探地雷达
探地雷达原理
探地雷达原理
探地雷达是一种利用电磁波进行地下勘察的仪器，它可以通过电磁波的反射来
获取地下物体的信息。
探地雷达的原理主要包括电磁波的发射、传播和接收三个过程。
首先，探地雷达通过天线向地下发射一定频率的电磁波。
这些电磁波在传播过
程中会遇到地下不同介质的边界，如土壤、岩石、水等，从而发生反射、折射和透射等现象。
这些现象会使地下物体对电磁波产生不同的响应，形成回波信号。
其次，探地雷达的天线会接收这些回波信号，并将其转化成电信号。
这些电信
号经过处理后，可以得到地下物体的位置、形状和性质等信息。
通过分析这些信息，可以对地下的结构进行识别和勘察。
探地雷达的原理基于电磁波在不同介质中的传播特性，利用电磁波与地下物体
之间的相互作用来获取地下信息。
它可以应用于地质勘探、建筑勘测、文物探测、水文地质勘察等领域，具有非破坏性、高分辨率、快速获取信息等优点。
总的来说，探地雷达的原理是基于电磁波与地下物体的相互作用，通过发射、
传播和接收电磁波来获取地下信息。
它在地下勘察领域具有重要的应用价值，为人类认识地下世界、保护文物、开发资源等提供了重要手段。
探地雷达道路检测方案
探地雷达道路检测方案一、为啥要用探地雷达检测道路。
咱先唠唠为啥要搞这个探地雷达来检测道路呢？你想啊，道路就像人的血管一样，每天都有好多车在上面跑，时间一长，道路里面可能就会出现各种毛病，比如地基下沉啊，有个空洞啥的。
要是不及时发现，说不定哪一天就会突然出个大坑，那车开着开着“哐当”一下，多危险啊。
所以呢，咱们就得用探地雷达这个厉害的家伙，就像给道路做个全身CT一样，把它内部的情况看得明明白白的。
二、探地雷达是啥玩意儿。
探地雷达就像一个超级透视眼。
它会发出一种电磁波，这个波就像小探子一样，能钻进道路里面。
遇到不同的东西，比如说遇到坚实的地基、松软的空洞或者是埋在地下的管线啥的，波就会有不同的反应，然后再反射回来。
探地雷达就把这些反射回来的信号收集起来，然后分析出道路里面到底是个啥情况。
三、检测前的准备工作。
1. 装备大集合。
2. 了解道路情况。
在检测之前，咱得对要检测的道路有个大概的了解。
比如这条路是啥时候修的，以前有没有出现过啥问题，周围有没有啥特殊的建筑或者设施。
这就好比医生看病之前要先问病人的病史一样。
这样我们在检测的时候就能更有针对性，知道哪些地方可能更容易出问题。
3. 标记检测区域。
到了现场之后，得用一些明显的标记把要检测的区域标记出来。
就像给道路划个框一样，告诉探地雷达：“你就检测这个框里面的地方就行啦。
”这样可以避免遗漏或者重复检测。
四、检测过程。
1. 设备安装与调试。
把探地雷达的设备安装好，天线要稳稳地放在地上，然后连接好各种线，打开主机。
就像给机器开机预热一样，要对设备进行调试，确保它能正常工作。
比如说调整一下发射功率、接收灵敏度啥的，让它处于最佳状态，就像给运动员做热身运动，准备好迎接“比赛”。
2. 开始检测。
然后就可以开始沿着标记好的区域慢慢地移动探地雷达了。
这个移动速度可不能太快，就像散步一样，慢慢地走，这样才能保证雷达能把下面的情况探测清楚。
在移动的过程中，操作人员要时刻盯着设备的屏幕，看看有没有什么异常的信号。
探地雷达检定规程
探地雷达检定规程今天咱们来聊聊一个很有趣的东西，叫探地雷达。
你们可以把它想象成一个超级厉害的地下侦探。
探地雷达呀，就像我们玩捉迷藏的时候，有个小伙伴能找到藏在地下的东西一样。
那怎么知道这个探地雷达是不是很准呢？这就需要检定规程啦。
比如说，我们在公园里玩的时候，有时候会想知道地下有没有埋着宝藏（当然啦，不是真的金银财宝，可能是以前的人留下的小物件）。
