地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用簡(jiǎn)介(參考版)
2025-05-04 03:05本頁(yè)面
【正文】 圖像的下部 3040ns的位置 ， 隱約可以看到臺(tái)車箱底和路基的反射波 ， 在天線下移時(shí)表現(xiàn)的特別清楚 。 圖中 20ns處出現(xiàn)一個(gè)較強(qiáng)的連續(xù)反射波 ， 與表面反射波變化相反 ， 明顯是隧道內(nèi)的反射波 。 下列 3幅圖像就是用來(lái)表明不同反射波出現(xiàn)的特征 。 只有可靠地辨認(rèn)出襯砌與圍巖之間的反射信號(hào)與各類干擾信號(hào) ， 才能準(zhǔn)確無(wú)誤的確定砌的厚度 。 隧道拱頂檢測(cè)時(shí) ， 雷達(dá)天線移動(dòng)到接觸電網(wǎng)拉線附近時(shí) ， 天線必須下降躲開橫拉線 ， 天線與拱頂距離拉大 ， 表面反射波走時(shí)也隨之變大 ， 形成下凹弧形 ， 弧形的第一個(gè)振相就是表面反射波 ，向兩側(cè)可連續(xù)追蹤 。 隧道圍巖結(jié)構(gòu)的波相特征 表面反射振相的辨認(rèn)與追蹤很重要 ， 它關(guān)系到深度 /厚度的計(jì)算 ， 不可忽視 。 襯砌厚度和脫空的波形特征 襯砌厚度與空洞檢測(cè) 灰?guī)r是一種節(jié)理 、 裂隙比較發(fā)育的巖體 ， 雷達(dá)波可將這種巖體結(jié)構(gòu)清晰的顯現(xiàn)出來(lái) 。下列 2張圖是南昆鐵路隧道襯砌檢測(cè)圖象 。同向軸的形態(tài)與埋藏的物界面的形態(tài)并非完全一致，特別是邊緣的反射效應(yīng)，使得邊緣形態(tài)有較大的差異。但由于破碎帶的散射和吸收作用，從更遠(yuǎn)的部位反射回來(lái)的后續(xù)波能量變?nèi)?，信?hào)表現(xiàn)為平靜區(qū)。如圍巖中的含水帶也表現(xiàn)出低頻高振幅的反射特征，易于識(shí)別。而混凝土內(nèi)部反射波較少，只是有缺陷的地方有反射。 雷達(dá)目標(biāo)波相識(shí)別的三項(xiàng)基本要點(diǎn) 1 鋼筋反射波的振幅與方向 要點(diǎn) 2：反射波的頻譜特性 不同介質(zhì)有不同的結(jié)構(gòu)特征，內(nèi)部反射波的高、低頻率特征明顯不同，這可以作為區(qū)分不同物質(zhì)界面的依據(jù)?；炷林械匿摻?，波速近乎為零，反射自然反向，而且反射振幅特別強(qiáng)。 從混凝土后邊的脫空區(qū)再反射回來(lái)時(shí)，反射波不反向，結(jié)果脫空區(qū)的反射與混凝土表面的反射方向正好相反。 反之，從低速進(jìn)入高速介質(zhì)， 反射波振幅與入射波同向。 要點(diǎn) 1：反射波的振幅與方向 從反射系數(shù)的菲涅耳（ Fresnel）公式中可以看出兩點(diǎn)： 第一點(diǎn)反射振幅的大小，界面兩側(cè)介質(zhì)的電磁學(xué)性質(zhì)差異越大，反射波越強(qiáng)。雷達(dá)記錄的判讀也叫雷達(dá)記錄的波相識(shí)別或波相分析，它是資料解釋的基礎(chǔ)。 ， 這些都與感生電流有關(guān) 。 在空氣中電場(chǎng)與磁場(chǎng)的幅值是相等的 ， 且兩者相位相同 。 通常用波幅降至原值的 1/e的傳播距離稱為穿透深度 δ ： δ =1/α =（ 2/ζ μ ω） 1/2 該式說(shuō)明穿透深度與電導(dǎo)率和頻率的平方根成反比 。 這一速度與空氣及巖土介質(zhì)中的電磁波速相比 ， 可以認(rèn)為導(dǎo)體中的電磁波速為 0。1， 此時(shí)相位常數(shù) 、 衰減常數(shù)和電磁波速 V為： β =α =（ ζ μ ω） 1/2 V=ω/β =（ ω/ζμ） 1/2 上式說(shuō)明在高導(dǎo)介質(zhì)中 ， 波速與頻率的平方根成正比 ， 與電導(dǎo)率的平方根成反比 ， 波速是頻率和電導(dǎo)率的函數(shù) ， 波速很低 。 