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原文传递隧道探地雷达快速检测天线选型及成像研究

论文题名：	隧道探地雷达快速检测天线选型及成像研究
关键词：	隧道工程;无损检测技术;探地雷达;介电常数;快速检测天线
摘要：	探地雷达作为一种无损检测技术，已经在众多领域得到了成功应用。利用探地雷达对隧道进行快速无损检测也是目前国内外研究的一个热点问题。本文通过理论分析、资料搜集、正演模拟和室内实验等手段针对隧道探地雷达快速无损车载检测设备开发的雷达天线选型以及抑制衬砌表层钢筋的多次雷达波提取背后目标信号实现雷达剖面精确成像和解释等问题进行了深入的研究，得到以下几个方面的成果：　　 (1)本文通搜集分析了目前世界上已有的主要商业探地雷达天线的相关资料，建议选用多通道探地雷达天线阵用于开发隧道探地雷达快速检测设备。　　 (2)研制了基于网络分析仪的共发射源多通道雷达天线阵系统，设计了一组由一个发射天线和五个接收天线组成的探地雷达天线阵，通过实验确定了五个接收天线的偏距分别为8cm，14cm，19cm，23cm和26cm，使其具有最佳的信噪比并避免彼此互相干扰。五个接收天线可在不同偏距位置探测来自同一水平反射界面的雷达反射波并计算其双程走时，从而准确地计算层状介质的介电常数和厚度。利用该系统分别对空气、石膏板模型和混凝土墙进行了试验，试验操作非常简便，具有无损、简便和可重复性等优点，试验结果表明测量得到的介电常数非常精确，厚度值的误差大约为10％。　　 (3)首次考虑了隧道衬砌中钢筋的影响模拟隧道雷达图像。首先通过三维模型验证了与探地雷达极化方向垂直的钢筋反射信号非常弱的雷达极化原理，然后对隧道肇后均匀注浆、三角形注浆和不规则注浆三种注浆形态进行了250MHz、500MHz和1000MHz频率的两维正演模拟，模拟结果发现频率越高，雷达剖面的分辨率越高，钢筋多次波的干扰更加严重。三种频率雷达均能满足探测深度的要求。均匀注浆模型的三种频率雷达模拟结果均能比较令人满意的分辨注浆层与土体界面的反射信号。对于三角形模型和不规则模型，250MHz南于精度偏低无法从雷达剖面中识别出三角形和不规则注浆层与土体分界面的弱反射信号，500MHz由于受钢筋多次波干扰严重目标信号难以识别，1000MHz效果较好。　　 (4)分别利用一致性消去法和预测反褶积对隧道壁后三种注浆形态的正演模拟剖而进行了处理，拟消除模型中钢筋多次波的影响。其中一致性消去法的处理结果非常理想，钢筋多次波基本完全消除，但该方法实际应用受到很大的局限性。预测反褶积具有操作简单、参数少等优点，处理结果表明，其对铡筋多次波的抑制明显，壁后注浆层的界面反射信号得到了凸现，提高了图像解释精度。同时利用预测反褶积方法对上海地铁隧道壁后注浆模型试验250MHz的探测数据和上海长江隧道的现场1000MHz探测数据进行了处理，处理结果表明，经处理后壁后注浆层上下界面的目标反射信号得到了很好地凸现。
作者：	刘海
专业：	隧道及地下建筑工程
导师：	谢雄耀
授予学位：	硕士
授予学位单位：	同济大学土木工程学院
学位年度：	2009
正文语种：	中文