如果用探地雷达去找，那这个雷达就得很准才行。
就像我们用尺子量东西，如果尺子不准，那量出来的结果肯定不对。
那这个检定规程就像是给探地雷达的一场考试。
它要检查探地雷达是不是能正确地发现地下的东西，还有能发现多深的东西。
我给你们讲个故事吧。
有一个地方要建房子，建筑工人叔叔们想知道地下有没有大石头或者空洞。
他们就用探地雷达来查看。
要是这个探地雷达没有按照检定规程来检测准确，它可能就会出错。
比如说，它本来地下有个大石头，它却没发现，那工人叔叔们在打地基的时候就会遇到大麻烦，可能机器都会坏掉呢。
再在考古的时候，考古学家们想要找到古代的墓穴或者文物。
他们也会用探地雷达。
如果这个雷达不准，那可能就会错过很重要的发现。
就像有一次，考古学家们以为一个地方没有东西，结果后来发现是雷达没检测好，其实地下有很多珍贵的文物。
这个检定规程呀，就是要保证探地雷达能好好工作。
它会规定一些检查的方法。
就像我们检查自己的小玩具一样，要看看这里有没有坏，那里是不是正常。
对于探地雷达，也是要看看它的各种小零件、小功能是不是都没问题。
在农村，有时候农民伯伯想要知道地下的水源在哪里。
他们也可能会用探地雷达。
要是雷达不准，那找错了地方打井，可能就打不出水来，这对农民伯伯来说可是个大问题呢。
所以呀，这个探地雷达的检定规程是非常重要的。
它就像一个保护神，让探地雷达能准确地为我们发现地下的秘密，不管是在城市里找地下管道，还是在野外探索大自然的秘密，都离不开这个准确的探地雷达，而这背后就是检定规程在发挥着重要的作用。
探地雷达
• 基本原理
地质雷达由发射部分和接收部分组成。发射部分由产生高频脉冲波的发射机和 向外辐射电磁波的天线(Tx)组成。通过发射天线电磁波以60°～90°的波束角向地 下发射电磁波，电磁波在传播途中遇到电性分界面产生反射。反射波被设置在某一 固定位置的接收天线（Rx）接收，与此同时接收天线还接收到沿岩层表层传播的
探地雷达技术
内容简介
探地雷达：Ground-Penetrating Radar (GPR)
• • • • •
什么是探地雷达 探地雷达的发展历程； 探地雷达来自原理； 探地雷达的应用； 优缺点；
• 什么是探地雷达
探地雷达（Ground Penetrating Radar ，GPR），又称地 质雷达，透地雷达，是一种高科技的地球物理探测仪器， 是用频率介于10^6-10^9Hz的无线电波来确定地下介质分布 的一种方法.目前已经广泛的应用于高速公路，机场的路面 质量检测；隧道，桥梁，水库大坝检测；地下管线，地下 建筑的检测等诸多的工程领域。
探地雷达应用
探地雷达应用领域综述：
•桥梁路基检测：
•高速公路、机场质量检测及地基检测：
探地雷达应用
•城市地下管线探测：
探地雷达应用
•管线探测的探地雷达图像：
探地雷达应用
•建筑物质量检测，公路检测：
探地雷达应用
•探测地雷：
探地雷达应用
•地质勘探：
探地雷达应用
北极冰下水流线探测（1975年）：
直达波，反射波和直达波同时被接收机记录或在终端将两种显示出来。
地质雷达（GPR）依据电磁波脉冲在地下传播的原理进行工作， 电磁波脉冲在介质中的传播路径—波形随所通过的介质的介电性质、 几何形态而变化，根据接收到反射波的旅行时间、幅值、频率、波 形变化资料，可推断地质目的体的内部结构和几何形态。
探地雷达基本原理课件
电磁波衰减与散射
电磁波在传播过程中会发生衰减和散 射，与介质性质、频率等因素有关。
电磁波在不同介质中传播速度不同， 遵循折射、反射、透射等定律。
天线辐射与接收原理
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天线基本概念
