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论文关键词：探地雷达；实验教学；室外场地；室内模型；工程检测 1探地雷达简介 探地雷达(ground penetrating radar，GPR)是一 种利用高频电磁波进行地下结构体探测的高科技技 术，被广泛地应用于公路质量检测、地下管线探测、水 库大坝状况检测、岩溶地质勘探等领域[1咱]。由于其应 用的广泛性，目前在许多大学都开设了GPR的基础理 论和方法技术的教学课程[7]。在探地雷达的实验教学 中，如何让学生在有限时间里很好地了解其工作原理 和应用效果，需要从仪器的选型、教学模型的制作等方 面进行设计。探地雷达的仪器种类和型号有许多，国 外产品有美国地球物理探测设备公司(GSSI)的SIR 系列，加拿大探头与软件公司(SSI)的Pulse EKKO系 列，瑞典MALA地球科学公司的RAMAC／GPR钻孔 系列，日本应用地质株式会社(OYO)的GEORADAR 系列，意大利IDS公司的RIS系列，英国的ERA SPR- scan系列等；国内产品有中国电波传播研究所研发的 LTD系列，中国科学院长春地理所研制的S12R型，东 南大学的GPR-1型，大连理工大学的DTL-1型，北京 爱迪尔国际探测技术有限公司生产的CBS系列探地 雷达陆123等。每一种雷达都有不同频率的天线，它们 可用于不同的探测目的。高频天线具有探测精度高、 分辨率强的特点，在实验教学时可以对浅部目标体获 得较为直观的影像图。因此，以教学为主要目的进行 仪器选购时宜考虑高频天线。 2009年我们引进了英国Utsi Electronics公司 研制生产的Groundvue系列中的GV3探地雷达，所 配天线有1 GHz和400 MHz 2种频率。GV3发射 与接收一体化，工作效率高，支持多通道同时探测， 实时记录GPS／全站仪数据，装备轻便、操作简单且 界面友好，所配备的数据处理软件Reflexw具有强 大的信息处理、解释等功能。本文将结合GV3探 地雷达仪器，介绍探地雷达技术应用于工程检测的 实验教学内容。 2 GV3系统组成及其工作原理 GV3型探地雷达主要包括3个部分：天线、控制 器、数据采集器，同时还带有用于距离测量的编码 轮。GV3是多通道雷达，可支持4个通道同时运行。 控制器主要控制脉冲的发射。数据采集器采用DOS 系统，以保证工作时的安全稳定，其内置高容量存储 硬盘可快速检测野外数据。采集信息能以原始数据 或差分数据形式记录，并通过A型扫描或灰度等级 2种模式来显示。 开展工作时，先要进行测线的布设，然后将天线 沿着测线匀速向前拖动。拖动过程中，天线向地下 发射高频脉冲电磁波，电磁波在向下传播的过程中 遇到不同介电特性的介质时，就会在介质分界面上 产生反射，见图1。接收天线接收到反射波，然后数 据采集器记录下波形和旅行时间(图2显示工作过 程，图3显示记录的波形)。对采集的信息进行处理 分析后，即可了解所勘察区域的地质信息。 j／ 圈1电磁波反射原理图 图2工作过程示意图 0 1 2 3 4 5 6 7 8 点位(m) 图3记录波形示意图 GV3天线间距相对于反射面深度z来说很小，即 可忽略天线间距对双程旅行时间的影响，所以双程旅 行时间与电磁波在介质中的速度、目标体深度之间的 关系为： ￡≈堑 (1) U 由(1)式可推出探测深度的计算方法 z一虿vt (2) 作业时，发射天线与接受天线一体沿着设计的测 线从一端向另一端移动，仪器连续记录反射波形。这 些密集的信号构成影 |
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