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《探地雷达探测中对媒质相对介电常数的测定》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第33卷第1期物探与化探Vol.33,No.12009年2月GEOPHYSICAL&GEOCHEMICALEXPLORATIONFeb.,2009探地雷达探测中对媒质相对介电常数的测定12邓小燕,王通(1.西北民族大学电气工程学院,甘肃兰州730030;2.中国水电顾问集团西北勘测设计研究院物探研究所,甘肃兰州730050)摘要:分别就探地雷达探测中的收发一体式天线、收发分离式天线在实际工作中对媒质相对介电常数的几种主要测定方法:已知目标深度法、点源反射体法、共中心点(CMP)法及层状反射体法,从理论到实例一一做了详细的论述。实践证明,这
2、些方法能够满足生产要求。关键词:探地雷达;相对介电常数测定方法;已知目标深度法;点源反射体法;共中心点法;层状反射体法中图分类号:P631文献标识码:A文章编号:1000-8918(2009)01-0043-03在探地雷达探测中,媒质的相对介电常数的设1已知目标深度法置直接关系到探测深度的准确程度。不同地区或工程中的媒质的相对介电常数往往差别很大。以常见如果已知探测目标的深度(或厚度)为h,收的混凝土媒质为例,因它具有多相性的物质架构,水(R)发(T)天线间距为x,将雷达移到目标体上方使泥型号、骨料、水灰比、凝结时间等的不同都会直接得收发
3、天线的中心(O′)位于目标(O)正上方(图影响混凝土的相对介电常数,如未凝结的混凝土具1),仪器记录经目标体反射的电磁波双程走时t。有较高的相对介电常数(εr为10～20)和衰减(a为对于绝大多数的非导电媒质,有v=c/εr(v为电磁20～50dB/m),完全凝结之后,εr≈4～10,a=5～25波波速;c=300mm/ns,为空气中的电磁波速度),dB/m。可见,媒质的相对介电常数是一个动态参从而有数,即使同一媒质,因其所处的物理环境、物质架构222222εr=c/v=ct/(4h+x)。等差异,其相对介电常数也不尽相同。因此,在进行对
4、于收发一体(特别是高频)天线,其收发距相对目实际工作时,必须因地制宜,对现场媒质的相对介电222标体的深度很小,故上式可简化为εr=ct/(4h)。常数进行取样测量。对于介电常数,可在实验室应用介电常数测定仪对样品进行精确测量得到,但对于大多数生产单位,并不具备这样的条件。目前常用于工程测量的探地雷达主要有国内生产的RadarEye系统、美国GSSI2SIR系列、加拿大EKKO系列及瑞典的RAM2AC系列,其收发天线主要有1.5GHz、900MHz、400MHz、200MHz和100MHz等几个主频,根据主频的大小,其天线设计为收发一体式
5、或收发分离式。图1已知目标深度法工作原理示意针对这些天线的收发特点,给出了几种测定方在某一工区,选择一面厚310mm的混凝土护法———已知目标深度法、点源反射体法、共中心点墙,使用900MHz的收发一体天线进行测试,测试(CMP)法及层状反射体法,应用这些方法可以方便时在墙体另一侧加入人为干扰,以便更好地确认来快捷地测定媒质的相对介电常数。实践证明,这些自墙体另一侧的反射波。图2左边部分是测得的雷方法具有快速、高效、实用等特点,能够满足实际生达波形,右边部分是典型曲线的特征点标示。从图产需要。上读出墙体表面反射波行进双程时为5.35ns,
6、墙体收稿日期:2008-03-10·44·物探与化探33卷偏离顶点位置x处的反射波双程时间为tx,则有2222xc(tx-t0)v=,εr=2。224xtx-t0图4是在工地使用900MHz收发一体式天线对混凝土护墙内钢筋检测的波形。从图上读出钢筋正上方反射波行进双程时间t0=5.34ns,将天线平移250mm时测到该钢筋的反射波行进双程时间tx=7.41ns。根据公式,计算出该混凝土的εr=9.5。3共中心点法该方法借鉴于地震反射勘探中的多次覆盖技术,即共中心点(CMP)法或共中心道集(CDP)法。图2已知目标深度法探测波形如图5,发射
7、天线和接收天线分别距目标点(O)的另一侧反射波行进双程时为11.46ns,可得波在墙正上方点(O′)等间距布置,并称发射天线和接收天体中的行进双程时间为6.11ns,根据公式,可计算线间的距离x为偏移距。当x=0,即零偏移距时的出该墙体混凝土的εr=8.74。反射波双程行进时间为t0,则从发射到接收经过目标的反射波的双程行进时间tx为2点源反射体法222ωx+4hx2tx===2+t0,对于地下单个细长的近似杆状的目标反射体,vvv可近似认为是1个点源反射体,如钢筋、管道等,这可得v=x/t2-t2,所以ε=c2(t2-t2)/x2。x0
8、rx0类目标的雷达影像表现为一倒悬的双曲线绕射波图图6是在某一工地使用400MHz收发分离式天形(图3)。设目标体顶部的反射波双程时间为t0,线对地下管道探测的波形。从图上读出管道正上方图3点
