Development of 2d testbeds and implementation of helix antennas using frequency and time domain measurements for assessment of cwr technologies

Abstract

The contamination of underground systems causes serious detriment to the environment and can pose a serious threat to human health. The challenge of locating many common contaminants creates the need to develop technologies that enhance our ability to detect and characterize underground contamination. Cross-Well Radar (CWR) is being evaluated as a potential technology for detection of hazardous contaminants, such as Dense Non-Aqueous Phase Liquids (DNAPLs), present in underground environments. This work addresses the development of enabling CWR technologies that rely on the use of transmission and reflection measurements to detect changes in soil electromagnetic (EM) properties caused by the presence of underground target elements, such DNAPL contamination. Time- and frequency-domain measurements and simulations are applied to assess the performance of antennas and design testbeds for proper estimation of EM properties in soil systems. Results indicate that proper development of CWR testbeds must account for wave propagation near sharp EM boundaries. Time-domain analysis shows that transmission and reflection measurements in a properly developed testbed can be applied to accurately estimate EM properties of bulk soil. The integrated use of soil testbeds with time- and frequency-domain EM modeling, thus, lead to enhanced CWR enabling technologies for DNAPLs detection in underground environments.

La contaminación de suelos causa serios deterioros a la calidad ambiental y presenta una amenaza a la salud humana. El reto de localizar estos contaminantes potentes ha llevado a desarrollar tecnologías que tengan potencial para la localización y caracterización en suelos de estos peligrosos contaminantes. “Cross-Well Radar” (CWR por sus siglas en inglés) es evaluado como una tecnología con potencial para detectar peligrosos contaminantes como lo son compuestos más densos que el agua (“Dense Non-Aqueous Phase Liquids”-DNAPLs por sus siglas en inglés) presentes en ambientes subterráneos. Este trabajo trata del desarrollo de aplicar “CWR” el cual se basa en medidas de transmisión y reflexión de ondas electromagnéticas (EM) para detectar cambios en las propiedades electromagnéticas de suelo causado por la presencia de “DNAPLs”. Medidas y simulaciones en el domino en frecuencia y tiempo fueron realizados para poder estudiar el rendimiento de antenas en suelo y para el diseño de tanques para realizar medidas apropiadas de suelo con el fin de obtener estimados apropiados de las propiedades electromagnética del suelo estudiado. Los resultados indican que es necesario el desarrollar tanques apropiados para poder obtener que la onda electromagnética al propagarse cerca de las fronteras del tanque sean adecuadas para tener buenos estimados de las propiedades del suelo. El análisis en el dominio del tiempo nos demostró que las medidas de transmisión y reflexión en un tanque apropiado puede aplicarse para obtener unos estimados precisos de las propiedades electromagnéticas del suelo estudiado. La integración de usar modelaje en el dominio del tiempo y frecuencia en tanques para realizar pruebas de suelo demuestra el poder utilizar tecnologías como “CWR” para detectar “DNAPLs” presentes en ambientes sub-superficiales.