Kelompok 4 : 1. Wieda Nur Azani
( 1231 1231101 1011) 1)
2. Julius Timothy
(12311023)
3. Meggy Audi Tomy
(12311033)
4. M. Ahsan Mudzakkir
(12311043) (1231 1043)
5. Siti Aisyah
(12311049)
6. Deriandra Alfa M
(12311057) (1231 1057)
Dosen : Bapak Tedy Setiawan INSTRUMENTASI GEOFISIKA
PENDAHULUAN
PENDAHULUAN
GPR ??
salah satu metode geofisika yang mempelajari kondisi bawah permukaan berdasarkan sifat elektromagnetik dengan menggunakan gelombang radio yang mempunyai rentang frekuensi antara 1-1000 MHz dan dapat mendeteksi parameter permitivitas listrik listrik ( ) , konduktivitas konduktivitas ( ), dan permeabilitas permeabilitas magnetik magnetik ( ) .
KEUNG GULAN ??
yang dimiliki metoda ini antara lain keakuratan dalam mendeteksi struktur bawah permukaan seperti fracture pada bangunan atau pondasi, menentukan bidang perlapisan batuanlapuk dan kompak, muka air tanah yang dangkal, atau bahkan dapat memperlihatkan benda-benda kecil pada kedalaman dangkal seperti kabel, pipa, dan gua (cave). Selain itu, metode ini dapat juga menunjukkan lokasi air tanah, anomali bahan tambang, hingga fosil-fosil purbakala.
PRINSIP KERJA DAN TEORI DASAR
Teori Dasar
GPR menggunakan prinsip gelombang elektromagnetik hamburan untuk menemukan benda di bawah permukaan, yaitu dengan persamaan Maxwell. Persamaan Maxwell Metode GPR didasarkan pada prinsip persamaan maxwell yang merupakan perumusan matematis untuk hukum hukum alam yang mendasari semua fenomena elektromagnet. Persamaan maxwell untuk media isotropik heterogen dirumuskan sebagai berikut :
Prinsip Kerja
Prinsip kerja alat GPR yaitu dengan mentransmisikan gelombang radar (Radio Detection and Ranging) ke dalam medium target dan selanjutnya gelombang tersebut dipantulkan kembali ke permukaan dan diterima oleh alat penerima radar (receiver).
dari hasil refleksi itulah barbagai macam objek dapat terdeteksi dan terekam dalam radargram.
Mekanisme Kerja GPR
Reynold dalam bukunya An Introduction to Applied and Evironmental Geophysics, menyatakan bahwa kecepatan gelombang radar dalam suatu medium tergantung pada kecepatan cahaya dalam ruang hampa (c = 0.3 m/ns), konstanta dielektrik relatif medium dan permeabilitas magnetic relatif . Kecepatan rambat gelombang radar pada material (Vm) dirumuskan sebagai berikut :
Untuk materi dengan loss factor rendah P mendekati 0,
Keberhasilan metode GPR bergantung pada variasi bawah permukaan yang dapat menyebabkan gelombang radar tertransmisikan dan refleksikan. Refleksi yang ditimbulkan oleh radiasi gelombang elektromagnetik timbul akibat adanya perbedaan antara konstanta dielektrik relatif antara lapisan yang berbatasan. Perbandingan energi yang direfeleksikan disebut koefesien refeleksi (R)yang ditentukan oleh perbedaan cepat rambat gelombang elektromagnetik dan lebih mendasar lagi adalah perbedaan dari konstanta dielektrik relatif dari medium yang berdekatan. Hal ini dapat terlihat dalam persamaan berikut
Kelebihan
Kekurangan
Biaya operasional lebih Jangkauan penetrasi murah dangkal Perbandingan S/N Kemampuan radar hanya tinggi puluhan meter ( Pengoperasian yang bergantung penggunaan cukup mudah frekuensi antenna) Merupakan metode non destruktif sehingga aman digunakan
SPESIFIKASI ALAT
Peralatan GPR Mode shielded 1. RAMAC/GPR shielded antennas. 2. Dua buah connector cable 3. Notebook/Pc/laptop sebagai monitor yang dilengkapi dengan software Ramac Ground Vision untuk akuisisi data dan ReflexW untuk pengolahan data 4. Encouder berupa meteran Shielded berupa benang, tali,roda 5. Control Unit Ramac X3M/ MALA 6.Power Supply (baterai/aki)
Mode Unshielded 1. RAMAC/GPR unshielded antennas. 2. Dua buah connector cable 3. Notebook/Pc/laptop sebagai monitor yang dilengkapi dengan software Ramac Ground Vision untuk akuisisi data dan ReflexW untuk pengolahan data 4. Encouder berupa meteran 5. Control Unit Seperti Pro – Ex 6. Power Supply (baterai/aki)
Diagram Blok TX Antenna
F A
Reference Oscillator
16 Mixer
Power Amplifier
16 Frequency Synthesizer F A Rx Antenna
Signal Processor
16 I/Q Demodulator
16 IF Amplifier
FI = F A
16 Mixer
Low Noise Amplifier
Encoder
Encoder digunakan untuk mengukur jarak sepanjang area target dan memulai memicu pulsa untuk sinyal radar pada jarak yang telah ditentukan. Encouder ini bisa digantikan fungsinya dengan dengan Meteran atau benang ( tergantung daerah penelitian)
A/D
Converter
A / D Converter menghubungkan ke Encoder dari mana ia menerima informasi waktu saat memicu getaran.
