地质雷达的原理
地质雷达检测原理及应用
1.5 地质雷达探测系统的组成
从左到右从上到下依次为： SIR-20主机、电缆、400M 天线、电池和充电器、打标 器、测距轮
1.6 地质雷达天线分类
空气耦合天线：主要用于道 路路面检测（具有快速便捷 的特点，但受到的干扰较 大）；
地面耦合天线：主要用于地 质构造检测，检测深度较深 （地面耦合天线能够减少天 线与地面间其他因素的干扰， 检测效果较为准确）
2.2 现场检测工作 2.2.1 仪器设备启动与参数设置 ① 连接主机与电源和天线 ② 打开主机电脑，进入采集软件 ③ 采集方式：时间模式time（也称为连续测量、自由测量）、距离模式
distance（也称为测距轮控制测量、距离测量）、点测模式point ④ 采集关键参数 （1）频率：发射天线的中心频率越高，则分辨率越高，
与探空雷达一样，探地雷达利用超高频电磁波的反射来探测目标体，根 据接收到的反射波的旅行时间、幅度与波形资料，推断地下介质的结构与分 布。
1.2 地质雷达的工作频段
1~100MHz, 低频，地质探测1-30米 100~1000MHz，中频，构造结构探测，2米 1000~5000MHz，高频, 浅表结构体探测， 50厘米
反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差越大，反射 信号越强
（7世界中粒子呈无序排列的 状态，当外界电磁波穿透该 物质时，微观世界中的粒子 就会成定向排列状态，此时 会形成一个电容板，对外界 穿过的电磁波形成一定的阻 碍作用，而每种物质粒子的 排列规律不同，形成电容板 时阻碍外界电磁波穿过的能 力不同，因此各种物质的介 电常数也不同
（9）在“表格”窗口中点“剖面”选项，设置起始里程，如果里程向右减小，选中 “区域减量”。
三、地质雷达典型缺陷图形判定
地质雷达的工作原理
地质雷达的工作原理
地质雷达是一种利用电磁波进行地下探测的仪器。
其工作原理基于电磁波在不同介质中传播时发生反射、折射和透射的特性。
当地质雷达发射电磁波时，电磁波会以波束的形式向地下传播。
当遇到地下不同介质的边界时，如岩石和土壤之间的交界面，部分电磁波会被反射回地面，部分会被介质吸收或透射。
接收到的反射波被地质雷达接收器接收并记录下来，通过测量反射波的强度和时间来获取地下介质的信息。
根据不同介质对电磁波的反射特性，地质雷达可以判断地下的不同结构，例如地层、岩石、空洞或地下水等。
地质雷达使用不同频率的电磁波进行探测，常见的有雷达和探测深度较浅的埋地雷达。
高频率的电磁波能够提供较高的分辨率，但探测深度相对较浅；低频率的电磁波能够达到更大的探测深度，但分辨率相对较低。
除了电磁波的选择，地质雷达的探测结果还受到其他因素的影响，如地下介质的电导率、含水量和形态等。
因此，在实际应用中，地质雷达通常需要与地质勘探的其他方法结合使用，以提供更准确的地下结构信息。
地质雷达的原理
地质雷达的原理
地质雷达利用超高频电磁波探测地下介质分布。
其基本原理是：发射机通过发射天线发射中心频率为至1200M、脉冲宽度为的脉冲电磁波讯号。
当这
一讯号在岩层中遇到探测目标时，会产生一个反射讯号。
直达讯号和反射讯号通过接收天线输入到接收机，放大后由示波器显示出来。
根据示波器有无反射讯号，可以判断有无被测目标；根据反射讯号到达滞后时间及目标物体平均反射波速，可以大致计算出探测目标的距离。
由于地质雷达的探测是利用超高频电磁波，使得其探测能力优于例如管线探测仪等使用普通电磁波的探测类仪器，所以地质雷达通常广泛用于考古、基础深度确定、冰川、地下水污染、矿产勘探、潜水面、溶洞、地下管缆探测、分层、地下埋设物探察、公路地基和铺层、钢筋结构、水泥结构、无损探伤等检测。
以上信息仅供参考，建议查阅专业雷达书籍或咨询地质雷达专家获取更全面和准确的信息。
TSP、地质雷达、红外探水在工程中的应用原理
地质雷达方法地质雷达检测是利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，其工作过程是由置于地面的发射天线发送入地下一高频电磁脉冲波(主频为数十兆赫至数百兆赫乃至千兆)，地层系统的结构层可以根据其电磁特性如介电常数来区分，当相邻的结构层材料的电磁特性不同时，就会在其界面间影响射频信号的传播，发生透射和反射。
