US-Forscher nutzen Untergrundsoundswellen, um verborgene Tunnel aufzuspüren

Für dieses Projekt drehte das Team den Prozess jedoch um und übertrug Schall oben, um ein charakteristisches Subharmonischesignal zu erzeugen. „Unsere Hypothese war, dass wir die Detektion verbessern könnten, indem wir die Richtung umkehren und das Signal statt, wodurch Streuungen des Signals erfasst werden, die sonst verloren gehen würden", sagte Kass.

Ein neuer Detektionswinkel: Tunnel sind äche aus schwer zu lokalisieren. Dazu nutzen Ingenieure verschiedene Sensortechnologien, einschließlich seismischer Vermessungen, bodenpenetrierender Radar und elektrischer Widerstandsmessungen. Diese Methoden sind jedoch in tonreichen Böden und komplexen unterirdischen Umgebungen eingeschränkt.

Hochfrequente Signale, die äche ausgesendet werden, können kleine Hohlräume detektieren, verblassen aber schnell, wenn sie sich im Untergrund ausbreiten. Gleichzeitig können niederfrequente Signale weiter reichen, übersehen dabei jedoch oft kleinere Details. Nun hat das Team, um diese Herausforderungen zu bewältigen.

Das Team stellte fest, dass das

Das Team stellte fest, dass das charakteristische Subharmonische-Signal ein deutliches Anzeichen für einen versteckten Hohlraum ist. Die niederfrequente akustische Antwort entsteht, wenn Schallwellen um die Tunnelstruktur herum gebeugt werden. Oberflächensensoren können das Signal dann erfassen und die Anwesenheit des Tunnels bestätigen.

Nach Angaben des Teams diente die vertikale seismische Profilierung als Inspiration für diesen Ansatz. Diese Technik wird in der Erdöl- und Erdgasexploration weit verbreitet eingesetzt. Traditionell umfasst das Verfahren das Platzieren ßerhalb der Bohrungen zur Aufzeichnung äche.

Das Team Schallquelle unterirdisch und maß die daraus resultierenden Vibrationen an der Oberfläche. Zur Validierung des Systems unter realen Bedingungen installierte das Team einen 40 Fuß langen Stahltunnel etwa 10 Fuß unter der Erdoberfläche. Anschließend wurde eine akustische Quelle durch Bohrungen in Tiefen 30 Fuß abgesenkt.

An der Oberfläche wurden zudem Arrays,

An der Oberfläche wurden zudem Arrays, die hochsensitive Vibrations-Sensoren sind.

Diese ermöglichten es, festzustellen, wie sich der Schall vor und nach der Installation des Tunnels durch den Boden ausbreitete. „Während der Tests erfassten die Geophone ein deutliches Subharmonisches Signal", sagte Charles Finney, PhD, leitender Forschungs- und Entwicklungswissenschaftler bei ORNL, in einer Erklärung.

Nachfolgende Messungen zeigten, dass das Signal konsequent nur dann auftrat, wenn die Tunnelstruktur vorhanden war und der Schall offenbarten eine Detektionsmethode, die die Identifizierung verborgener unterirdischer Strukturen verbessern könnte.

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Das Team geht davon aus, dass die Methode auch zur Schätzung der Tunneltiefe beitragen kann, da das Subharmonische-Signal ausschließlich auftritt, wenn die Schallquelle unterhalb der Oberfläche positioniert wird. Nun planen sie, die Technologie weiter zu verfeinern, indem sie ihre Leistungsfähigkeit in verschiedenen Bodentypen evaluieren.

Zudem werden die Forscher untersuchen, ob Signalzeitpunkt und -stärke für detailliertere Abbilder des Untergrunds genutzt werden können.