Dua
buah Connector cable
Kabel ini Berfungsi sebagai medium sinyal Gelombang Elektromagnetik dari transmiter dan receiver ke unit kontrol (laptop) dan juga untuk menyambungkan unit ke power supply (accumulator)
RAMAC/GPR
O
O
antennas.
Antena berperan sebagai transmitter dan receiver yang berfungsi membangkitkan dan mengirimkan gelombang elektrmagnetik dan setelah gelombang terkirim melalui medium bawah tanah lalu terpantulkan, gelombang tersebut diterima kembali. Mode konfigurasi RAMAC/GPR antennas terdiri dari shielded antennas ( monostatik) dan unshielded antennas (bistatik),
1. Shielded Antenna
Jenis- jenis Antenna
2. Unshielded Antenna
SHIELDED ANTENNAS
O
Shielded Antenna
Antenna di desain untuk penelitian pada daerah yang memiliki background noise yang besar . MALÅ’s range of shielded antennas dapat dioperasikan
dengan X3M and ProEx¹ radar control units. Tipe – Tipe Antennanya dibedakan berdasarkan variasi Frekuensi, dari f 100 – 1000 MHz
1000 MHz Antenna resolusi tinggi yang digunakan untuk pengukuran radar kualitas tinggi. Sering digunakan untuk struktur beton dan studi pemetaan jalan . Dimensi : Ukuran 0.24 x 0.16 x 0.12 Berat
2.4 kg
Resolusi dan daya tembus shielded antennas
Unshielded antennas
Antena unshielded biasanya digunakan untuk penyelidikan bawah permukaan non-invasif dengan aplikasinya di bidang teknik sipil dan geoteknik, geologi dan hidrogeologi. Semua RAMAC / GPR antena unshielded menggunakan elektronik antena yang dapat diubah-ubah, meter panjang digital, dan kontroler.
Tipe-tipe antenna GPR unshielded berdasarkan perbedaan frekuensi Antena 25 MHz Antena yang dibuat untuk penetrasi mendalam. antena 25 MHz biasanya digunakan untuk survei geologi dan stratigrafi di medan terbuka.
Dimensi: 4,06 x 0,20 x 0,07 m, Berat: 3.85 kg (masing-masing)
50 MHz
antena unshielded dirancang untuk pengukuran cukup dalam. Antena 50 MHz umumnya digunakan dalam aplikasi geologi dan geoteknik. Dimensi: 2.06 x 0.20 x 0.07 m, Berat: 2,65 kg (masingmasing)
100 MHz
antena unshielded memiliki fitur penetrasi yang baik dan resolusi yang seimbang. Berbagai aplikasi yang sangat luas. biasanya digunakan untuk survey gpr pada sungai, studi TPA serta untuk karst, danau pemetaan bawah dan pipa yang mendalam dan deteksi batuan dasar. Dimensi: 1,04 x 0,16 x 0,04 m, Berat: 1.10 kg (masing-masing)
200 MHz
antena unshielded memiliki berbagai aplikasi yang luas. memberikan penetrasi mid-range dengan resolusi yang baik dan antena ini biasanya digunakan untuk studi batuan dasar dan deteksi rongga. Bisa dilakukan survey di medan yang lebih bervegetasi. Dimensi: 0,54 x 0,16 x 0,04 m, Berat: 0,55 kg (masing-masing)
Resolusi dan daya tembus unshielded antenna
Shielded Antennas
Unshielded Antennas
Kelebihan : Resolusi tinggi S/N nya tinggi sehingga cocok untuk daerah dengan noise yang tinggi Praktis dan mudah digunakan
Kelebihan : Mudah digunakan pada daerah hutan Jangkauan penetrasi lebih dalam Antenna dapat dirangkai sesuai kebutuhan
Kekurangan : Tidak mudah digunakan pada daerah hutan Jangkauan penetrasi lebih dangkal
Kekurangan : Tidak praktis
Control
Unit
Control Unit adalah pusat otak untuk sistem GPR dan bertanggung jawab untuk mengkoordinasikan operasi komponen subordinat.
