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1、3-3 （1 X）砼结构厚度（探地雷达法（GPR法）技术原理）四川升拓检测技术股份有限公司四川升拓检测技术股份有限公司贵州交通职业技术学院贵州交通职业技术学院 联合制作联合制作Contents混凝土结构厚度(探地雷达法（GPR)技术原理）1.1.1.2 探地雷达的技术原理 GPRGPR依靠高压电路、雪崩管等器件激依靠高压电路、雪崩管等器件激发短脉冲，在介质中以电磁波形式传播，发短脉冲，在介质中以电磁波形式传播，遵循麦克斯韦方程，具有波动性，遵循麦克斯韦方程，具有波动性，电场和磁场相互激励，脱离发射源以横波形式向前传播。 这其中，介质特性参数介电常数、介电常数、电导率、磁导率电导率、磁导率决定了
2、电磁波在地下土壤中传播的速度、幅度和深度。麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组1.1.1.2 探地雷达的技术原理描述物质主要电磁特性的三个主要参数描述物质主要电磁特性的三个主要参数磁导率磁导率描述了物质材料对外加磁场固有的原子和分子磁化属性参数。介电常数介电常数描述了介质中束缚电荷束缚电荷在外加电场作用下的偏移属性。电导率电导率描述了物质材料再外加电场作用下自由电自由电荷荷运动产生电流的属性。电荷的移动产生传到电流会导致能量的耗散，电导率是影响探地雷达探测深度的主要因素。磁化作用导致材料中的能量储存，在探地雷达适用的介质环境及工作频段中，不考虑磁导率对电磁波传播的影响。电荷的偏移导致物质材料中的能量储
3、存，是影响电磁波传播速度的主要因素。1.1.1.2 探地雷达的技术原理1、电磁波在同种介质中传播时方向不变2、不同种物质往往电性参数存在差异3、电磁波在传播介质电性参数发生改变时发生能量反射构成了探地雷达探测的理论基础构成了探地雷达探测的理论基础1.1.1.2 雷达对空对地的区别空气空气远距离远距离( (公里级公里级) )地面之上的目标地面之上的目标超过千兆超过千兆 对空雷达对空雷达传播介质探测距离探测目标中心频率土壤、砼土壤、砼土：浅层土：浅层(0100(0100米米) )、砼：数米砼：数米地下目标地下目标几兆几兆 上千上千兆兆 探地雷达探地雷达1.1.1.2 探地雷达的技术原理X = X
4、= VT VTX: X: 穿透深度穿透深度V: V: 电磁波传播速度电磁波传播速度 T: T: 双程旅行时间双程旅行时间介质层介质层2 2介质层介质层1 1介质层介质层3 3X X目标反射回波目标反射回波透透射射多多次次反反射射400M天线地面直达波地面直达波1.1.1.2 探地雷达的成像原理探地雷达工作原理探地雷达工作原理发射天线向地下发射重复的高频脉冲发射天线向地下发射重复的高频脉冲电磁波信号电磁波信号电磁波在遇到不同介电常数的介质界电磁波在遇到不同介电常数的介质界面时反射面时反射接收天线拾取信号接收天线拾取信号 数据处理并显示数据处理并显示1.1.1.2 探地雷达的技术原理（钢筋扫描过程
5、模拟） 天线GPRGPR模拟检测钢筋的过程模拟检测钢筋的过程TL1.1.1.2 探地雷达的分辨率 纵向分辨率：区分垂直方向上相邻两目标的能力。波长波长4(2)h h波长波长代表点代表点h：纵向分辨率1.1.1.2 探地雷达的分辨率结构厚度雷达纵向分辨率结构厚度雷达纵向分辨率1.1.1.2 探地雷达的技术原理 横向分辨率：区分水平方向上相邻两目标的能力。波长波长深度深度2d dd：横向分辨率1.1.1.2 探地雷达的技术原理横向分辨率高横向分辨率低横向分辨率很低1.1.1.2 探地雷达的反射系数r：反射系数：介电常数1.1.1.2 探地雷达的反射系数r：反射系数：介电常数混凝土（8）水（81）：反射系数：约-0.5混凝土（8）空气（1）：反射系数：约0.51.1.1.2 探地雷达的测试深度u天线主频越低，测试深度越大；u对混凝土的测试有效深度会进一步降低（约表中数值的一半）