一部分电磁波能量被界面反射回来，另一部分能量会继续穿透界面进入下一层介质，电磁波在地层系统内传播的过程中，每遇到不同的结构层，就会在层间界面发生透射和反射，由于介质对电磁波信号有损耗作用，所以透射的雷达信号会越来越弱。
探地雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理机和终端设备(计算机)等组成。
各界面反射电磁波由天线中的接收器接收并由主机记录，利用采样技术将其转化为数字信号进行处理。
从测试结果剖面图得到从发射经地下界面反射回到接收天线的双程走时t。
当地下介质的波速已知时，可根据测到的精确t值求得目标体的位置和埋深。
这样，可对各测点进行快速连续的探测，并根据反射波组的波形与强度特征，通过数据处理得到地质雷达剖面图像。
而通过多条测线的探测，则可了解场地目标体平面分布情况(如图2.2所示)。
通过对电磁波反射信号(即回波信号)的时频特征、振幅特征、相位特征等进行分析，便能了解地层的特征信息(如介电常数、层厚、空洞等)。
红外探水仪简介地质体每时每刻都在由向外部发射红外能量，并形成红外辐射场。
地质体由内向外发射红外辐射时，必然会把地质体内部的地质信息，以红外电磁场的形式传递出来。
当隧道前方和外围介质相对比较均匀，且不存在隐蔽灾害源时，沿隧道走向分别对顶板、底板、左边墙、右边墙向外进行探测，所获得的红外探测曲线，具有正常场特征。
当隧道断面前方或隧道外围任一空间部位存在隐蔽灾害源时，隐蔽灾害源产生的灾害场就一定会迭加到正常场上，使正常场中的某一段曲线发生畸变，畸变段称作红外异常。
红外探测就是根据红外异常来确定隐蔽灾害源的存在。
地质雷达技术讲解
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数据采集记录表
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数据采集记录表
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仪器操作
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仪器操作
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仪器操作
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仪器操作
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仪器操作
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数据处理 雷达波在地下的传播过程中各种噪声和杂波的干扰非常严 重，正确识别各种杂波与噪声、提取其有用信息是探地雷 达记录解释的重要的环节，其关键技术是对地质雷达记录 进行各种数据处理。电磁波的传播形式与地震波十分相似，
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静校正/移动开始时间 二维滤波/抽取平均道 偏移/时深转换 图像显示和解释
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报告编写 1. 委托方名称，工程名称、地点，建设单位、勘察单位、 设计单位、监理单位和施工单位，设计要求，检测目的， 检测依据，检测日期； 2.检测原理及方法； 3.检测里程汇总；
4.问题缺陷汇总表；
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地质雷达应用领域
市政设施及管线探测
地质与环境探测
铁路工程探测
公路探测
考古探测
建筑结构、桥梁、隧道检测 军事安全探测
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隧道检测
