Schnellst- oder genauestmöglich? Die multifrequente SIP Anregung ermöglicht die optimale Adaption des Messablaufs an das Untersuchungsobjekt.

Abstract

Die Methode der Spektrale Induzierte Polarisation (SIP) misst die Frequenzabhängigkeit des spezifischen elektrischen Widerstandes von Gesteinen nach Betrag und Phase. In der Frequenzabhängigkeit des Widerstandes spiegelt sich unter anderem die Geometrie des Porenraumes und den darin befindlichen Fluiden wieder. Üblicherweise wird das Widerstandsspektrum mit monofrequenten Signalen sequentiell vermessen. Diese Vorgehensweise erweist sich bei großskaligen Messanordnungen mit hohen Störspannungen als vorteilhaft da die Energie des Messgerätes auf einen schmalen Frequenzbereich konzentriert und eine Unterscheidung von Nutz- und Störfrequenzen erleichtert wird. Bei Labormessungen spielen Störspannungen häufig nur eine untergeordnete Rolle. Wichtiger ist hier ein möglichst hoher Messfortschritt. Am schnellsten ist die sequentielle SIP Messung, wenn jeweils nur Einzelperioden verwendet werden. Bei einer Frequenz pro Oktave, dauert die Gesamtmessung idealerweise doppelt so lange wie die längste Periode andauert. Überlagert man jedoch sämtliche Einzelfrequenzen (multifrequente Anregung) dann benötigt man nur die halbe Zeit. Der höhere Messfortschritt geht jedoch einher mit einer verringerten Messgenauigkeit. Ursache hierfür ist, dass die Einzelamplituden soweit verringert werden müssen, dass die Summenamplitude nicht die maximale Ausgangsspannung des Messgerätes überschreitet. Im Poster wird ein neu entwickeltes 88-kanaliges SIP-Labor-Messgerät (SIP-LAB-FAST) vorgestellt, das eine Anregung mit 1 - 24 Frequenzen gleichzeitig erlaubt. Bei z.B. einer Frequenz pro Octave lässt sich so ein Frequenzbereich von über 7 Dekaden mit einer Einzelmessung vermessen. Eine multifrequente Anregung erfordert auch eine leistungsfähige Hardware zur Echtzeit-Verarbeitung der Zeitreihen von Strom und Spannung. Hierzu wurde für jede Frequenz eine Diskrete Fourier Transformation (DFT) implementiert. Mittels einer multivariaten Kohärenzanalyse werden dann aus den Fourier Koeffizienten das komplexwertige Impedanz-Spektrum, sowie den zugehörigen Vertrauensintervallen berechnet. Durch die freie Wahl des Anregungssignales erhält der SIP Anwender eine erweiterte Möglichkeit den Messablauf optimal an die Fragestellung anzupassen. Ein Vergleich der mono- und multifrequenten Messergebnisse von verschiedenen Materialproben belegt die Leistungsfähigkeit der neuartigen Messtechnik.