天线是探地雷达系统中用 于辐射和接收电磁波的装 置，具有方向性和增益等 特性。
天线辐射原理
天线通过电流激励将电磁 波辐射到空间中，辐射效 率与天线结构、工作频率 等因素有关。
图像增强与识别技术
图像预处理
包括去噪、平滑、对比 度增强等操作，改善图
像质量。
特征提取
提取图像中的边缘、纹 理、形状等特征，用于
目标识别和分类。
图像分割
将图像划分为具有相似 特性的区域，便于后续
分析和解释。
模式识别
利用机器学习、深度学 习等技术，对图像中的 目标进行自动识别和分
类。
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探地雷达性能评价指标
直接观察反射波形的形状、幅度和到达时间，进行目标识别和定 位。
相关处理
利用发射信号与接收信号之间的相关性，增强目标反射信号，提 高信噪比。
频域信号处理技术
傅里叶变换
将时域信号转换为频域信号，便于分析不同频率 成分的特性。
频谱分析
研究信号的频率分布，识别不同地层的频谱特征 。
反演技术
基于频域数据，通过反演算法重建地下结构图像 。
确保发射和接收的同步性 ，避免信号失真和干扰。
天线类型及性能分析
偶极子天线
结构简单，方向性较好，适用于 浅层探测。
喇叭天线
具有较宽的波束宽度和较高的增 益，适用于深层探测。
阵列天线
通过多个天线单元的组合实现波 束合成和扫描，提高探测分辨率
探地雷达应用场景
探地雷达应用场景探地雷达（Ground Penetrating Radar简称GPR）又称地质雷达,透地雷达,是用频率介于10^6-10^9Hz的无线电波来确定地下介质分布的一种方法。
探地雷达的使用方法和原理是通过发射天线向地下发射高频电磁波,通过接收天线接收反射回地面的电磁波,电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的界面时发生反射,根据接收到电磁波的波形、振幅强度和时间的变化特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。
在坝体渗漏探测中,渗透水流使渗漏部位或浸润线以下介质的相对介电常数增大,与未发生渗漏部位介质的相对介质常数有较大的差异,在雷达剖面图上产生反射频率较低反射振幅较大的特征影像,以此可推断发生渗漏的空间位置、范围和埋藏深度。
探地雷达的用途：可用于检测各种材料,如岩石、泥土、砾石,以及人造材料如混凝土、砖、沥青等的组成。
雷达可确定金属或非金属管道、下水道、缆线、缆线管道、孔洞、基础层、混凝土中的钢筋及其它地下埋件的位置。
它还可检测不同岩层的深度和厚度,并常用于地面作业开工前对地面作一个广泛的调查。
探地雷达探地雷达已被证明是一种能够应用于根系探测的潜在工具。
对探地雷达探测原理及其在植物根系形态绘图、根径大小和生物量测量等几个方面中的应用。
根系形态分布探测需要提高雷达的发射频率和保持足够小的扫描间距，在估计植物根系大小和生物量方面主要依赖于有效的、能够反映相关特征的雷达探测信息参数的提取。
同时还需要高级的数分析和数据处理技术的支持。
探地雷达是利用天线发射和接收高频电磁波来探测介质内部物质特性和分布规律的一种地球物理方法。
探地雷达早期有多种叫法．如地面探测雷达(Ground—probing Radar)、地下雷达(Sub—surface Radar)、地质雷达(Geo Radar)、脉冲雷达(Impulse Radar)、表面穿透雷达(Surface Penetrating Radar)等，都是指面向地质勘探目标、利用高频脉冲电磁探测地质目标内部结构的一种电磁波方法探地雷达是近几十年发展起来的一种探测地下目标的有效手段，是一种无损探测技术，与其他常规的地下探测方法相比，具有探测速度快、探测过程连续、分辨率高、操作方便灵活、探测费用低等优点，在工程勘察领域的应用日益广泛。
