Oberflächensondierung

Beschreibung der Technologie

Die Geomagnetik zählt zu den Potenzialverfahren und ist in der Kampfmittelsuche die am meisten eingesetzte Technologie. Grundlage für die Geomagnetik ist die Existenz des irdischen Magnetfeldes. Durch die Induktion im Erdmagnetfeld werden Objekte mit ferro-magnetischen Eigenschaften selbst zu einer Art Magnet mit einem sie umgebenden Magnetfeld. Dieses Magnetfeld überlagert sich mit dem normalen Erdmagnetfeld als störendes Feld. Es erzeugt lokale Anomalien im normalen Erdmagnetfeld. Die Messung solcher Anomalien erlaubt die Lokalisierung magnetischer Körper und Objekte.

Einschränkungen können auf Grund der Bodenstruktur, möglicherweise vorliegender ferro-magnetischer Belastung an der Oberfläche oder sonstiger örtlicher Gegebenheiten gegeben sein.

 

Ausführung der Arbeiten

Zur Durchführung einer Oberflächensondierung ist eine leichte Begehbarkeit bzw. Befahrbarkeit der Untersuchungsfläche zu gewährleisten. Hohes Gras, sonstiger Bewuchs und ggf. Bäume sollten vor Beginn der Sondierung entfernt worden sein. Da vorhandene natürliche oder künstliche Hindernisse die Messdaten verfälschen sind diese Hindernisse entweder zu beseitigen oder die entsprechenden Gebiete sind von den Sondierarbeiten auszuschließen.

Im Falle der computergestützten Sondierung muss eine durchgehende Datenaufzeichnung der aufgenommenen Sondensignale gewährleistet sein. Je nach Anwendungsfall können die Messungen mit Einzelsonden oder Mehrfach-Sondenanordnungen ausgeführt werden. Es ist grundsätzlich möglich, die Messungen mit GPS-Unterstützung auszuführen um die gemessenen Anomaliewerte automatisch mit den Koordinaten der Messungen zu koppeln.

Im Anschluss an die Sondierung werden die Daten der Feldmessungen zu einem Computer mit einer speziellen Software zur Auswertung übertragen, dort ausgewertet und Vorschläge für eine eventuell folgende Kampfmittelräumung erarbeitet.

Die Daten der Feldmessungen werden in der Auswertung als farbige Grafiken visualisiert und geben Auskunft über die Belastung einer Fläche mit Störkörpern. Zusätzlich wird die Bestimmung der vertikalen und horizontalen Lage von Störkörpern über x-, y- und z-Koordinaten ermöglicht. Die Daten werden in Objektlisten zusammengestellt.

Zur Dokumentation der erfolgten Sondierung werden die Auswertungsgrafiken und die Objektlisten zusammengefasst. Mit Bearbeitungsvorschlägen für eine eventuell folgende Kampfmittelräumung versehen, ergibt sich daraus ein Abschlussbericht.

 

Oberflächensondierung Elektromagnetik

Die Oberflächensondierung Elektromagnetik basiert auf der Grundlage der Induktion von Wirbelströmen in einem elektrisch leitfähigen Störkörper. Bei dieser Messmethode wird eine hochfrequente Impulsfolge zum Aufbau des Primärfeldes verwendet. Die Pulsdauer beträgt ungefähr 1 Millisekunde (1 ms).

Durch das Einschalten des Sendeimpulses baut sich sofort ein Magnetfeld (Primärfeld) in voller Stärke auf. Dieses Primärfeld induziert im Untergrund, bei Vorhandensein eines metallischen Objektes, ein Sekundärfeld. Beim Abschalten des Sendeimpulses bricht das Primärfeld verzögert zusammen und das Sekundärfeld fällt exponentiell ab. Die Abklingkurve des Signals beinhaltet sowohl die Induktivität des Metallobjektes als auch die Leitfähigkeit des umgebenden Bodens. Eine geringe Leitfähigkeit (erhöhter spezifischer Widerstand) bewirkt wegen der ohmschen Verluste ein schnelles Abklingen des induzierten Wirbelstromes. Diese Eigenschaft wird für die Auswahl eines geeigneten Zeitfensters genutzt, um den Einfluss der Metallobjekte auf das Messsignal nahezu unabhängig vom Beitrag des umgebenden Bodens zu gewinnen. Der Verlauf des abfallenden Signals wird in der Pause zwischen zwei Impulsen durch ein verschiebbares Abtastfenster gemessen und in einer elektronischen Schaltung ausgewertet.

 

Wir verwenden für die Oberflächensondierung Elektromagnetik das System EMD1/ 3-Kanal der Fa. Sensys GmbH .

 

Anwendungsbereich des Systems EMD1/ 3-Kanal:

Das EMD1 ist für die Detektion von Kampfmitteln bis in Tiefen von 2,0 – 3,0 m einzusetzen. Kleinere Objekte werden mit dem System in der Regel in größeren Tiefen detektiert als bei Messungen mit passiven magnetischen Systemen. Der bei Messungen anzusetzende Spurabstand beträgt bei beiden Systemen 1,0 m. Die üblichen, in weitgehend störungsfreien Umgebungen zu erreichenden, Detektionstiefen können wie folgt zusammengefasst werden*:

 

Vergleichsobjekt
Übliche Detektionstiefe

Granate Kaliber 50 mm

0,4 – 0, 7 m

Granate Kaliber 75 mm

0,7 – 1,0 m

Granate Kaliber 100 mm

1,0 – 1,3 m

Granate Kaliber 120 – 150 mm

1,3 – 2,0 m

Bombe 50 – 100 kg

1,5 – 2,0 m

Bombe 250 – 500 kg

2,0 – 3,0 m

* Die Tabelle beruht auf Erfahrungen aus Messungen auf unterschiedlichen Testfeldern und Räumflächen. Sie gibt lediglich Anhaltspunkte für den Einsatz des Systems. Es können in Abhängigkeit vom Umfeld (Störungen, Bodeneigenschaften, etc.) Abweichungen auftreten.