Keunggulan Pro Ex -Kompatibel dengan semua jenis antenna - Mudah digunakan - Bisa dihubungkan ke PC dengan software Groundvision dan monitor khusus dari MALA untuk Pro Ex (XV monitor) - Warm-up time yang pendek setelah dihidupkan dan segera siap digunakan untuk akuisisi data - Ramah untuk penggunaan outdoor (cukup ringan karena terbuat dari alumunium, waterproof dan konektor/switch telah didesain untuk tahan terhadap kerusakan fisik, serta bisa digunakan untuk medan yang cukup berat dengan memakai RTC)
Ethernet connector Power on/off Battery
Auxiliary port
Master wheel
Antenna slot Antenna module
OPTICAL MODULE
- Interface (komunikasi antara user dan sistem) menggunakan kabel serat optik
- Kompatibel dengan antenna borehole, shielded, dan unshielded
- Tidak bergantung pada panjang kabel dan tidak berinteferensi dengan gelombang lainnya
- Ada tiga port untuk keperluan akuisisi
data
(D), receiver (R), dan
transmitter (T)
- R, T dan D dilengkapi lampu LED yang berkedip sebagai indikator sinyal yang dihasilkan dan data yang diterima
- Kabel optik berdiameter 50 mikrometer (lebih tipis daripada rambut) dilindungi selang platik, lapisan Kevlar (lapisan anti peluru) dan konektor yang memadukan logam, stainless steel dan keramik.
WARNING !!!!!!: Hindari pembengkokan kabel karena akan berpengaruh pada jeda waktu pengukuran dan pastikan konektor selalu dalam keadaan bersih!
COAXIAL MODULE - Kompatible dengan separable shielded antenna - Mempunyai lampu indikator seperti optical module
HIGH FREQUENCY MODULE - Kebanyakan digunakan untuk keperluan identifikasi struktur rangka bangunan - Dilengkapi dengan dua lampu LED yang berkedip.
UNIT TAMBAHAN
- Penambahan slot untuk antenna module hingga 8 slot - Biasanya penambahan slot ini digunakan untuk keperluan laboratorium
AUXILIARY PORT dapat disesuaikan dengan keinginan pengguna (contohnya untuk sambungan ke GPS)
TRIGGER DEVICE - Metode yang paling efisien adalah menggunakan jarak yang diukur oleh
sebuah roda berjalan yang dihubungkan dengan control unit (biasa disebut distance triggered ) - Data diperoleh pada setiap interval jarak yang ditetapkan pengguna sehingga memudahkan processing dan penetuan lokasi target - Ada juga yang menggunakan hip chain untuk medan yang berat dan berundulasi sehingga tidak efisien lagi menggunakan roda - Kalibrasi dan pengaturan bisa menggunakan CD instalasi yang diberikan pabrik. Kalibrasi dapat berupa banyaknya sinyal yang direkam per meter, pengaturan arah rotasi roda (jika rotasi roda terbalik maka tidak ada data yang direkam), dll
POWER SUPPLY
- Baterai 12volt Li-Ion - Operating time 4-6 jam - Lampu indikator Merah: <80 persen Kuning: 80-100 persen Hijau: maintenance agar baterai tetap penuh - Efisiensi baterai akan berkurang pada temperatur rendah
MENJALANKAN SURVEY Ada tiga cara berbeda untuk akuisisi data: - Dengan menggunakan perangkat pengukuran jarak (distance triggered) - Dengan interval waktu yang telah ditentukan (time triggered) - Melalui XV Monitor atau melalui PC (secara manual) Direkomendasikan menggunakan distance triggered untuk akuisisi data. Cara ini bisa membantu pemodelan karena lokasi geografinya dapat ditentukan. Time triggered biasa digunakan untuk akuisisi di danau, sungai, atau daratan basah dimana peralatan diset di atas sebuah kapal atau perahu. GPS dapat digunakan untuk mengontrol posisi
Tinjauan Umum X3M - Komponen elektronik di dalamnya telah didesain rapi sedemikian
