地质雷达校准及不确定度评定.pdf

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1、工程材料与设备器EngineeringMaterial&Equipment地质雷达校准及不确定度评定朱尚清1，申进孝2，王簧峰1(1．北京市政路桥管理养护集团有限公司，北京101300；2．北京市交通委员会路政局延庆公路分局，北京102100)摘要：地质雷达探测结果的精度与仪器设备本身的性能、测试系统的不确定度直接相关，但由于缺乏相应的国家规范或标准．地质雷达的校准及不确定度的评定一直是试验检测机构所面临的难题。通过使用SIRveyorSIR一20地质雷达在空气中实测波速值对雷达进行校准，并对其不确定度进行评定，为地质雷达在使用中的校准工作提供有益的借鉴。关键词：

2、地质雷达；校准；不确定度；波速；评定中图分类号：TN959文献标志码：B文章编号：1009—7767(2016)05—0203—04GeologicalRadarCalibrationandUncertaintyEvaluationZhuShangqing，ShenJinxiao，WangYunfeng地质雷达仪是一种电磁波类探测仪器。地质雷达系统将高频电磁波以宽频带短脉冲形式由发射天线向被探测物发射，该雷达脉冲在传播过程中，遇到不同电性介质交界面时，部分雷达波的能量被反射回来，由接收天线接收，利用介质对电磁波的反射特性，对介质内部的构造和缺陷进行探测⋯。地质雷达

3、通过记录反射波到达时间、反射波的波幅等来研究被测介质的分布和特性。地质雷达目前已广泛应用于路面质量、地下管线、地下结构、隧道结构检测以及地质超前预报等工程检测领域，成为一种新兴的、高效的重要探测方法【2】。由于我国没有地质雷达校准的国家规范或标准，笔者拟通过采用SIRveyorSIR一20地质雷达在空气中实测波速值对雷达进行校准，并对其不确定度进行评定，为地质雷达在使用中的校准工作提供有益的借鉴。1雷达校准方法地质雷达校准的检验项目主要包括外观和空气电磁波波速实测值．主要校准项目及工具见表1。表1雷达校准项目及工具检验项目主要校准工具空气电磁波波速实测值金属板、发

4、射天线、接收天线根据试验要求，校准时地质雷达仪的温度应在20～25oC范围内，校准前受检仪器在室内放置时间不少于30min。1．1外观校准外观校准采用目测方式．主要对雷达主机、天线、控制电脑以及各连接件的外观进行观测。外观校准要求：各部位不应有碰伤、松动以及影响测量精度的其他外观缺陷，仪器上应标明产品名称、规格型号、编号、生产厂家和出厂Et期等信息。1．2空气电磁波波速实测值校准采用地质雷达仪实测空气电磁波波速值，并与标准值进行比较。其相对误差应≤3％。校准方法如下：1)选择一处空旷的地方，其周围一定范围内应无金属导线、块体等良导体类物质，在适应位置竖立放置l块一

5、定面积的金属板(如铁板、钢板等)。2)在金属板面中垂线方向的一定距离处设置地质雷达发射天线和接收天线。3)观测并记录空气电磁波遇金属板后反射的雷达波形图。4)由原始记录的雷达波形图，读取金属板发射的双程历时t(>15次)，进而计算空气电磁波传播速度：1JG=丝。(1)￡式中：d为天线与金属板之问的距离。5)计算空气电磁波波速平均值：c，=}∑‰(2)2016-．牛-$5期(9竹)第34卷啼荭故木203器工程材料与设备EngineeringMaterial&Equipment式中：i=1，2，3，⋯，／7,，见≥5。6)根据空气电磁波波速标准值(C。=0．3ngns

6、)，按下式计算c0与e之间的相对误差值：6：掣×100％。(3)L‘若6≤3％，则校准合格。2雷达校准实例2．1雷达校准场地布设在室内布设测试平台装置．金属板选择截面尺寸为1000mm×l000mmXl6mm的钢板，在钢板面垂线方向布设900MHz的雷达发射和接收天线。校准时进行2种测试。为保证雷达校准测试的精度，雷达天线距离测试钢板的距离不宜小于2倍的波长。根据空气电磁波波速的标准值及900MHz的频率计算出波长为0．33m，因此2种校准测试中雷达天线距钢板的垂直距离分别为0．85m和1．40m。地质雷达校准测试布置示意图见图1。2种校准测试均进行10次空气电磁

7、波波速测试．采用连续采样方式，每秒扫描道设定为50道。．。，是撑平靠地lfI

8、，．夕万乃刃7歹万刀777图l地质雷达校准测试布置示意图2．2校准测试结果1)第1种校准测试(距离0．85m)结果见表2。2)第2种校准测试(距离1．4m)结果见表3。综上所述．2种校准测试的结果均小于3％，地质雷达校准结果合格。3雷达校准不确定度评定3．1数学模型空气电磁波波速实测值的绝对误差为：，'J6=兰生一c0。(4)￡式中：d为雷达与金属板之间的距离；￡为电磁波经金属板反射后的双程历时；co为空气电磁波波速标准值，Co=0．3m／ns。204啼荭投求2016No．5(Sep．)

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