贾保江
廊坊市中铁物探勘察有限公司 河北 廊坊 065000
摘 要
关键词：探地雷达； 线性回归法； 表面时间零点； 波速校正
引言:
在隧道衬砌等钢筋混凝土构件检测中，雷达法作为一种常用的无损检测方法，一般是用来发现工程实体中隐蔽的异常体。当使用探地雷达进行工程质量检测时，检测人员经常要碰到一个非常关键的参数——表面时间零点。
一、表面时间零点
00
[1]
二、表面时间零点和雷达波速数值求解
1.探地雷达探测基本原理
表面耦合单体屏蔽天线与雷达主机组成的系统探测原理如图1所示。图1中T为发射天线，R为接收天线，两者间距（收发距）为x，z为目标体反射点埋深。雷达波从T发出，按几何光学原理，经目标体反射回地面到达R，旅行时为t。
图1 探地雷达探测原理示意图
2 .埋深和旅行时之间的关系
根据图1，设雷达波在介质中的传播速度为v，由几何原理可推导出如下时距方程：
式中：
t——包含表面时间零点在内的旅行时，对应实测曲线中反射波最大幅值处；
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z——反射体距离测试表面的净距，已知；
x——发射天线与接收天线间距，已知；
v——雷达波速，待求 。
0
表1 埋深-双程旅时表
2z与t关系如图2所示。
图2 深度-时间关系及线性回归方程
由图2可知：当z大于150mm后，2z与t相关系数的平方R = 0.9998，二者呈非常好的线性相关关系；回归方程为：
z = 105.4×t – 53.02 （2）
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公式3
方法2——线性回归法[2]：当已知目标深度z有多个时，可用线性回归法求解，如表1、图2所示。
0
三、数值验证
在室温条件下，空气和水的相对介电常数分别为1和81，其对应的雷达波传播速度分别为300mm/ns和33.3mm/ns，本文以此作为标准物质，求解其表面时间零点。
1 标准物质验证
表2和表3是用GSSI生产的Sir3000及配套的900MHz屏蔽天线在室温条件下测得空气和水两种介质的距离z及对应的旅行时；图3和图4为表2和表3中数据画出的时距曲线及线性回归方程。
表3 探地雷达在空气中测距-旅行时
表4 探地雷达在水中测距-旅行时
由图3和图4中线性回归方程可知：在室温环境条件下，空气和水中雷达波的传播速度和该套仪器对应的表面时间零点如表5。
表5 标准物质中波速及表面时间零点
2 钢筋混凝土模型应用
表6是在图5所示的钢筋混凝土模型上的测试数据，图6为时距曲线及线性回归方程。
图5 钢筋混凝土模型
表6 钢筋混凝土构件钢筋保护层厚度及雷达波旅行时间
由图6可知：该模型雷达波速为104mm/ns，表面时间零点为4.93。
3 推论
三个测试实例表明：同一套雷达系统，在测试介电常数不同的介质时其表面时间零点不是一个定值，而是一个变化的值；开展新的工程项目时，应进行表面时间零点校正；线性回归法求解的表面时间零点存在一定误差。
结束语：
在探地雷达记录的旅行时中应剔除表面时间零点，这样测得的雷达波速才是被测体相对准确的波速值；如果表面时间零点不准确，得到的电性异常体或界面埋深将存在较大的误差。
参考文献：
[1] 南京工业大学等.现场波速校正.雷达法检测混凝土结构技术标准[S]，2020，JGJ/T 456-2019：6-7
[2] Richard Yelf and Daniel Yelf. Where is True Time Zero? [J].Electromagnetic Phenomena, 2006, V.7, №1 (18):158-163