rupa untuk meminimalkan beratnya - Mudah dipasang dan dioperasikan - Fungsi auto stacking menghasilkan data kualitas terbaik dengan
kecepatan akuisisi maksimal - Kompatibel dengan shielded antenna 100, 250, 500, dan 800MHz - Kompatibel dengan XV monitor dan software Groundvision
Tombol On/Off
Port Kabel Paralel
Port untuk Encoder
Port Kabel Power
Sekrup Pengaman
Perangkat Pengukuran Jarak - Roda pengukuran (measurement wheel), biasanya
digunakan pada medan yang datar atau pemukiman penduduk - Hip chain, cocok untuk medan yang berat dan
berundulasi dimana tidak efisien lagi jika menggunakan roda
Baterai - Baterai Li-Ion 12V/13,2 Ah - Operating time sekitar 6 jam - Saat voltase baterai menurun hingga 10V, maka X3M akan mati secara
otomatis - Baterai harusnya disimpan dalam keadaan fully charged untuk
memperpanjang umur baterai - Lampu indikator
Merah: <80 persen Kuning: 80-100 persen Hijau: maintenance agar baterai tetap penuh
Menggunakan RAMAC X3M Ada tiga cara berbeda untuk akuisisi data: - Dengan menggunakan perangkat pengukuran jarak (distance triggered) - Dengan interval waktu yang telah ditentukan (time triggered) - Melalui XV Monitor atau melalui PC (secara manual)
Direkomendasikan menggunakan distance triggered untuk akuisisi data. Cara ini bisa membantu pemodelan karena lokasi geografinya dapat ditentukan.
Time triggered biasa digunakan untuk akuisisi di danau, sungai, atau daratan basah dimana peralatan diset di atas sebuah kapal atau perahu. GPS dapat digunakan untuk mengontrol posisi
LANGKAH PENGUKURAN
Ada 3 Kegiatan : 1. Akuisisi 2. Pengolahan Data hasil akuisisi 3. Interpretasi
Tipe Konfigurasi Akusisi DATA 1. Radar Reflection Profiling ( shielded/unshielded antennas) Antenna transmitter dan receiver bergerak bersamaan diatas permukaan tanah. Hasil tampilan radargram merupakan kumpulan tiap titik pengamamatan sepanjang line .
2. WARR atau Common MidPoint (CMP )sounding WARR : • Diterapkan pada kasus dimana bidang reflektor relatif datar / memiliki kemiringan yang landai.
CMP : Lokasi akuisisi harus memiliki reflektor yang datar / sudut kemiringan landai. Asumsi material bersifat homogen dan karakteristik reflektor reflektor sma di sepanjang lintasan pengukuran pengukuran . CMP digunakan untuk mengukur kecepatan di tiap lapisan ( Wahyudi, 2009)
3. Transsillumination atau Radar Tomography Transmitter dan receiver diletakkan pada posisi yang berlawanan dan saling berhadapan .
Yuk nonton
VIDEO Akuisisi
Langkah- langkah membuat, melihat, dan mencetak radargram 1. Power ON Pastikan hardware connect dan power on (lingkaran pada start F5 berwarna merah) . Jika belum merah, tekan auto – detec key pada toolbar F9 , lingkaran akan berwarna merah dalam 5 detik .
2. Pilih Setting pengukuran Untuk melihat melihat / merubah Detail Detail data hasil setting klik Antenna Settings
3. Start and stop a measurement memulai pengukuran O
klik tombol start pada toolbar
O
tekan F5 pada keyboard
O
atau pilih Start dari measure menu untuk
Menghentikan Menghentikan pengukuran O
Klik tombol stop
O
Tekan F6
O
Atau pilih Stop Stop dari measure menu menu
Melihat File hasil Akuisisi Pilih menu File Open
Mencetak Radargram; Pada menu File print
pilih
CONTOH HASIL PERCOBAAN PADA LANTAI 3 GEDUNG BSC B, DENGAN SOFTWARE RAMAC GROUNDVISION :
PENGOLAHAN DATA
Data hasil akuisisi dalam yang disimpan bentuk . rd3 tadi , selanjutnya akan diolah dalam program ReflexW, sehingga hasil akuisisi dapat diinterpretasikan gambaran bawah permukaannya.
