探地雷达在新兴领域的发展与应用

产品与服务

一、研发背景
自上世纪70年代以来，随着电子技术的迅猛发展以及先进数据处理技术的开发应用，探地雷达也有了更深层次的研究，其实际应用范围也在迅速扩大，已经从冰层、盐矿等弱耗介质逐渐扩展到土层、煤层及岩层等有耗介质，在考古、矿产资源勘探、灾害地质勘查、岩土工程调查、工程质量检测、工程建筑物结构调查和军事探测等众多领域均发挥出了重要作用。如今，应用在地面监测、钻孔、煤矿探水以及航空卫星上的探地雷达系统也已面世，不但使人们在生产生活中的安全隐患大大减少，而且也为人类探索未知世界创造了更多有利条件。
在我国，探地雷达的研究和应用也逐渐趋于成熟，多家科技公司纷纷推出了具有自主知识产权的多种规格和型号的探地雷达产品。作为一家高新科技企业，我司在总结前人经验的基础上，根据微波的传播特性，利用其对电磁衰减大的非金属材料具有较强的穿透能力，不穿透导电性好的材料以及其对材料、结构和产品的性质、缺陷能够进行非破损检测与诊断的技术特点，研发设计出了多款经济适用的探地雷达产品，在水泥管道、高速公路、地雷的探测以及塌方搜救、室内人员定位等项目中均体现出了较强的技术和性能优势，在业界赢得了良好的口碑和众多用户的支持。
二、探地雷达工作原理
(一)传统探地雷达工作原理
由于雷达波是频率为300MHz-300GHz 的微波，属于电磁波，其真空中相应的波长为lm-lmm ，在电磁波谱上处于远红外线至无线电短波之间。当波长远小于物体尺寸时，微波的传导和几何光学相似，即在各向同性均匀介质中具有直线传播、反射折射的性质；而当波长接近物体尺寸时，微波又有近于声波的特点；加之其对物体的电磁特性十分敏感，所以研究人员利用了雷达波的这些特点研制出了探地雷达，即通过发射天线向地下发射高频电磁波，再通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的界面时发生反射，根据接收到电磁波的波形、振幅强度和时间的变化特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度等。
例如在坝体渗漏探测中，渗透水流使渗漏部位或浸润线以下介质的相对介电常数增大，与未发生渗漏部位介质的相对介质常数有较大的差异，在雷达剖面图上产生反射频率较低反射振幅较大的特征影像，以此可推断发生渗漏的空间位置、范围和埋藏深度。

