透射式ct探地雷达对土壤相对介电常数的测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及探地雷达技术领域，具体涉及一种透射式CT探地雷达对土壤相对介电 常数的测定方法。
【背景技术】
[0002] 探地雷达技术是通过发射高频脉冲电磁波(频率范围在106-109Hz)进行地下目标 探测的一门科学。探地雷达具有操作简单、探测精度高、无损伤、采集速度快等特点，是目前 工程检测和勘察最为常用的技术方法，在岩土工程中的应用也日趋广泛。目前探地雷达的 探测方法主要以反射剖面法为主。图1为反射式探地雷达的探测原理，反射探测是雷达的发 射天线和接收天线都放置于被测介质表面，通过向介质中发射高频宽带电磁波脉冲信号， 并接收介质中具有电性差异地方所反射回的电磁波信号实现探测的过程。
[0003] 但是，由于地下介质分布和性质上的复杂性，反射式探地雷达在数据反演过程中 很难精确区分各介质的层位信息；而且无法精确的确定起跳时间，从而无法精确计算高频 脉冲电磁波在介质中的传播速度，因此无法计算出探测介质的相对介电常数。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提出一种透射式CT探地雷达对土壤相对介电常数的测定方法， 可校正电磁波在介质中的起跳时间，计算出电磁波在介质中的传播速度，从而精确计算出 土壤的相对介电常数。
[0005] 本发明提供一种透射式CT探地雷达对土壤相对介电常数的测定方法，其中，包括 以下步骤:S101，将探地雷达的发射系统与接收系统分别封装在不同的壳体内，发射系统包 括发射天线，接收系统包括接收天线;S102,在空气中通过两天线共中心线相向放置的形式 采集电磁波数据，选取电磁波初至作为起跳点，获取发射天线与接收天线各不同天线距离 及其对应的第一起跳时间，根据天线距离计算电磁波在空气中的理论旅行时间，通过第一 起跳时间和电磁波在空气中的理论旅行时间，对应相减后并求平均值以计算平均起跳时 间；S103,对被测介质开展共中心线且相向放置的CT实测工作，获取电磁波在预定介质厚度 中的第二起跳时间，将之前计算的平均起跳时间作为零线校正值对第二起跳时间进行校 正，根据厚度和校正后的第二起跳时间计算电磁波完全在介质中的传播速度;S104,根据电 磁波在介质和空气中的传播速度计算出相对介电常数。
[0006] 优选地，天线距离为0-200cm。
[0007] 优选地，初至为具有同一特征的相位。
[0008] 优选地，初至为零相位或1/4波长或1/2波长。
[0009] 优选地，发射天线与接收天线之间采用高频同轴电缆连接。
[0010] 优选地，第二起跳时间为单道波形的起跳时间。
[0011] 本发明提供的相对介电常数确定方法通过将发射系统与接收系统分别封装在不 同的壳体内，获取空气中的平均起跳时间来校正实测介质中的起跳时间，可精确得出电磁 波在介质中的传播速度，从而精确计算出介质的相对介电常数，克服了传统反射式探地雷 达不能精确计算介质相对介电常数的缺陷。
【附图说明】
[0012] 图1是反射式探地雷达的探测原理示意图。
[0013] 图2是本发明实施例的相对介电常数测定方法的流程图。
[0014] 图3是本发明实施例的不同天线距离的空气对拉实验示意图。
[0015]图4是本发明实施例的透射CT式探地雷达的土壤模型探测示意图。
[0016] 图5是本发明实施例的不同天线距离的空气对拉实验的探地雷达剖面图。
[0017] 图6是本发明实施例的探地雷达剖面单道信息显示图。
[0018]图7是本发明实施例的探地雷达以第一次正波峰为初至时间的单道雷达波形图。 [0019]图8是本发明一个实施例的土壤介质透射式CT天线实测剖面及单道信息提取图。
【具体实施方式】
[0020] 以下结合附图以及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述。
[0021] 图2示出了本发明的相对介电常数确定方法的流程图，其包括以下步骤：
[0022] S101，将探地雷达的发射系统与接收系统分别封装在不同的壳体内，发射系统包 括发射天线，接收系统包括接收天线；
[0023]基于GR(Geology Radar，探地雷达)系列探地雷达的750MHz天线，将发射系统与接 收系统相分离，将发射天线辐射面与发射模块、接收天线辐射面与接收模块分别封装在不 同壳体内，并在壳体内通过填充吸收材料达到屏蔽干扰电磁波的效果，改造成透射CT (Chromatographic Technique，层析技术)式探地雷达。发射天线与接收天线之间使用高频 同轴电缆作为信号同步传输线。对两天线分别供电，并设计数据电源接口与主机相连。 [0024] 其中，两天线的相对距离可在预定范围内任意调节，如0-200cm。为方便操作，可以 将两个壳体分别安装在支架上，例如将两个壳体分别安装在支架两端的下部。支架的形状 不做具体限定，以方便发射系统和接收系统使用即可。
[0025] S102,在空气中通过两天线共中心线相向放置的形式采集电磁波数据，选取电磁 波初至作为起跳点，获取发射天线与接收天线各不同天线距离及其对应的第一起跳时间， 根据天线距离计算电磁波在空气中的理论旅行时间，通过第一起跳时间和电磁波在空气中 的理论旅行时间，对应相减后并求平均值以计算平均起跳时间；其中，在本领域，地震波波 前到达某个观测点，在观测点上检波器检测到质点振动的时刻称为波的初至时间，简称初 至。
[0026] 使用透射CT式探地雷达开展空气对拉实验，将两天线共线以预定的间距相对放 置，如0〇11、40〇11、80〇11、120〇11、160〇11和200〇11处，如图3和图4所示，其中1'为发射系统，1?为接 收系统。
[0027] 空气对拉实验是指在空气中将两天线相对放置并以等同的间隔移动，进行连续探 地雷达数据采集。通过选取初至作为起跳点，并分别读取两天线相距不同距离时的第一起 跳时间，如相距40cm时，第一起跳时间为t Q2。初至可根据波形选择具有同一特征的相位，如 信号的零相位、1 /4波长、1 /2波长等。
[0028] 选取初至后，读取空气对拉实验中各不同天线距离d^cb……dn及其对应的起跳时 间t Q1，tQ2……tQn以及电磁波的理论旅行时间……tn。不同天线距离电磁波在空气中的 理论旅行时间为tl-toi，t2_t〇2......tn-t〇n，其中，tl =