 

(Nach: Dr.-Ing. Kay Winkelmann, Aufsatz, Übliche Detektionstiefen mit dem System EMD1 beim Einsatz in der Kampfmittelsondierung, Neu Golm, 04.04.2008)

 

Sondierung, Auswertung, Dokumentation:

 

Vor Beginn der Sondierung wird die Gesamtfläche im Gelände markiert. Ist die Gesamtfläche zu groß, wird sie in Teilflächen aufgeteilt. Die Größen der Teilflächen werden in Abhängigkeit von der Beschaffenheit und der Art der Fläche festgelegt.

 

Unter Einsatz des Metallsuchgerätes EMD 1/ 3-Kanal erfolgt die Feststellung von Metallobjekten. Die Sondierung mit dem EMD 1/ 3 -Kanal erfolgt computergestützt. Die durchgehende Datenaufzeichnung der aufgenommenen Messsignale wird mit den Dataloggern DLM 98 der Fa. Sensys GmbH gewährleistet. Die Messdaten werden zu einem Computer mit der Software Magneto 2 zur Auswertung übertragen.

Die Auswertung der Feldmessungen erfolgt mit Bearbeitungsvorschlägen für eine eventuell folgende Kampfmittelräumung. Dabei werden die aufgenommenen Anomalien der Feldmessungen in farbigen Grafiken visualisiert und geben somit über die Belastung einer Fläche mit Störkörpern Auskunft. Die Bestimmung der vertikalen und horizontalen Lage von Störkörpern wird über Koordinaten und Tiefenangaben ermöglicht. Die Daten werden in Objektlisten zusammengestellt. Die Software erfüllt die Ansprüche, dass die Rohmessdaten nachträglich nicht mehr verändert werden können, und so immer in der gemessenen, unbearbeiteten Version zur Verfügung stehen.

Oberflächensondierung Georadar

Beim Georadar handelt es sich um ein elektromagnetisches Verfahren, dass sehr kurze Impulse im Bereich von Pico- bis Nanosekunden Länge von der Oberfläche mittels Sendeantenne kegelförmig in den Untergrund abstrahlt und nach deren Reflexion an einer Schichtgrenze oder Objekten sowie der Streuung an Einlagerungen mittels Empfängerantenne wieder auffängt. Ursachen für das unterschiedliche Verhalten der Radarwellen, die Reflexionen und Diffraktionen, sind die Unterschiede in der Dielektrizitätskonstante und der spezifischen Leitfähigkeit an Schicht- bzw. Materialgrenzen. Gemessen und aufgezeichnet werden die Laufzeit, die Phase und die Amplitude des reflektierten Impulses. Anhand der aufgezeichneten Laufzeit kann die Tiefe der jeweiligen Reflektion errechnet werden. Über die Laufzeiten und die Intensität der Reflexionen können Rückschlüsse auf die Verhältnisse im Untergrund gezogen werden. Ursachen für das unterschiedliche Verhalten der Radarwellen, die Reflexionen und Diffraktionen, sind die Unterschiede in der Dielektrizitätskonstante und der spezifischen Leitfähigkeit an Schicht- bzw. Materialgrenzen [Knodel et al. 1997]. In Radargrammen werden allfällige Objekte als Hyperbel abgebildet.

 

Einsatz:

Georadar, auch Bodenradar oder Ground Penetrating Radar „GPR” oder Radio Echo Sounding „RES” genannt, kann auch zur Kampfmittelsuche herangezogen werden wenn die kampfmittelbelasteten Flächen eine magnetische bzw. elektromagnetische Erkundung nicht zulassen. Georadarsondierungen werden in unserem Unternehmen komplementär durch eigene Spezialisten für Georadarmessungen angewendet.

 

Einschränkungen:

Die Sondiertiefe und das sichere Sondieren und Erkennen von Gegenständen werden durch die gewählte Antennenfrequenz, die elektromagnetischen Eigenschaften des Untergrunds und durch die Größe, Form und Lage des zu sondierenden Gegenstandes bestimmt. Je höher die gewählte Frequenz gewählt wird, umso besser ist die Auflösung aber umso geringer ist das Eindringen in den Untergrund. Aufgrund der geringen Größe typischer Bombenblindgänger und der verwendeten Wellenlangen des Georadars sind Bombenblindganger mittels Oberflächenradar nur bei geringen Ablagetiefen sicher detektierbar.

Beeinträchtigt wird die Georadarmessung durch Reflexion am GW Spiegel und durch Absorption/ Dämpfung bei elektrisch leitfähigen Böden wie Lehmen und Tonen (die Eindringtiefe bei Lehmen oder Tonen beträgt nur wenige cm). Inhomogener Aufbau der Bodenstrukturen können eine Georadarsondierung soweit erschweren, dass ein Objekt je nach seiner Lage im Raum nicht geortet werden kann. Unterhalb von gemessenen Totalreflektoren (Eisenmatten oder Schlackeschichten) ist keine Aussage möglich. Stark geneigte oder gekrümmte Flächen (zB. Böschungen) lenken das Signal zur Seite anstatt zur Empfängerantenne.