Empfänger für ein richtungssensitives Bohrlochradar

Der untertägige Abbau von Rohstoffen wird mit Hilfe von geologischen Vermessungen geplant und überwacht. Eine Methode sind Testbohrungen zur Materialanalyse. In diesem Zusammenhang bieten Bohrlochradarsysteme eine wesentliche Möglichkeit die Umgebung der Bohrungen zu charakterisieren.

borehole radar system

Heutzutage sind hauptsächlich Bohrlochradarsysteme mit omnidirektionalen Empfangsantennen im Einsatz. Diese messen den Abstand von Reflektoren, liefern jedoch keine Information über den azimutalen Winkel. Richtungssensitive Antennen hingegen ermöglichen die Messung der Entfernung und Richtung der reflektierten Echos. Die Antennenabmessungen sind durch den Bohrlochdurchmesser begrenzt, so dass die verwendeten Wellenlängen der Signale wesentlich größer sind als die radialen Abmessungen der Antenne. Dies resultiert in kleinen Empfangssignalpegeln und hoher Sensibilität für Unsymmetrien der Antennen.

Die geringe Antennenempfindlichkeit kann mit Hilfe einer adaptiven Empfangselektronik bestmöglich genutzt werden. Die Empfangselektronik wird für diese Funktionalität direkt im Antennenfußpunkt platziert. Die erforderliche Datenverbindung darf die Eigenschaften der Antenne nicht durch ungünstig angeordnete elektrisch leitende Materialien stören. Daher erfolgt die Übertragung der Messergebnisse optisch oder drahtlos.

Die Arbeit beinhaltet den Systementwurf eines solchen Empfangssystems für ein richtungssensitives Bohrlochradar. Die Schwerpunkte liegen in der adaptiven Empfängerelektronik. Die direkten Digitalisierungmöglichkeiten im Antennenfußpunkt werden in Verbindung mit der Sendersynchronisation analysiert und eine spezifische Lösung wird realisiert.

Die Empfangssystemelektronik ist für minimales Rauschen in den Eingangskanälen konstruiert. Diese Eigenschaft hat Parameterungenauigkeiten zur Folge, die mit der Temperatur variieren. In diesem Zusammenhang wurde ein Kalibrierverfahren entwickelt. Das Verfahren ermöglicht die Synchronisation der Empfangskanäle und die Korrektur der Messdaten.

Das realisierte Empfangssystem wurde in mehreren Schritten unter den realen Bedingungen Untertage überprüft und die Eigenschaften anhand der Messergebnisse untersucht.

Die Arbeit ist im PDF Format verfügbar:

Bilder zu den durchgeführten Feldtests in der Schachtanlage Asse 2 im Projekt Bohrlochradar:

GPR test in a horizontal borehole
Figure 1. GPR test in a horizontal borehole
GPR field testing team
Figure 2. GPR field testing team
Schachtanlage Asse II
Figure 3. Schachtanlage Asse II
Schachtanlage Asse II
Figure 4. Schachtanlage Asse II