01 S 13/02. Способ радиолокационного зондирования геологического разреза / Болтинцев В.Б.; заявитель и патентообладатель Болтинцев В.Б. - №99104111/09; заявл. 01.03.1999; опубл. 20.01.00, Бюл.№ 2. - М.: 2000.- 12 с.
28. Свидетельство на полезную модель № 28289. Российская Федерация 7 H 01 Q 7/00. Антенна для подповерхностного зондирования / Болтинцев В.Б.; заявитель и патентообладатель ЗАО НПФ Геодизонд. № 2002126446/20; заявл. 07.10.02; опубл. 10.03.03, Бюл.№7. - М.: 2003.- 4с.
29. Болтинцев В.Б., Лютынский И.Ю., Чапчай А.А. Применение вариационных задач для компенсации динамической погрешности информационно - измерительного комплекса // Проблемы машиностроения и автоматизации. -1990, № 6(36) - С.36-40.
30. Delaney A.J., Arcone S.A. Laboratory measurements of soil electric properties between 0.1 and 5 GHz/ USA CRREL. Rep. 82-10. 1982. 8 p.
31. Loon W.K.P. van. Heat and mass transfer in frozen porous media. Ph. D. Theis, AUW. Netherlands. 1991. 200 p.
32. Oliphant J.L. A model for dielectric constants of frozen soils. Freezing and Thawing of soil - water system// Amer. Soc. of Civil. Eng. N.Y. 1985. P. 45 -56.
33. Фролов А. Д. Электрические свойства мёрзлых песчано - глинистых пород в переменных электромагнитных полях. - «Изв. Вузов. Геология и разведка», 1975, № 1, с. 119-122.
34. Хиппель А.Р. Диэлектрики и их применение. - М.: Госэнергоиздат. 1959, 336 с.
35. Дебай П. Избранные труды. Л.: Наука. 1987 с. 264 - 316.
36. Челидзе Е.Л., Деревяненко А.И., Куриленко О.Д. Электрическая спектроскопия гетерогенных систем. -Киев: Наукова думка, 1977. 231 с.
37. Frohlich H. Theory of dielectrics. Oxford Univ. Press. 1986. p. 192.
38. Hippel A.R. Dielectrics and waves. N.Y. - London. 1954. 437 p.
39. Заборовский А. И., Семёнова С.Г., Фролов А. Д. К природе частотной дисперсии электрических свойств влажных осадочных пород // Вестн. МГУ. Сер. Геол. 1968. №4, с. 29-38.
40. Федюкин И.В. Зависимость диэлектрических параметров влагосодержащего песка от гранулометрического состава // Изв. Вузов. Геология и разведка. 1977. № 8, с. 124-127.
41. Адахов Я. Ю. Диэлектрические свойства чистых жидкостей. -М.: Изд-во стандартов.1972. 412 с.
42. Тонконогов М.П., Векслер В.А., Биржанов К.Ж. Диэлектрическая релаксация в водных растворах и суспензиях // Изд. вузов. Физика. 1975. №2, с. 81-84.
43. Семихина Л. П. Возможности диэлектрического метода для анализа состояния водных систем после физических воздействий. Вестник ТюмГУ. № 2. 2000. С. 39-43.
44. Безродный К.П., Болтинцев В.Б., Ильяхин В. Н. Геофизическое обследование инъекционного закрепления заобделочного пространства методом электромагнитного импульсного сверхширокополосного зондирования / К. П. Безродный, В. Б. Болтинцев, В. Н. Ильяхин, В. А. Шумков, С. В. Андрианов // Жилищное строительство. 2010, №5 - С.39-44.
45. Шеннон К. Математическая теория связи / В кн.: Работы по теории информации и кибернетике. -М.: Изд-во иностр. лит., 1963. -С. 243-332.
46. Джейнс Э.Т. О логическом обосновании метода максимальной энтропии. // ТИИЭР. -1982. Т.70, № 9, с. 33-51.
47. Стратонович Р. Л. Теория информации. - М.: Сов. радио, 1975. 424 с.
48. Колмогоров А. Н. «Доклады АН СССР», 1958, т. 119, № 5, с. 861 -864.