探地雷达
探地雷达的应用
探地雷达是种高分辨率探测技术，可以 对浅层地质问题进行详细填图，也可以对地 下浅部埋藏的目的体进行无损检测。
20世纪80年代以来，由于电子技术与数 字处理技术的发展，使探地雷达的分辨率与 探测深度大大提高，探地雷达已在工程地质 勘察、灾害地质调查、地基基础施工质量检 测、考古调查、管线探测、公路工程质量检 测等多个领域中得到了广泛应用。
(1)顶管引起地下塌陷原因剖析。 上海曲阜路地下煤气管道的地下顶管 施工过程中，文安路口东头路面发生陷落， 为决定煤气管是继续采用地下顶管施工， 还是采用大开挖施工，必须查明陷落范围 与成因。为此应用探地雷达进行探查。
图42 上海曲阜路探地雷达图像
图42为该段探地雷达图像。在地表32－54m范围，深度1.5-4m处可见到反射 42为该段探地雷达图像 在地表32 54m范围，深度1 为该段探地雷达图像。 32－ 波特征明显不同于周围介质的区域。该处反射波强度明显加大， 波特征明显不同于周围介质的区域。该处反射波强度明显加大，反射波同相 轴明显不连续，呈现杂散充填物的反射波特征。该处紧挨吴淞江， 轴明显不连续，呈现杂散充填物的反射波特征。该处紧挨吴淞江，地表有流 入吴淞江的支流，因此在筑路时填充有杂填土。由图还可见到， 入吴淞江的支流，因此在筑路时填充有杂填土。由图还可见到，在更大范围 地表2 54m)内有反射波强度变弱、周期变短的区域， m)内有反射波强度变弱 (地表2－54m)内有反射波强度变弱、周期变短的区域，具有均质淤泥反射波 特征，故该处应为杂填土的沉积物范围。淤泥液化势高， 特征，故该处应为杂填土的沉积物范围。淤泥液化势高，在地下顶管过程中 受到扰动，饱和孔隙水释放，淤泥塌陷，造成路基承载力下降，路面陷落。 受到扰动，饱和孔隙水释放，淤泥塌陷，造成路基承载力下降，路面陷落。 淤泥变形区的周界处可见到反射波同相轴的明显错断。 淤泥变形区的周界处可见到反射波同相轴的明显错断。
探地雷达培训课件
数据处理与图像解析
数据处理
对接收到的原始数据进行滤波、放大 、去噪等处理，以提取有用的信息。
图像解析
将处理后的数据转换为可视化的图像 ，以便于分析和解释。
03
探地雷达设备与操作
探地雷达的硬件组成
发射器
产生高频电磁波并发送到地下。
接收器
接收反射回来的电磁波。
控制器
控制发射器和接收器的操作，以及数据处理和显 示。
地下管线探测
探地雷达可以准确探测地下管线位置和深度，为城市规划和管线维护提供重要信 息。
探地雷达在环境监测中的应用
土壤污染监测
探地雷达可以检测土壤中的污染物分布和深度，评估环境污染程度和影响，为污染治理提供依据。
地下水污染监测
利用探地雷达可监测地下水水位、流动方向和速度，同时可检测地下水中的污染物种类和浓度，为水 资源保护和水污染治理提供科学数据。
提高测量精度的方法
采用高频率电磁波
高频率电磁波具有更高的穿透力 和分辨率，能够提高测量精度。
优化接收器设计
通过改进接收器的设计，提高其 灵敏度和选择性，能够更好地接
收信号，降低误差。
采取抗干扰措施
采用屏蔽、滤波等技术，减少周 围环境对测量过程的干扰，提高
测量精度。
探地雷达的性能优化
优化软件算法
通过改进软件算法，提高数据处理速度和准确性，能够提高探地 雷达的性能。
振幅测量法
通过测量反射回来的电磁 波振幅来推断物体的性质 。
相位测量法
通过测量反射回来的电磁 波相位来推断物体的性质 。
04
探地雷达应用实例
探地雷达在考古领域的应用
