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Arva come strumento di ricerca

  • Categoria principale: ROOT
  • Pubblicato: Giovedì, 03 Dicembre 2009 08:51
  • Visite: 21213

ARVA COME STRUMENTO DI RICERCA

Nel 2006, superando una frana, ed esplorando nuovi rami di una cavità della provincia della Spezia conosciuta con il nome di Cassana, grotta a sviluppo  prevalentemente sub orizzontale, fu intuito che alcuni rami “alti” potevano risultare particolarmente vicini alla superficie, la prospettiva a dir poco alettante era di avere un nuovo ingresso evitando, così, i primi 300 metri di grotta angusti e “devastanti”. Ma dopo aver individuato l'area esterna di indagine era necessaria, oltre confermare i calcoli, una precisione di posizionamento. L'uso degli arva poteva rappresentare la soluzione migliore, sia operativi che economici.
In sostanza l'arva è un rice – trasmettitore che in fase i trasmissione emette un'onda elettromagnetica ad una frequenza di 457 KHZ attraverso un'antenna di tipo dipolo, la quale, ha la caratteristica importante di essere unidirezionale. Per comprendere il principio di funzionamento e di come sia stato utilizzato in fase di campagna, è doveroso aprire una parentesi partendo dall'onda elettromagnetica e  come viene propagata.
Un'onda elettromagnetica è costituita da un campo elettrico e un campo magnetico perpendicolari tra loro, con una determinata intensità ed oscillano ad una frequenza ben precisa ( nel nostro caso 457 KHZ ) propagandosi nel vuoto alla velocità della luce (fig.1)


Fig.1 - H: vettore rappresentativo del campo magnetico, E: vettore rappresentativo del campo elettrico.

Nel vuoto o nell'atmosfera le onde elettromagnetiche si propagano in linea retta, ma quando incontrano un'ostacolo le onde subiscono una riflessione o rifrazione a seconda delle caratteristiche della superficie colpita. Questo fenomeno è importante per comprendere in parte il fenomeno per cui un'onda elettromagnetica ad una determinata frequenza si propaghi anche nel sottosuolo: la spiegazione può risiedere nel fatto che il sottosuolo non è un elemento omogeneo o compatto ma presenta vacui e fratture più o meno estese che rappresentano vie preferenziali per la propagazione dell'onda elettromagnetica.
Questo è anche il principio di funzionamento del georadar noto con la sigla GPR (Ground Penetrating Radar) o SPR (Surface Penetrating Radar), è un particolare radar che sfrutta i fenomeni fisici, quali la riflessione, la rifrazione e la diffrazione che può subire un’onda elettromagnetica, quando incontra delle discontinuità all’interno del mezzo indagato. Una caratteristica interessante del georadar è la frequenza di lavoro compresa tra 100 MHZ e 2GHZ .
L'onda elettromagnetica viene propagata attraverso l'antenna, nell'arva  costituita da un semplice dipolo, il suo orientamento determina l'orientamento stesso del campo elettromagnetico (c.e.m.) trasmesso (Fig2).

Fig. 2 – Propagazione delle onde elettromagnetiche in un'antenna a dipolo.

Si deduce l'importanza di sapere come sia posizionata l'antenna all'interno dello strumento per posizionarlo successivamente per il rilevamento, infatti si riceve il massimo segnale quando l'orientamento dell'antenna ricevente è identico a quello dell'antenna trasmittente, più precisamente quando il  c.e.m. trasmesso sarà parallelo all'antenna ricevente. (Fig3).

 

Fig.3 – A)massima ricezione. B) massima perdita.

Mentre abbiamo la massima perdita quando il c.e.m. sarà perpendicolare all'antenna ricevente.
Nella ricerca di vittime seppellite da valanghe viene utilizzata una procedura per l'individuazione del segnale trasmittente che consiste nel seguire la radiazione elettromagnetica fino alla fonte trasmittente secondo lo schema riportato (fig4).


Nel momento che viene ricevuto il segnale si procede nella direzione in cui il volume del segnale risulta stabile, successivamente viene ridotto il volume del ricevitore in modo da rendere più sensibile la ricerca e localizzare il punto di trasmissione.
Negli arva digitali di ultima generazione sono presenti due o tre antenne riceventi che permettono di determinare sia la direzi
one che la distanza.


Utilizzando l'arva per posizionare una cavità in corrispondenza della superficie , oltre a verificare quanto esposto, è stata analizzata, in fase di campagna, la propagazione del segnale arva in un elemento non omogeneo alla profondità di 15 metri,utilizzando per la trasmissione un arva analogico mentre in ricezione sono stati utilizzati uno analogico ed uno digitale, in seguito sono state elaborate alcune importanti osservazioni :
il segnale viene irradiato anche nel sottosuolo secondo lo schema  descritto precedentemente e quindi anche il metodo di posizionamento e ricerca, importante è la conoscenza della posizione dell'elemento trasmittente e più precisamente l'antenna rispetto al suolo/superficie, a tal scopo e necessaria una comunicazione diretta tra le squadre, le ricetrasmittenti UHF ( banda soccorso, 118, nautica, ect ) assolvono egregiamente tale compito, mentre risultano meno efficaci i CB portatili ( radioamatori – 27Mhz). Nelle figure (Fig.5, Fig.6) viene riportato lo schema di propagazione.

Fig.5 antenna trasmittente perpendicolare al suolo.
In figura 5) il ricevitore si trova con l'antenna parallela B) alla radiazione elettromagnetica ottenendo il massimo guadagno, ne risulta una percentuale molto alta di posizionamento, mentre abbiamo la massima perdita nella condizione A).

Fig.6 antenna trasmittente parallela al suolo.

Mentre in figura 6) il ricevitore A) si trova in condizione di massimo guadagno ma seguendo il campo elettromagnetico ci porta fuori dalla posizione, ovviamente nel caso di B) abbiamo la massima perdita. In entrambe i casi sono stati prima utilizzati, in fase di ricezione un arva analogico e successivamente uno digitale riscontrando, nel secondo, una facilità di lettura in quanto provvisto di due antenne riceventi che permette una valutazione immediata sia della direzione che della distanza.
Un altro caso interessante, come lo possiamo definire, è lo sdoppiamento del segnale trasmittente, che può portare ad una errata valutazione Fig.7, Fig.8.In questo caso la discontinuità provoca un'alterazione del segnale trasmesso ed una conseguente errata lettura, in fig.7 il ricevitore, posizionato correttamente può ricevere due segnali molto forti a distanza di parecchi metri tra loro, in questo caso è possibile delimitare l'area indagata come in fig.8.