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隧道检测 隧道探测要解决的主要问题
隧道衬砌厚度检查
隧道内部结构物检查—钢筋、钢拱架等 隧道衬砌混凝土质量检查 隧道衬砌混凝土密实度检查 隧道衬砌防水板检查
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检测图像解释 混凝土不密实（衬砌界面的强反射信号同相轴呈绕射弧 形，且不连续较分散）
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检测图像解释 衬砌厚度变化
地质雷达的原理
地质雷达的原理地质雷达是一种利用雷达原理进行地下探测的仪器。
它通过向地下发送电磁波并接收反射回来的波束，对地下的物质成分和结构进行探测和分析。
地质雷达可以在不破坏地表的情况下，获取地下的信息，对于地质勘探、地下水资源调查、工程建设等具有重要的应用价值。
地质雷达的工作原理基于电磁波在空间中的传播和被物体散射的特性。
当电磁波从雷达发射器发出后，会以电磁波的速度在空间中传播。
当电磁波遇到不同介质的边界时，会发生折射、反射、透射等现象。
在地质雷达探测中，电磁波主要与地下介质的电磁性质相互作用。
当电磁波与地下物质相互作用时，会发生电磁波的散射和衰减。
地下介质的电磁性质与地质雷达中的频率密切相关，因此地质雷达的探测效果受到频率的影响。
地质雷达通常用的是探地雷达，探地雷达通过发送一系列高频的短脉冲信号，然后记录回波的强度和到达时间。
根据回波的强度和时间，可以对地下物质的位置、形状和电磁性质进行分析。
在地质雷达的探测过程中，主要有以下几个步骤：1. 雷达发射：地质雷达通过雷达发射器发送高频电磁波到地下。
常用的频率范围为几百兆赫兹到几吉赫兹。
2. 地下物质的散射和衰减：电磁波在地下遇到物质后，会发生反射、散射和衰减等现象。
不同类型的地下物质对电磁波的散射和衰减程度不同，从而产生不同的回波信号。
3. 回波接收：地质雷达的接收器接收到从地下反射回来的回波信号。
接收到的回波信号可以包含有关地下物质的信息。
4. 数据处理：接收到的回波信号经过合适的处理和分析，可以从中提取出地下物质的信息，如深度、形态、电磁性质等。
常见的数据处理方法包括滤波、叠加、模式匹配等。
5. 显示与解读：处理后的数据可以通过图像或曲线等形式显示出来。
地质雷达的操作员可以根据显示的结果对地下物质进行解读，判断该地下物质的性质和分布情况。
地质雷达的原理基于电磁波的传播和地下物质对电磁波的散射和衰减等特性。
通过发送和接收电磁波，并结合合适的数据处理和解读方法，可以获取地下物质的信息。
地质勘探中的地质雷达技术
地质勘探中的地质雷达技术地质雷达技术是地球科学领域中一种非常重要的勘探技术，它能够通过无损检测方式获得地下结构的信息。
本文将介绍地质雷达技术的原理、应用领域以及未来的发展趋势。
一、地质雷达技术的原理地质雷达技术利用微波信号与地下物质相互作用的特性，通过检测回波信号来确定地下结构。
其原理可以简单概括为发射、接收和处理三个步骤：1. 发射：地质雷达系统通过天线发射微波信号，这些信号会在地下不同介质的界面上发生反射、折射、散射等现象。
2. 接收：接收系统会收集回波信号，并将其转化为电信号发送到处理系统进行分析。
3. 处理：处理系统对接收到的信号进行时频分析，通过波形和幅度的变化来获得地下结构的信息。
二、地质雷达技术的应用领域地质雷达技术在地球科学领域有着广泛的应用，可以用于以下几个方面：1. 地质勘探：地质雷达技术可以用于地质勘探，例如矿产资源勘探、岩溶地貌勘察、地下水资源调查等。
通过地质雷达扫描，可以获取地下结构的信息，帮助勘探人员确定勘探区域的地质构造和岩石性质。
2. 土壤研究：地质雷达技术对于土壤研究也有很大的帮助。
通过对土壤中微波信号的分析，可以获取土壤的含水量、密度、孔隙率等信息，有助于土壤质地评价和土壤污染监测。
3. 工程勘察：地质雷达技术在工程勘察中起到了重要的作用。
它可以用于检测地下管线、洞穴、地下隧道等工程建设中的隐患，帮助工程师减少钻探次数、提高工作效率，并确保施工的安全性。