考古探测
利用探地雷达的高分辨率和穿透能力，考古学家可以探测地下文物和遗址，了 解古代文明的历史和文化。
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探地雷达原理及应用读书报告班级：061094班姓名：洪旭程学号：20091001724探地雷达探测是一种先进的测试技术,是近十余年发展起来的地球物理高新技术方法,以其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图像显示等优点,备受广大工程技术人员的青睐。
现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、水文地质调查、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域,取得了显著的探测效果和社会经济效益,并在工程实践中不断完善和提高,必将在今后的工程探测领域发挥着愈来愈重要的作用。
因此,对广大工程技术人员来说,了解和学习探地雷达的原理及应用是非常必要的。
探地雷达探测技术在方法、仪器等方面仍在发展,其分辨率和探测范围也在不断的提高和扩大,比如美国地球物理调查系统公司( Geophysical Survey System Inc. ) 的SIRO10H 仪器,其标称的最小探测深度为4 cm ,最大探测深度为50 m ,最小可探测对象尺度为毫米级。
但探地雷达探测技术与其它的地球物理勘查技术一样,其探测效果与其应用条件密切相关。
一、探地雷达的工作原理探地雷达探测的工作原理,简单地说是通过特定仪器向地下发送脉冲形式的高频、甚高频电磁波。
电磁波在介质中传播,当遇到存在电性差异的地下目标体,如空洞、分界面等时,电磁波便发生反射,返回到地面时由接收天线所接收。
在对接收天线接收到的雷达波进行处理和分析的基础上,根据接收到的雷达波形、强度、双程时间等参数便可推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形态,从而达到对地下隐蔽目标物的探测(如图1 所示) 。
这是一种非破坏性的探测技术,可以安全地用于城市建设中的工程场地,并具有较高的探测精度和分辨率。
图1 中T 为发射天线, R 为接收天线,电磁波在地下介质中遇到目标体和基岩时发生反射, 信号返回地面由天线R 接收并记录,通过主机的回放处理,就可以得到雷达记录的回波曲线(如图2 所示) 。
图2 中横坐标的单位为m ,横轴代表地表面的探测距离,在地表面均匀打点可以得到相应点位的地下介质分布情况;纵坐标代表的是电磁波从发射到遇见地下目标体或基岩时反射回地面并被仪器接收所需要的时间。
有了雷达记录的双程反射时间即可据公式(1) 算出该界面的埋藏深度H :H = (t·c)\ 2 εr (1)其中, t 为目标层雷达波的反射时间; c 为雷达波在真空中的传播速度(0. 3 m/ ns) ;εr 为目标层以上介质相对介电常数均值。
二、探地雷达数据采集及处理2.1 数据采集探地雷达采用高频电磁波的形式进行地下介质的探测，其运动学规律与地震勘探方法类似，因而地震勘探的数据采集方法可以被借鉴到探地雷达野外测量中，其中包括反射﹑折射和透射测量方式。
在反射测量方式中以剖面法多次覆盖技术为主，其他方法为辅。
剖面法是发射天线和接收天线以固定间距沿测线同步移动的一种测量方式。
剖面法的测量结果用探地雷达时间剖面图像来表示。
当天线距离很小时，相当于自激自收的数据采集方式，得到的记录能较准确地反映测线处各反射界面的形态和介质体的空间位置等信息。
