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  • 透地雷達檢測

    透地雷達基本原理(資料來源:臺灣公路工程第34 卷第5 期-231)

    透地雷達簡稱GPR (Ground Penetrating Radar),其原理係利用物質之介電常數不同,以雷 達波進行探測,可運用於混凝土裂縫調查、鋼筋混凝構造體之鋼筋位置調查、地下管線、空洞、 等位置與大小之探測與調查。亦可對土層、岩層等深度與層位之探測,考古研究及礦脈、煤層 之調查。透地雷達波法(GPR)其最早應用於軍事用途,直至1960 年代才發展成透地雷達法 正式應用於地層之探測,目前已漸漸被應用於各種土木工程設施之偵測。透地雷達應用的原理 與敲擊回音檢測儀的原理極為類似,最大差異在於後者使用彈性波,而前者使用電磁波。兩者 均量測波動於受測物體內遇不同物質界面的反射波能量,以決定受測物體的剖面排列方式。透地雷達法是以透地雷達(主機)不斷發射固定標的上,藉著安置在地面之固定式或可動式天線將反射回來之雷達波信號接收儲存於主機中,然後據以分析反射回來之信號來判別標的物之性 質等特性。故其主要組成包括收發訊號的天線、信號記錄器及分析系統,其反射電磁波亦可由 電腦顯現色階分析,顯示出受測物體於不同材料之排列狀態。

    一般而言,透地雷達GPR 系統的基本施測流程可分為以下八步驟 :

    1. 由主機內之脈衝啟動器(pulse trigger)激發信號。

    2. 將激發出之脈衝信號傳至雷達天線。

    3. 將激發信號轉變成高頻雷達波。

    4. 向受測物體發射高頻雷達波。

    5. 雷達波在界面產生反射現象。

    6. 接收來自受測物的反射信號。

    7. 反射信號傳回系統主機。

    8. 訊號儲存於磁帶機並即時顯示。

    當透地雷達GPR 施測時,係以拖曳天線的方式來作業,即於相同水平間隔距離內(假設其等速拖 曳)不斷地重複上述之步驟,如此即可得到整條測線之透地雷達剖面如下圖。透地雷達GPR 為一應用電 壓為幾百伏特的發射線圈,產生頻率為10 至2000MHz,歷時為幾十億分之一秒(ns)的雷達 波射入地下或建築結構體內,此入射波經地下具不同電磁性質的地層界面與埋藏體反射或地層 內管線、空洞及結構體內鋼筋等繞射至地表,由置放地表之高靈敏度接收天線以相等時距接受 此訊號,其記錄時間視測勘目標而定﹐短至1ns,長可達32767ns。

    此記錄經一般處理(如振幅衰減補償、濾波)或再加一些特殊處理(如速度分析、解迴旋、 移位等),即可由接收到的各波抵達地表時間的不同,來推測地下地層的起伏、描繪地下的形 貌及偵檢地下人為的構造體或非金屬構造體內部結構。發射天線所產生之雷達波經由地層界面 反射後其振幅將會改變,而反射波與入射波振幅間的比值,稱之為反射係數(Reflection Coefficient),由於雷達波其高頻及淺層導磁率變化不大,反射係數之大小則與界面上、下物質 之介電常數(Dielectric Constant)之差異有相當之關係,此外,地層衰減(Attenuation)效應, 將影響透地雷達之探測深度,如高導電性之黏土層,或含水層,其影響探測深度甚鉅。因此, 學術界常應用Hilbert Transform 方式將影像進行Hilbert transform 變換,由反射波能量、相位及 頻率來觀察雷達波影像。

    Hilbert transform(希爾伯特轉換)係以德國數學家大衛·希爾伯特(David Hilbert)命名。 在數學與信號處理的領域中,一個實數值函數s(t)之Hilbert transform 則標示為。係是將信 ?s(t)與 πt 1 做摺積,以求得s (t) ) 。因此,Hilbert transform 結果s (t) ) 可以被視為輸入s(t)之線性 時不變系?(linear time invariant system)之輸出,而此一系統的脈衝響應為 πt 1 。Hilbert transform 定義如下:

    Hilbert transform1

    其中Hilbert transform

    gpr

    透地雷達GPR檢測項目為 :

    1. 以透地雷達檢測混凝土內部孔洞。

    2. 以透地雷達檢測混凝土內部鋼筋排列。

    3. 以透地雷達檢測地基掏空。

    4. 以透地雷達檢測地下管線。

    5. 以透地雷達檢測地基掏空。

    6. 以透地雷達進行地下結構探測。

    7. 以透地雷達檢測堤防掏空。

    8. 以透地雷達進行地下結構探測。

    9.其他關於透地雷達檢測應用(維基百科)