沥青路面雷达波传播机制与探地雷达应用检测技术研究
发布时间：2021-01-31 15:40
传统的路面检测方法存在着破坏路面结构和美观的问题,并且随着公路里程的不断增长,传统检测手段已越来越不能满足道路检测的需求。探地雷达作为一种无损检测的手段,能快速、连续地对路面进行探测,极大程度上避免了偶然误差的出现,在公路性能的评估,病害的探测中起着越来越重要的作用。本文研究探地雷达已有的理论和实践成果,总结了探地雷达在沥青路面测厚度、压实度和含水率的现状,分析了病害探测和有限元模拟的研究成果,并基于电磁波原理对探地雷达参数选择进行了分析,提出了完整的探地雷达在市政道路沥青面层的研究内容和技术方案。首先根据已有的工程实践和研究成果,提出了探地雷达测厚度、压实度和含水率的实验方案;基于IDS雷达对沥青面层的厚度测量从理论层面进行了公式的推导和系统误差的矫正。基于叠加原理测得天线的最佳检测高度,并提出在含水率检测中影响结果精度的V(（（6-））指标,并基于已有的混合料介电模型,提出了一种含水混合料模型,并将其成功应用于混合料的介电常数预测。其次,基于频域和瞬态对探地雷达路面测量进行了有限元模拟。就频域下正演模拟的模型设置、边界等条件做了研究;在瞬态下对路面内部病害位置...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
探地雷达检测原理
东南大学硕士学位论文14图2.2探地雷达组成全新一代FastWave主机兼容各个种类的天线，包括如图中所述的TRHF天线和喇叭口空气耦合天线等等。表2.3FastWave雷达主机主要技术参数主机性能参数技术参数双通道主机脉冲重复频率每通道800KHz扫描速率最大4760扫/秒可连接天线数量最大连接至2对天线时窗4~40960采样点数128~16384叠加数最大至32768动态范围>160dB信噪比>160dB分辨率5psec数据处理核心（CPU）2主机与采集单元连接方式网线/无线供电单元12V重量1.5kg尺寸22*17*5.5雷达的天线一般根据检测需要进行选择，不同频率的天线对于检测的精度和深度都有很大的影响。实验数据证明：天线发射的电磁波频率越高，其在路面内部传播时能量发生衰减也越快，同时检测的深度相对于低频天线也越浅，但是其检测深度会越大，反之亦然。因此在实际的工程检测中，需要通过对检测目标的位置和检测精度需求来决定天线的选择。一般而言，检测大地内部很深的位置建议选择低频天线，因为其电磁波衰减较慢，能探测到较深的位置，但是精度比较低；若探测沥青混凝土路面面层内部的病
东南大学硕士学位论文20A为电磁波的全反射振幅；A0为电磁波在空气-路面界面上反射波的振幅。我们计算出电磁波在一点的速度，然后代入厚度计算公式即可。（1）反射系数法的推导反射系数法是在探地雷达测厚领域应用广泛的方法。这里给出了该方法的具体推导过程，并分析了该方法误差的主要来源。定义分界面上的反射系数R为反射波与入射波的电场之比。同时沥青混凝土作为绝缘体，可近似认为是理想介质，故有：R==212+1(3-7)式中：η=√为介质的本征阻抗；E为反射波电场；E为入射波电场；R为反射系数。图3.1空气-沥青混合料界面对于理想介质和一般的电介质，其磁导率u都非常接近真空的磁导率u0，根据菲涅耳公式，可得：0=√1√2√1+√2(3-8)假设为真空，则光速为C，其相对介电常数为1。则可推导出下述公式。V=√(3-9)0=1√21+√2=11+=+(3-10)v=C×1+010(3-11)考虑另外一种极端情况：当电磁波从空气入射到金属板时。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于GprMax的隧道超前预报雷达正演模拟及应用[J]. 张杨,周黎明,肖国强. 人民长江. 2017(07)
[2]路用探地雷达在公路病害探测中的应用[J]. 黄成,王正,俞先江. 工程技术研究. 2017(02)