探地雷达工作原理示意图

电磁波碰到地下物体后的反射示意图

探地雷达记录的回波曲线

（二）新型深层探地雷达原理设计及构成

以上两图是我司深层探地雷达的原理设计及构成，其是利用地下不同物质电阻率不同的原理，结合人工超低频电磁波的良好的穿透能力及现代弱信号处理技术，通过对矿山灾害水体反射的某些特征信号的反演，确定其在地层中的有无及位置信息。通过提取特征信号的特征参数，再结合相关证据理论融合算法，完成对地层地质信息的立体反演。
三、探地雷达优势及特点
1、采用大幅度脉冲发射机，增加了探测深度，且具有较强的抗干扰能力。
2、可快速检测，且同时接多根天线进行测量，可与RAMAC 100，250，500和800兆屏蔽天线兼容，用户可根据探测深度需要选择不同的天线。从而提高工作效率；
3、良好的防尘、防潮、防震以及无同步电缆（即发射机和接收机之间采用无线方式进行同步）设计，更适合野外勘探作业，使其在野外工作具有更强的稳定性和实用性；
4、具有内置数据自动叠加功能，可以使数据质量和采集速度达到较佳值；且该雷达不需要光纤或电缆，因此数据传输质量好；
5、支持光标进行深度校准和确定目标；
6、系统选用内置式可充电电池，结构紧凑、性能坚固耐用、重量轻，运输和使用均十分便利；
7、效率高、成本低，每千米作业面作业时间小于1小时，采集劳动强度小，设备轻便；  ；
8、插入和播放捆包软件，操作简单，适用范围广。
四、主要技术指标和性能参数
1、探测作用距离：井下≥200m；地面≥1500m；
2、探测分辨率：≤5m，根据具体要求分辨率可调；
3、每千米作业面作业时间：≤1小时；
4、显示：14.1寸高性能军用笔记本电脑显示;
5、电源：井下24V可充电电源，连续工作时间8小时；地面140～240V发电机电源，连续工作12小时以上；
6、重量：井下≤20kg；地面≤35kg；单体重量 ≤10kg
7、工作温度：-40 ℃ ～+60 ℃
8、前放增益：8，32
9、主放增益：16，32，64，128，512，1024
10、工作基频：领先、二、三、四基频
11、采样时窗：≥ 30门
12、动态范围：180dB
13、分辨率：较大29位
14、输出：较大100A
15、A/D转换：24bit
五、应用范围
探地雷达用途十分广泛，涉及到我们日常生产生活的方方面面，在市政工程实施、地下管线检测、矿藏探测、隧道超前预报、公路的施工、勘察和养护、塌方救援以及人员定位等项目中无不用到该产品，其具体应用领域如下：
1、可用于检测各种材料，如岩石、泥土、砾石，以及人造材料如混凝土、砖、沥青等的组成等；
2、可确定金属或非金属管道、下水道、缆线、缆线管道、孔洞、基础层、混凝土中的钢筋及其它地下埋件的位置等；
3、可检测不同岩层的深度和厚度，并常用于地面作业开工前对地面作一个广泛的调查等。
4、煤矿含水层探测，断层产状及含水性探测，煤层采空区、老窖区积水探测；
5、探测金、银、铜、铁、锌等良导性矿埋深和产状，探测蕴矿构造；
6、探测非煤矿井老窖及其含水性；
7、干旱地区寻找地下水等。
六、工程实例
1、探地雷达在公路施工质量检测中的应用

路段层厚及钢筋分布雷达剖面

公路下的脱空检测剖面

2、探地雷达在隧道检测中的应用

3、探地雷达在煤矿探水中的应用

上图中领先张为为某金矿区深部找矿工作。该矿区两侧发育有断裂，己知金矿受沂水汤头次级断裂控制，为蚀变岩型金矿。为了探明金矿在深部的蕴藏远景，必须探明次级断裂带的延伸情况。为此，在该区布置了10条探测剖面，图为第10线剖面的二维反演结果。
第二张图为某重度危矿，经探测，设计出最可能的矿区钻孔4处，现已发现有工业价值矿石3处，领先不是矿石的是废弃矿井老害水。

该矿为废弃煤矿，因水害严重导致矿井废弃，已知井下采空区已积水。勘探结果如图所示，在距离地面450 到500 米位置，水平剖面可以明显看出该区域已经明显存在大量积水（蓝色区域），垂直剖面也可以看出在450 到500 米区域，有积水存在（蓝色区域），并且互相连接贯通。

该地区地下为高阻区（空洞），绵延2 平方公里，发生洪涝灾害时，地面水回灌入地下溶洞，引起地质发生变化，地面产生震动。当洪灾过后，溶洞中的水渗漏，地质结构再次发生变化，地面再次产生震感，这就是该地区发生3000 多次3 级以下地震而没有强震的原因。
4、探地雷达在其它领域的应用

七、技术支持与售后服务
“精益求精，追求有效”为我司一贯的宗旨，“技术创新、品质优良、服务周到”是我司自成立以来一直秉持的经营理念，正是凭借着高效、优质、快捷的服务，我司赢得了广大用户与业界同仁的一致好评。
我司设有专门的技术咨询和售后服务中心，负责向所有用户提供有关设备使用和维护等方面的技术咨询和售后服务，及时解决用户在产品使用过程中遇到的各种难题和困扰，在解除用户的后顾之忧的同时保障用户的切身利益。
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