然而，由于地下介质对电磁波的吸收，来自深处界面的反射波会由于信噪比过低而不易识别，这时需应用不同天线距的发射－接收天线在同一测线上进行重复测试，然后将测试记录中相同位置的记录进行叠加，以增强对深部介质探测的分辨率。
在探地雷达探测过程中，可以根据现场地形﹑设备状况以及实际需要来选择不同的测量方式。
2.2 数据处理探地雷达数据处理的目的主要是压制各种噪声，增强有效信号，提高资料信噪比，以最大可能的分辨率在探地雷达图像剖面上显示反射波，以便从数据中提取速度、振幅、频率、相位等特征信息，帮助解释人员对资料进行有效的地质解释。
探地雷达的数据处理流程一般分两部分：第一部分为数据编辑，包括数据合并、废道剔除、测线方向一致化、漂移处理；第二部分是常规处理以及探地雷达图像增强处理，包括数字滤波、振幅恢复、均衡、归一化、小波变换、时深转换等。
三、影响探地雷达的因素影响探地雷达的探测深度、分辨率以及精度的因素主要包括内在与外在的两方面。
内在因素主要是指探测对象所处环境的电导率,介电常数等因素;外在因素主要与探测方法有关, 如探测所采用的频率,采样速度等。
在实际应用中,综合考虑这些因素,采用适当的方法技术, 是探测成功与否的关键。
本文主要就环境电导率、介电常数以及探测频率的影响做一些探讨。
3.1 环境电导率的影响环境电导率是影响探地雷达探测深度的重要因素,高频电磁波在地下介质的传播过程中会发生衰减。
由于探地雷达的工作频率较高,一般认为,高频电磁波在地下介质的传播过程满足介电极限条件,即ωεmσ。
ω为电磁波的频率;ε为环境的介电常数;σ为环境的电导率。
高频电磁波的衰减系数满足（1）其趋肤深度（2）实际上,由于大地电阻率一般都比较低, 达不到介电极限条件, 其工作条件介于准静态极限(ωεnσ) 与介电极限条件之间。
对于静态极限,其趋肤深度（3）可见,不管工作条件是在介电极限还是在准静态极限条件,或者是界于两者之间,其趋肤深度都是随电导率的增大而减少,即环境的电导率越低,高频电磁波的衰减越慢,探测深度越大。
在工程实践中,环境电导率的值一般在4～10 - 9 S/ m,对于常见的非饱和含水土壤和沉积型地基,其电导率的大小主要受含水量及粘土含量的影响,存在以下经验公式σ = n (1 - s) σa + ns σw + (1 - n) σs , (4)式中,σ为电导率;σa ,σw ,σs 分别为空气、水和土的电导率; n 为孔隙率; s 为含水饱和度。
一般地说,低电导率条件(σ< (10～7) S/ m) 是很好的雷达应用条件,如空气、干燥花岗岩、干燥石灰岩、混凝土等, (10～7) S/ m <σ< (10～2) S/ m 为中等应用条件,如纯水、冰、雪、砂、干粘土等,σ> (10～7) S/ m 为很差的应用条件,如湿粘土,湿的页岩,海水等。
3.2 介电常数的影响介电常数反映了处于电场中的介质存储电荷的能力。
介质的介电常数主要受介质的含水量以及孔隙率影响,与电导率相类似,也存在以下经验公式ε = n (1 - s) ε a + ns εw + (1 - n) εs , (5)通常把一种介质的介电常数与空气介电常数的比称为相对介电常数。
相对介电常数的范围为:1 (空气) 至81 (水) 。
表1 为工程勘察中常见介质的相对介电常数。
表1 常见介质的相对介电常数介质类型相对介电常数介质类型相对介电常数空气1 花岗岩4～7雪1～2 砂岩6PVC 材料3 页岩5～15沥青3～5 石灰岩4～18纯水冰4 玄武岩8～9混凝土4～11 (5) 土壤和沉积物4～30高频电磁波在介质中的传播速度主要取决于介质的介电常数,其速度v = c/ ε , (6)式中, c 为光速。
