Rumore nelle misure

In generale le cause principali di errori che solitamente si ritrovano nelle misure effettuate attraverso un qualsiasi tipo di strumentazione sono tre:

1. errori strumentali 2. rumori ambientali

3. errori di tipo operazionale

Una descrizione dettagliata di tutti i possibili errori che si possono presentare nei dispositivi FDEM è stata fornita da Spies B.R. e Frischknecht F.C. (1987).

Nel caso di indagini di tipo EMI gli errori strumentali sono causati principalmente da tre fattori quali: l’errata calibrazione o drift dello strumento, gli errori di scala o di normalizzazione (a causa dei quali i valori letti risultano riscalati da una costante moltiplicativa) ed infine dall’influenza della conducibilità elettrica anche nella risposta in fase e viceversa.

Alcuni strumenti, come ad esempio quelli costruiti dalla Geonics Limited, sono progettati in modo tale che un operatore può minimizzare alcuni di questi errori, mentre altri come ad esempio gli strumenti forniti dalla DUALEM inc. possiedono un sistema di controllo interno capace di eseguire un auto-setting.

Un passaggio molto importante nel settaggio preliminare di uno strumento di tipo FDEM consiste nelle sua calibrazione. Essa si esplica mediante due operazioni:

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1. annullare gli effetti del campo primario che, viaggiando attraverso l’aria arriva direttamente al ricevitore. In questo modo i valori misurati saranno solo quelli relativi al campo magnetico secondario;

2. calibrazione assoluta delle misure in fase e fuori fase in modo tale che l’una non influenzi l’altra.

Idealmente il processo di calibrazione dovrebbe avvenire in un ambiente caratterizzato da conducibilità nulla, operazione molto difficoltosa da ottenere in presenza di materiali geologici.

Anche per questo tipo di operazione i sistemi di tipo DUALEM possiedono un sistema brevettato di calibrazione completamente automatico il quale si attiva non appena il dispositivo viene acceso ed impiega solo pochi secondi. Tali dispositivi sono inoltre dotati di una terza bobina in grado di annullare il campo primario. Durante la calibrazione il sensore può essere posto direttamente a contatto con il suolo stando attenti che nelle vicinanza non ci siano elementi di disturbo quali ad esempio oggetti metallici.

I sensori progettati dalla Geonics hanno invece bisogno di procedure di calibrazione più complesse. Essa infatti dovrebbe essere fatta ad un’altezza di almeno 1,5 m dal suolo in quanto, a questa altezza, l’influenza del suolo sul campo primario in arrivo sul ricevitore può ritenersi nulla (Geonics Limited, 1992). L’operatore può a questo punto annullare l’influenza del campo primario portando manualmente a zero il valore letto sulla bobina di ricezione. La calibrazione assoluta delle misure in fase e fuori fase si basa invece sulle curve di risposta di un mezzo a strati piani e paralleli. La presenza di elementi metallici vicino alle bobine dello strumento possono disturbare tale assunzione, per questo motivo risulta conveniente, anche se poco pratica, una calibrazione ad una certa altezza dal suolo (Dabas M. e Tabbagh A., 2003).

Il rumore ambientale (naturale o antropico) può essere un elemento di disturbo per le misure ed, è un fattore completamente ingestibile. Rumore di tipo naturale può essere causato ad esempio dalla scarica dei fulmini che si propagano nella ionosfera e che producono degli eventi casuali di breve durata chiamati sferics21 (Huang H., 2005). Scariche lontane più deboli e meno distinte in ampiezza,

ma più frequenti, costituiscono un rumore di fondo più o meno costante, che ha una forte dipendenza dalla frequenza (Palacky G.J. e G.F. West, 1991). Sorgenti di rumore di natura antropica includono invece linee elettriche, onde radio, cavi interrati, ferrovie ed edifici, i quali possono produrre diversi segnali indesiderati nei dati (Huang H., 2005). Molti di questi effetti sono certamente difficili da evitare, ma alcuni potrebbero essere notati durante l’acquisizione e quindi spiegati durante le fasi del

processing.

Infine i disturbi di tipo operazionale possono essere di grande impatto anche se tuttavia costituiscono dei fattori gestibili che possono essere minimizzati. Mentre ci si muove lungo un terreno accidentato il dispositivo può essere soggetto a piccoli urti o a rotazioni che possono modificare l’orientazione tra le bobine e la superficie del sottosuolo e dunque anche la sensibilità spaziale.

Altri tipi di errori sulle misure possono essere causati dagli errori di posizionamento. Essi dipendono da errori intrinseci nel sistema di posizionamento GPS. Il problema del posizionamento è da tenere in grande considerazione ad esempio durante prospezioni di tipo archeologico in cui le strutture da indagare hanno dimensione dell’ordine dei decimetri. In questo caso errori di posizionamento anche piccoli possono oscurare le anomalie, specialmente se sono deboli. Dunque, affinché si abbiano dei picchi di anomalia nella giusta posizione e al massimo del loro valore, è bene mantenere bassa la velocità di acquisizione (meno di ), permettendo anche una stabilizzazione corretta delle misure GPS effettuate in modalità RTK (Real Time Kinematics).

A proposito della velocità è stato osservato che all’aumentare della velocità si verificano sia una riduzione in ampiezza che uno shift della posizione di un eventuale picco di anomalia (Sudduth K. et

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al, 2001). Il motivo risiede nel fatto che i sensori hanno bisogno di un certo tempo per raggiungere il

massimo valore in ampiezza.

Un’ultima fonte di errore risiede infine nei drift strumentali. Tali drift possono essere attribuiti ai cambiamenti dei valori di resistenza o di capacità dei componenti elettronici che compongono i sensori e sono causati dalle variazioni di temperatura (Keller G.W. and Frischknecht F.C., 1966). Il modo migliore per minimizzare questo effetto è isolare il più possibile il sensore o con una schiuma speciale o con una cover di colore bianco capace di riflettere i raggi del sole. I drift strumentali possono essere molto ampi anche in piccoli periodi di tempo (Dalan R.A., 2008), per questo vengono anche chiamati

drift temporali.

Poiché le misure dei dispositivi di tipo elettromagnetico sono fornite di solito in termini di rapporto tra il campo secondario ed i campo primario, aumentando la tensione ai capi del trasmettitore non cambia la risposta del ricevitore. Tuttavia, aumenta la tensione secondaria indotta nella bobina ricevente e quindi aumenta il rapporto S/N, che a sua volta causa un aumento della profondità di indagine (Huang H., 2005).