[3]基于MATLAB GUI的车牌自动识别系统设计[J]. 姚楠,耿奇. 软件. 2016(03)
[4]应用地质雷达检测沥青路面厚度的研究[J]. 王东博. 价值工程. 2015(34)
[5]基于探地雷达的路基土压实度确定[J]. 白哲. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2015(02)
[6]路面雷达在沥青路面厚度检测中的应用[J]. 王子彬. 公路与汽运. 2014(02)
[7]探地雷达有限元数值模拟及衰减特性探讨[J]. 陈承申,冯德山. 物探化探计算技术. 2014(02)
[8]城市道路病害检测中常见干扰源探地雷达图像特征分析[J]. 贾辉,陈昌彦,白朝旭,苏兆锋,肖敏. 工程勘察. 2012(11)
[9]沥青路面层间脱空区积水结冰膨胀与损害分析[J]. 张洪刚,黄慧,钱国平. 中外公路. 2012(02)
[10]通过MATLAB GUI实现图像处理软件的开发[J]. 张敏,洪汉玉. 电脑知识与技术. 2011(25)
博士论文
[1]基于无损检测方法的沥青路面介电特性与施工质量评价研究[D]. 刘涛.华南理工大学 2016
[2]基于频率和温度的混凝土与沥青混合料介电模型研究[D]. 孟美丽.郑州大学 2014
[3]探地雷达地雷图像处理与目标识别方法[D]. 张菁.哈尔滨工程大学 2005
[4]路面结构层材料介电特性及其厚度反演分析的系统识别方法——路面雷达关键技术研究[D]. 张蓓.重庆大学 2003
硕士论文
[1]蒙特卡洛方法及应用[D]. 朱陆陆.华中师范大学 2014
[2]基于COMSOL软件的大地电磁正演模拟[D]. 陈小燕.长安大学 2014
[3]探地雷达在沥青路面检测中的应用研究[D]. 伍敏.长安大学 2014
[4]探地雷达二维无单元法正演模拟[D]. 王洪华.中南大学 2012
[5]探地雷达二维有限元正演模拟[D]. 陈承申.中南大学 2011
[6]沥青路面厚度及弯沉检测技术研究[D]. 孙壮心.大连海事大学 2009
[7]探地雷达图像识别与处理[D]. 闫永斌.北京化工大学 2008
[8]路用探地雷达探测数据分析方法的研究[D]. 王春晖.同济大学 2008
[9]冲击脉冲探地雷达天线技术研究[D]. 姜南.哈尔滨工程大学 2007
[10]探地雷达检测路面含水量和压实度的应用研究[D]. 黎春林.郑州大学 2003
本文编号：3011154
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
探地雷达检测原理
东南大学硕士学位论文14图2.2探地雷达组成全新一代FastWave主机兼容各个种类的天线，包括如图中所述的TRHF天线和喇叭口空气耦合天线等等。表2.3FastWave雷达主机主要技术参数主机性能参数技术参数双通道主机脉冲重复频率每通道800KHz扫描速率最大4760扫/秒可连接天线数量最大连接至2对天线时窗4~40960采样点数128~16384叠加数最大至32768动态范围>160dB信噪比>160dB分辨率5psec数据处理核心（CPU）2主机与采集单元连接方式网线/无线供电单元12V重量1.5kg尺寸22*17*5.5雷达的天线一般根据检测需要进行选择，不同频率的天线对于检测的精度和深度都有很大的影响。实验数据证明：天线发射的电磁波频率越高，其在路面内部传播时能量发生衰减也越快，同时检测的深度相对于低频天线也越浅，但是其检测深度会越大，反之亦然。因此在实际的工程检测中，需要通过对检测目标的位置和检测精度需求来决定天线的选择。一般而言，检测大地内部很深的位置建议选择低频天线，因为其电磁波衰减较慢，能探测到较深的位置，但是精度比较低；若探测沥青混凝土路面面层内部的病