高频电磁波在两种不同介质的界面产生反射,反射系数r = ( ε 1 - ε 2 ) / ( ε 1 + ε 2 ) , (7)由于探地雷达是接受反射波的信息来探测目标体,而反射信号的强弱取决于介电常数的差异,因此,介电常数的差异是探地雷达应用的先决条件。
3.3 探测频率的影响一般的探地雷达都拥有多种频率的天线,一些厂家的天线中心频率低频可达到16 MHz ,高频可达到2 GHz。
通常,把探测时所采用的天线中心频率称为探测频率,而其实际的工作频率范围是以探测频率为中心的频带,探测频率主要影响探测的深度和分辨率。
当探地雷达工作在介电极限条件时,高频电磁波的衰减几乎不受探测频率的影响,比如,电磁波在空气中传播,由于不存在传导电流,电磁波不发生衰减。
但实际上,由于大地电阻率一般都比较低,其工作条件达不到介电极限条件。
由于传导电流的存在,高频电磁波在传播过程中发生衰减,其衰减的程度随电磁波频率的增加而增加。
因此,在实际工作时,必须根据目标体的探测深度选用合理的探测频率。
在工程地质勘察中,勘察深度一般在5～30 m ,选择低频探测天线,要求探测频率低于100 MHz。
对于浅部工程地质,探测深度在1～10 m ,探测频率可选择100～300 MHz ;对于探测深度在0. 5～3. 5 m 的工程、环境以及考古勘察工作,探测频率可选用300～500 MHz ;对于混凝土、桥梁裂缝等厚度在0～1 m 左右的检测,探测频率一般选用900 MHz～2 GHz。
探测频率是制约探测深度的一个关键因素,同时也决定了探测的垂直分辨率,一般是探测频率越高,探测深度越浅,探测的垂直分辨率越高。
对于层状地层,以Tm 表示可分辨的最小层厚度,λ为高频电磁波的波长, 则有Tm = 0. 5λ, 由于λ= v/ f , 其中, v 为电磁波的传播速度, f 为电磁波的频率,而又因(6) 式,于是Tm = c/ 2 f ε。
由此可见,探测频率和介质的介电常数是决定垂直分辨率的两个主要因素。
对于金属圆柱体,其可探测的最小直径约为埋深的8 % ,埋深大于3 m,其可探测的最小直径约为埋深的50 %。
探测频率也是制约水平分辨率的一个关键因素。
探地雷达向地下传播是以一个圆锥体区域向下发送能量, 如图1 所示。
电磁波的能量主要聚集在能量区, 而不是一个单点上。
在能量区的中央有一个称为第一Fresnel 带的区域。
雷达接收的反射波能量主要来自该区域,因此,反射波的信号反映的是反射区内介质的平均效应,也就是说,当水平尺度小于反射区尺度时,雷达是难以分辨的,而反射区的半径Rf 主要由电磁波的波长λ和反射面的深度R0 决定,其关系为Rf = (λR0 + 1/ 42λ) 1/ 2 。
电磁波频率越高,波长越短,反射区的半径越小,水平分辨率高。
四、探底雷达的应用实例4.1管线探测中的运用地质情况沪宁高速公路改造工程, 在跨越丹阳运河时需进行大口径灌注桩的施工。
由于石油天然气管道在设计的桩位附近, 准确位置不详, 为保证打桩工程的安全实施, 需查明该管线精确的水平位置。
为了穿越运河, 管线的埋深相当大, 属于超深管线, 所以探测难度较大。
推断解释采用探地雷达型号为加拿大Sensor & Soft-w are Inc. 生产的PU LSE EKKO- 4 型。
沿着管线的走向一共布置了三条剖面, 每条剖面走向垂直于管线走向, 剖面按照对应的桥桩进行编号, 即分别为55# 、52# 和50# 。
使用天线频率为50MH z, 天线间距为1m, 测点间距为0. 25m。
探测结果分别如图3、图4 和图5 所示,雷达探测波形图的水平坐标为距离( 单位: m) , 左侧纵坐标为雷达波双程传播时间( 单位: ns) , 右侧纵坐标为深度( 单位: m) 。