4. 灾害监测：地质雷达技术在灾害监测方面也有广泛应用。
例如，它可以用于监测地质滑坡、地下水位变化、地震活动等，为灾害预警和防治提供重要的数据支持。
三、地质雷达技术的发展趋势随着科技的不断进步，地质雷达技术也在不断发展。
未来，地质雷达技术可能朝着以下几个方向发展：1. 分辨率提升：随着雷达系统技术的改进，地质雷达的分辨率将进一步提升，可以获取更精细的地下结构信息。
2. 多频段应用：地质雷达技术可以利用多种频段的微波信号，通过对多频段信号的处理来获取更丰富的地下信息。
地质雷达原理
地质雷达原理
地质雷达是利用电磁波在地下传播的原理，通过对地下物质的反射和散射进行接收和分析，进而对地下结构进行探测和测量的一种无损检测仪器。
其原理是利用雷达技术，通过发射一定频率的电磁波，当电磁波遇到地下各种介质界面时，会发生反射、折射、散射等现象，根据这些现象可以获得地下结构的信息。
地质雷达主要通过接收不同方向散射回来的电磁波信号，进而确定各个界面的位置、形状、厚度等地质特征。
地质雷达的发射源一般采用高频的连续波或者脉冲波，其工作频率通常在10～1000MHz之间。
发射源产生的电磁波信号通过天线发射进入地下。
当电磁波遇到不同性质的地下物质时，就会发生反射和散射。
这些反射和散射的电磁波信号经过地下不同介质的传播后，一部分会返回到地面，并被接收器的天线接收到。
接收到的反射和散射信号经过放大和滤波等信号处理过程后，可以得到地下介质的电磁参数、介电常数、电导率等信息。
通过地质雷达扫描地表，可以绘制出地下各个界面的分布情况，如土质、岩性、矿脉、水层等地质结构的分布图。
通过分析这些地质结构的信息，可以对地质勘探、水资源调查、工程建设等提供有力的支持。
总之，地质雷达利用电磁波在地下介质中的传播特性，通过接收反射和散射信号，可以实现对地下结构的无损检测和测量。
通过地质雷达技术，可以获取各个界面的位置、形状、厚度等地质特征，为地质勘探和工程建设提供重要的信息。
地质雷达原理
地质雷达原理地质雷达是一种利用电磁波进行地下勘探的仪器，它可以有效地探测地下不同深度的物质结构和地质构造。
地质雷达原理主要是利用电磁波在地下的传播特性，通过接收地下物质对电磁波的反射和散射信号来获取地下结构信息。
地质雷达原理的理解对于地下勘探和地质探测具有重要意义。
地质雷达原理的核心是电磁波在地下的传播特性。
当电磁波穿过地下介质时，会受到地下介质电磁参数的影响，不同介质对电磁波的反射和散射特性也不同。
地质雷达通过发射电磁波并接收其反射和散射信号，分析这些信号的特性来获取地下介质的信息。
电磁波在地下的传播受到地下介质的介电常数和磁导率的影响，因此地质雷达可以探测地下介质的电磁参数变化，从而得到地下结构的信息。
地质雷达原理的关键在于电磁波与地下介质的相互作用。
当电磁波穿过地下介质时，会发生折射、反射和散射现象。
这些现象会导致地质雷达接收到不同深度和不同方向的信号，通过分析这些信号的特性，可以获取地下介质的结构信息。
地质雷达可以探测到地下的空洞、裂隙、岩层、矿体等物质结构，对于地下水、矿产资源、地质灾害等具有重要的应用价值。
地质雷达原理的理解对于地下勘探和地质探测具有重要意义。
通过对地质雷达原理的深入研究和理解，可以更好地应用地质雷达技术进行地下勘探和地质探测工作，为地质勘探、工程建设、资源开发等提供可靠的地质信息。
地质雷达技术在地下勘探、地质灾害监测、矿产资源勘探等领域有着广泛的应用前景，对于促进地质勘探和资源开发具有重要的意义。
综上所述，地质雷达原理是利用电磁波在地下的传播特性，通过接收地下介质对电磁波的反射和散射信号来获取地下结构信息。
地质雷达原理的理解对于地下勘探和地质探测具有重要意义，通过对地质雷达原理的深入研究和理解，可以更好地应用地质雷达技术进行地下勘探和地质探测工作，为地质勘探、工程建设、资源开发等提供可靠的地质信息。
地质雷达技术在地下勘探、地质灾害监测、矿产资源勘探等领域有着广泛的应用前景，对于促进地质勘探和资源开发具有重要的意义。
地质雷达原理
地质雷达原理