Tampilan menubar pada ReflexW
Flowcart pengolahan data GPR dengan ReflexW
Star (input raw data) Dewow
Gain
Static correction
Background Removal
Bandpass frequency
F-K
Filter
3D Topography Correction Finish ( output)
Langkah-Langkah dan Hasil Pengolahan Data 1. Buka software ReflexW 2. Buat project baru dengan memilih Modules > 2D Analysis 3. Klik icon Import 4. Klik Convert to Reflex dan pilih data yang diinginkan 5. Klik kotak di kanan bawah untuk membuka window plot options. 6. Close
7. Pilih menu Processing > Static Correction 8. Buka menu View > Wiggle Window 9. Pick first break beberapa titik sebagai input koreksi Start Time. 10. Ganti Processing Label menjadi 1 11. Start 12. Klik icon 2 1
Sebelum dilakukan static correction
Setelah dilakukan static correction sinyal akan lebih naik dari yang pertama
Note: Static correction adalah mengembalikan posisi radargram pada titik referensi (sebenarnya) yang biasanya
13. Pilih menu Processing > 1 D Filter 14. Pilih Subtract-Mean ( Dewow ) 15. Check box Apply on example trace 16. Pilih time window 14 ns ( bisa diubah ubah, usahakan hanya ada satu puncak pada filtered spectrum) 17. Ganti Processing Label menjadi 2 18. Start 19. Klik icon 2->1
Setelah Dewow
Note: Dewow adalah langkah prosesing yang dilakukan untuk menghilangkan frekuensi sangat rendah yang terekam dalam radargram.
20.Pilih menu Processing > Gain 21.Pilih AGC Gain 22. Check box Apply on example trace 23. Atur window length 24. Ganti Processing Label menjadi 3 25.Start 26. Klik icon 2->1
Setelah dilakukan energy decay
Note : dilakukan untuk membatasi nilai amplitudo agar tidak melampaui batas amplitudo maksimum.
27.Pilih menu Processing > 1 D Filter 28. Pilih Bandpass Frequency 29.Check box Apply on example trace 30. Atur parameter filter. 31. Ganti Processing Label menjadi 4 32. Start 33. Klik icon 2->1
Setelah dilakukan Bandpass filter
Note : Tujuan dari proses ini adalah untuk menghilangkan frekuensifrekuensi yang tidak diinginkan (noise), dengan membetasi nilai jangkauan frekuensi sinyal pada radargram.
34. Pilih menu Processing > 2D Filter Processing 35. Pilih Background Removal 36. Check box Apply on example trace 37. Ganti Processing Label menjadi 5 38. Start 39. Klik icon 2->1
Setelah Background removal
Note: proses ini bertujuan untuk menghilangkan noise yang selalu muncul secara konsisten pada seluruh profil, sehingga menutupi sinyal yang sebenarnya.
40. Buat file data distance dan elevasi dari pengukuran lapangan di notepad. Save dengan format correct.(bebas) 41. Pilih Processing > Static Correction 42. Pilih Move to Positive Times 43. Pilih menu load, dan load file parameter yang sudah dibuat. 44. Ganti processing label menjadi 6. 45. Start 46. Klik icon 2->1
Hasil akhir
INTERPRETASI DATA
Pada jarak 0-80 meter dapat dilihat topografi yang cendung naik memperlihatkan nilai kontras warna yang besar pada kedalaman 5 meter.
Kontras warna yang besar menandakan amplitude tinggi yang biasanya merupakan cirri dari lapisan batuan yang kompak. Pada jarak 100-124 meter topografi menurun curam lalu naik lagi hingga jarak 150 meter, pada ketebalan kira-kira 1 meter pertama memperlihatkan kontras warna yang besar, namun makin ke dalam kontras warna makin kecil. Kontras warna kecil menandakan lapisan batuan yang lapuk atau nilai amplitudenya kecil
Kelompok 4 Ground Penetrating Radar (GPR) APAKAH ADA PERTANYAAN ????
