雙通道雷達一體機應用于渠道檢測的試驗

□張　華　□閆二磊（河南省河口村水庫工程建設管理局）

雙通道雷達一體機應用于渠道檢測的試驗

□張華□閆二磊（河南省河口村水庫工程建設管理局）

文章介紹了雙通道雷達一體機研制的意義，并對一體機的組成結構進行了詳細的介紹。相比于單通道雷達，使用更加方便，數據采集赫爾報告生成更加自動化。在此基礎上，結合南水北調中線工程渠道的結構特點，制作了渠道模型，通過1-90 d的測試，得到隨著混凝土齡期的不斷增長，電磁波在混凝土中的傳播速度呈不斷增加的趨勢，而混凝土的介電常數呈不斷減小的趨勢。證明雙通道雷達一體機的檢測結果能夠很好的反映早期混凝土內部水分含量和水分分布的變化情況。

南水北調；雷達一體機；雙通道；介電常數

0　引言

南水北調中線工程輸水渠道結構，自表層向下包括混凝土層、土工膜、保溫板、砂墊層及回填土基層等。在使用探地雷達檢測過程中，因探測目的和探測深度的不同，要用主機配合不同的天線分次進行，受人為拖拽天線因素的影響，不同天線拖拽路徑及行走速度很難控制一致，這樣對探測對象同一部位探測得出的雷達圖像對比性不足，因此，如果兩個天線能夠同時在同一區域進行工作，將大大提高渠道工程質量檢測工作的效率和探測效果。基于以上的工程應用需求，研制了南水北調渠道工程質量檢測雙通道雷達一體機，以便于在渠道工程質量檢測過程中，更好的對目標物體進行探測。

鑒于南水北調中線工程輸水渠道的結構特點，在大量試驗的基礎上研制了雷達一體機。主要由雙通道主機天線一體機、手推車、連接線、筆記本電腦組成，將筆記本電腦與一體機通過專用的網線連接，實現對雷達的控制和渠道襯砌的檢測、標示。在水平面進行數據采集時，可以使用手推車，在坡面或建筑物表面進行數據采集時，可將一體機從手推車上卸下，單獨使用。數據采集時配合專用的渠道混凝土襯砌檢測系統，可實現數據的實時采集、處理、生成厚度報表、缺陷標示。并增加了層厚自動處理功能，實現對襯砌厚度的自動判別，這樣在一方面降低了對一體機使用的經驗門檻，另一方面也提高了數據處理的效率。通過對雷達數據進行處理后，利用數據解釋與分析模塊就可以進一步對雷達數據進行修飾、厚度計算、報表生成、異常標示等功能，盡快知曉檢測結果。

1　渠道檢測模型試驗

探地雷達以探測、分辨和識別目標體為最終目的，因此探地雷達系統的設計參數也要以目標體的探測效果為評定標準。結合渠道襯砌檢測，在模型試驗場地進行了雙通道雷達一體機的相關性能摸底試驗，主要包括雙通道雷達一體機的最大探測有效深度和橫向定位指標試驗。

1.1試驗模型設計及制作

試驗模型尺寸設計為300 cm×100 cm×80 cm，最上部為10 cm厚的C20混凝土層，下面是復合土工膜和1.80 cm厚的保溫板，再下面是厚度不同的粗砂墊層和填土層。試驗模型總體分三部分，見圖1。設計了三種缺陷類型，碎石、砂子、空洞。各種缺陷采用預埋的方式制作。空洞用空的礦泉水瓶代替，碎石是用塑料袋裝碎石后成堆放置。

圖1　模型試驗結構圖（側面圖）

1.2模型試驗方法

在對回填土進行人工夯實之后，鋪設粗砂墊層，并進行缺陷預埋，之后在粗砂墊層上鋪保溫板和土工膜，澆筑混凝土，并采用振搗棒均勻振搗，進行養護。

澆筑混凝土模型成型以后，使用一體機對模型進行了數據采集，測線布置為順模型長度方向，測線間距為10cm。通過數據采集，分析比較隨混凝土齡期的增長，介電常數的變化規律；采集預埋缺陷病害的典型雷達圖像。

2　混凝土齡期與介電常數關系研究

近年來，利用探地雷達對混凝土進行無損檢測技術有了很大的發展，但在對混凝土進行檢測時，雷達需要進行一系列的參數設定。探地雷達檢測采用單面掃描法，在進行檢測的時候主要是分析介電常數和電磁波兩種指標。而混凝土是一種比較復雜的介質，它是由水、水泥、砂子及細小的空氣孔所組成，水泥的各種型號和碎石介電常數的不同都會直接影響混凝土的介電常數。混凝土中的波速和衰減與許多因素有關，如含水量及其凝結硬化程度等。

混凝土的性能是隨著齡期的變化而變化的，因此在利用探地雷達對混凝土進行檢測的時候要考慮混凝土的齡期的影響。在模型試驗現場，采用一體機在模型的不同齡期進行數據的采集和分析，相關數據結果處理如表1所示。

從表1的數據可以看出，隨著混凝土齡期的不斷增長，電磁波在混凝土中的傳播速度呈不斷增加的趨勢，而混凝土的介電常數呈不斷減小的趨勢。

表1　各齡期混凝土探地雷達檢測數據表

圖2　電磁波速隨混凝土齡期的變化圖

從圖2、圖3中可以看出，在早期的28 d齡期里，混凝土的電磁波波速增加速度和相對介電常數的減小速度都很快。從28 d齡期開始，兩種曲線都趨于平緩。

一般情況下，混凝土的相對介電常數為6～12，水的相對介電常數為81，而混凝土中的水分含量，隨著齡期的增加，由于水泥水化作用的消耗和自由水的蒸發作用逐漸減少，由此可以推斷：早齡期的混凝土電磁波波速較快而相對介電常數偏高，是因為有混凝土中有大量水分的存在，所以水分的存在會提高混凝土的介電常數，相應的減小電磁波在混凝土中的傳播速度。

圖3　介電常數隨齡期的變化圖

3　結論

通過模型試驗，總結了介電常數隨齡期的變化規律。證明雙通道雷達一體機的檢測結果能夠很好的反映早期混凝土內部水分含量和水分分布的變化情況：隨著混凝土齡期的增長，混凝土中水分減少，且其對混凝土的介電常數與電磁波在混凝土中的傳播速度的影響能力也隨之減弱。

（責任編輯：韋詩佳）

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1673-8853（2016）07-0144-02

2016-04-28