地质雷达（geologicalradar）是通过发射高频电磁波，使目标体内部产生电磁场，利用接收天线接收，根据电磁波在目标体内的传播速度和衰减程度，可探测出地下目标体的空间位置、形状、大小等属性特征，从而达到探测地下目标体的目的。
地质雷达是通过发射高频电磁波（频率通常为
1MHz~10MHz），使被探测体内部产生电磁场，当电磁波在被探测体中传播时，会遇到不同频率的反射波。
这些反射波与探测目标的反射波相遇后会产生反射，如果反射波和透射波的速度、衰减等特性相同或相近时，反射波的相位相同或相近，那么反射波和透射波同相，并在传播过程中相互抵消。
由于地球介质的不均匀性、电介质与水、空气的介电常数差异及含水介质对电磁波的吸收等原因，使得不同介质中所产生的反射波的相位、振幅等特性不同。
这些特征反映了地下目标体的存在和空间位置。
因此在雷达图上形成了一个个反射波相位对应关系图。
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双曲线形成过程模拟
天线
雷达波的传播
•几何扩散； •散射； •能量转换； •反射；
雷达波传播聚焦
球面扩散
Ri
1 2 1 2
探测深度与方法选择
地质雷达探测的有效深度
• 地质雷达探测目标体能力的相关因素：
• • • • 目标体的性质 能量在传播过程中的损失 发射功率 天线的中心频率
地质雷达方法探测深度
地质雷达天线和应用
不同频率天线探测地层分界面
垂直分辨率
– 垂直分辨率：能够分辨的两个物体在垂直方 向上的最小间隔。
• 频率越高，脉冲时间越短，分辨率越高；探测深 度越浅。 • 最小间隔：1/4波长,波长可以利用天线的中心频 率f 、电磁波在介质中的传播速度Vm计算出来
模糊区
介电常数表
水：介电常数81 速度30
介电常数-传播速度
v=0.1=1/10(m/ns) h=v*t/2 = 1/10*t/2 h=t/20
介电常数-传播速度
估算速度：v=0.1=1/10(m/ns) h=v*t/2 t = h*2/v 估算时间：t=h*2/0.1=h*20 记录长度 range :T=t*1.2 v=10cm/ns v=0.1m/ns =1/10(m/ns) h=v*t/2 = 1/10*t/2 h=t/20(m)
地质雷达测线
地层1 地层2
Grey scale and colour radargrams
0 20 m
信号位置
地层界面图示
多层介质分界面图示
测量电磁波速度 - 时间转换深度
地层底界面深度计算
h:地层底界面深度(m) t:电磁波传播双程时间(ns) c:电磁波在空气中的传播速度(0.3 m/ns) v:电磁波在材料中的传播速度(m/ns) ε:材料的介电常数 εr：材料的相对介电常数
ground coupled
SIR 地面耦合天线
地质雷达天线 a) 偶极子天线; b) 蝶型天线; c) 喇叭天线.
蝶型天线
发射天线
接收天线
地质雷达的原理
• 地质雷达主机与天线 • 地质雷达工作原理 • 地质雷达系统探测系统 • 地质雷达系统的采样机制 • 地质雷达成图原理
地质雷达系统探测系统
天线
电磁波能量传播图
水平分辨率
Fs =2[(Z+λ/4)2-Z2]1/2 =2(λ2/2+λ2/16)1/2 ≈(2λZ)1/2 ≈V(tΔt)1/2
雷达波信号采样方法
地质雷达的原理
地质雷达的原理--电磁波反射法
• 地质雷达主机与天线 • 地质雷达工作原理
• • • • 地质雷达系统探测系统 地质雷达系统的采样机制 地质雷达成图原理 电磁波的传播机制
SIR-20(CF-29/MF-20)
最轻便的SIR-3000便携式透地雷达
天线
• 天线是一种电磁波转换装置 • 天线包括接收天线和发射天线 • 发射天线是把电信号转换为电磁波，向外 界辐射 • 接收天线是把外界的电磁波接收到并转换 为电信号
GPR探测系统原理
电磁波， 单体天线反射法
2
1
主机
7
发射天线
入射波
第一层 第二层
5 4
3
接收天线
6 Reflected pulses
发射波
第三层
散射
图 2.3: 信号发射与数据采集
电磁波反射系数
Ri
1 2 1 2
介电常数表
水：介电常数81 速度30
地质雷达信号
地质模型 数学模型 脉冲 ricker子波