东南大学硕士学位论文20A为电磁波的全反射振幅；A0为电磁波在空气-路面界面上反射波的振幅。我们计算出电磁波在一点的速度，然后代入厚度计算公式即可。（1）反射系数法的推导反射系数法是在探地雷达测厚领域应用广泛的方法。这里给出了该方法的具体推导过程，并分析了该方法误差的主要来源。定义分界面上的反射系数R为反射波与入射波的电场之比。同时沥青混凝土作为绝缘体，可近似认为是理想介质，故有：R==212+1(3-7)式中：η=√为介质的本征阻抗；E为反射波电场；E为入射波电场；R为反射系数。图3.1空气-沥青混合料界面对于理想介质和一般的电介质，其磁导率u都非常接近真空的磁导率u0，根据菲涅耳公式，可得：0=√1√2√1+√2(3-8)假设为真空，则光速为C，其相对介电常数为1。则可推导出下述公式。V=√(3-9)0=1√21+√2=11+=+(3-10)v=C×1+010(3-11)考虑另外一种极端情况：当电磁波从空气入射到金属板时。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于GprMax的隧道超前预报雷达正演模拟及应用[J]. 张杨,周黎明,肖国强. 人民长江. 2017(07)
[2]路用探地雷达在公路病害探测中的应用[J]. 黄成,王正,俞先江. 工程技术研究. 2017(02)
[3]基于MATLAB GUI的车牌自动识别系统设计[J]. 姚楠,耿奇. 软件. 2016(03)
[4]应用地质雷达检测沥青路面厚度的研究[J]. 王东博. 价值工程. 2015(34)
[5]基于探地雷达的路基土压实度确定[J]. 白哲. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2015(02)
[6]路面雷达在沥青路面厚度检测中的应用[J]. 王子彬. 公路与汽运. 2014(02)
[7]探地雷达有限元数值模拟及衰减特性探讨[J]. 陈承申,冯德山. 物探化探计算技术. 2014(02)
[8]城市道路病害检测中常见干扰源探地雷达图像特征分析[J]. 贾辉,陈昌彦,白朝旭,苏兆锋,肖敏. 工程勘察. 2012(11)
[9]沥青路面层间脱空区积水结冰膨胀与损害分析[J]. 张洪刚,黄慧,钱国平. 中外公路. 2012(02)
[10]通过MATLAB GUI实现图像处理软件的开发[J]. 张敏,洪汉玉. 电脑知识与技术. 2011(25)
博士论文
[1]基于无损检测方法的沥青路面介电特性与施工质量评价研究[D]. 刘涛.华南理工大学 2016
[2]基于频率和温度的混凝土与沥青混合料介电模型研究[D]. 孟美丽.郑州大学 2014
[3]探地雷达地雷图像处理与目标识别方法[D]. 张菁.哈尔滨工程大学 2005
[4]路面结构层材料介电特性及其厚度反演分析的系统识别方法——路面雷达关键技术研究[D]. 张蓓.重庆大学 2003
硕士论文
[1]蒙特卡洛方法及应用[D]. 朱陆陆.华中师范大学 2014
[2]基于COMSOL软件的大地电磁正演模拟[D]. 陈小燕.长安大学 2014
[3]探地雷达在沥青路面检测中的应用研究[D]. 伍敏.长安大学 2014
[4]探地雷达二维无单元法正演模拟[D]. 王洪华.中南大学 2012
[5]探地雷达二维有限元正演模拟[D]. 陈承申.中南大学 2011
[6]沥青路面厚度及弯沉检测技术研究[D]. 孙壮心.大连海事大学 2009
[7]探地雷达图像识别与处理[D]. 闫永斌.北京化工大学 2008
[8]路用探地雷达探测数据分析方法的研究[D]. 王春晖.同济大学 2008
[9]冲击脉冲探地雷达天线技术研究[D]. 姜南.哈尔滨工程大学 2007
[10]探地雷达检测路面含水量和压实度的应用研究[D]. 黎春林.郑州大学 2003
本文编号：3011154
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