說(shuō)明電磁波能量的衰減主要是由于感生渦流損失引起的 。 對(duì)于非鐵磁性物質(zhì) ， 導(dǎo)磁率為 1。 相位常數(shù)與衰減常數(shù)與介質(zhì)電磁參數(shù)及頻率的關(guān)系如下： β =ω（ με） 1/2[（（ 1+ζ 2/ω2ε 2） 1/2+1） /2]1/2 α =ω（ με） 1/2[（（ 1+ζ 2/ω2ε 2） 1/21） /2]1/2 根據(jù)介質(zhì)的電磁性質(zhì) ， 分三種情況對(duì)上式進(jìn)行討論 。在工程介質(zhì)中因?yàn)橛袀鲗?dǎo)電流能量損失，電場(chǎng)與磁場(chǎng)的相位再不同步，磁場(chǎng)落后于電場(chǎng)一個(gè)相位，電導(dǎo)率越高，落后的相位越大。在波的傳播過(guò)程中其空間方向是固定不變的，即使是發(fā)生了反射與折射，也只是傳播方向 K發(fā)生變化，電場(chǎng)與磁場(chǎng)的方向依然不變。 指向磁場(chǎng)方向，大拇平伸則指向波的傳播方向 k。 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)存在的問(wèn)題 電磁波基本要點(diǎn) 電場(chǎng)、磁場(chǎng)與波矢量 電磁波是橫波，電場(chǎng)強(qiáng)度 E、磁場(chǎng)強(qiáng)度 H和波矢量 K三者互相垂直，組成右手螺旋關(guān)系。 工程對(duì)地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的要求 目前國(guó)內(nèi)外地質(zhì)雷達(dá)生產(chǎn)廠商超過(guò) 10家，生產(chǎn)的地質(zhì)雷達(dá)大同小異，其性能多集中在工程檢測(cè)領(lǐng)域。工程檢測(cè)的基本要求是高分辨率，分辨率要求達(dá)到厘米級(jí)，而對(duì)于探測(cè)深度要求較低，一般為 12m以內(nèi)。此外，應(yīng)該提高軟件的處理功能，更有效地消除噪音和干擾，提高弱反射信號(hào)的識(shí)別能力，也就增加了探測(cè)深度，可彌補(bǔ)硬件能力的不足。所能探測(cè)的最強(qiáng)與最弱信號(hào)的比值應(yīng)等于 2n。提高探測(cè)深度的另一有效措施是提高 A/D轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)位數(shù) n。目前 GSSI公司的 80MHZ、 100MHz強(qiáng)力天線是市場(chǎng)上見到的發(fā)射功率最大的天線，雙峰值 1300V，平均功率分別為 3000mw和 2500mw。 電磁波在巖土介質(zhì)中傳播時(shí)衰減是不可避免的，因而，要加大探深度，必須對(duì)雷達(dá)的軟硬件有較大的改進(jìn)?？山忉尩牡貙拥暮穸燃捶直媛始s m左右。 工程勘察對(duì)地質(zhì)雷達(dá)的技術(shù)要求最主要的是探測(cè)深度和分辨率，目前的探地雷達(dá)在北方第四系地層中探測(cè)深度可達(dá)到 2025m,在南方一般為 1520m。工程需求有兩個(gè)方向，一個(gè)是工程勘察，另一個(gè)是工程檢測(cè)，兩者對(duì)地質(zhì)雷達(dá)的技術(shù)要求是不同的。近年來(lái)，先后開發(fā)出各類高頻天線，包括手持掃描雷達(dá)，天線頻率達(dá)到2GHz。 目前的地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)指標(biāo)，基本上是受工程檢測(cè)需要的引導(dǎo)在發(fā)展。加大探測(cè)深度時(shí)，深淺反射信號(hào)的幅值的差異增大，因而儀器的動(dòng)態(tài)范圍需要增
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