测量GPR速度以估算含水量
关闭 X
导航菜单
 

测量GPR速度以估算含水量


T

GPR波速提供直接和间接的好处。 首先,知道速度对于计算GPR数据部分中出现的物体的深度至关重要。 第二,当速度和其他物理特性之间的经验关系得到发展时,GPR速度可以用来推断另一个物理特性。 例如,GPR速度通常用于测量物料的水含量。 农业和伐木等许多行业的重要信息。

原则上,测量材料样本的GPR速度相对简单。 首先,确保样品的底部放在电性质与样品完全不同的材料上。 金属板效果很好。
其次,需要在GPR天线和样品之间实现良好的耦合,因此在样品上创建平坦表面是最佳的。 将GPR天线置于样品的中间,收集一些GPR迹线并将其平均为一条迹线。 从样品底部测量反射事件的到达时间(t)。 使用已知的接收器/发射器间距(s),以及真空中的光速(c)和样品厚度(d),使用图1中的公式计算速度。

为了获得可靠的结果,需要考虑许多问题。 样本必须足够大,以确保测得的行程时间提供准确的速度,并且有限的样本量不会对测得的行程时间产生影响。

(在Redman等人2016中讨论)。

计算从双向传播时间到样品底部的速度,其中c是真空中的光速。
图1:
计算从双向传播时间(t)到样品底部的速度,其中c是真空中的光速。

通常,如果GPR所在样品的表面尺寸(直径或宽度)大于天线间距的两倍,则对传播时间的影响很小。 反射事件的幅度对样本大小更为敏感。 样品底部的反射可能由于杂波或振幅低而难以识别。 以下示例说明了一种提供更清晰可识别的反射事件的简单方法。

使用pulseEKKO®PRO TR1000 GPR来采集木片样品的数据(图2)。 在木片上用容器底部的金属板采集痕迹,然后将容器直接放在塑料盒上(基本上是空气)。 将迹线取平均值,并创建差异迹线。

图2:
设备设置以获取有关木屑的数据。

在图3中,两种情况都可以在左图中看到样品底部的反射事件,但是很难确定底部反射的确切时间。 两条迹线之间的差异(右图3)显示了一个清晰可辨的反射事件。 这种方法极大地提高了查看所需反射的能力,并在确定到达时间进而确定测得的速度方面提供了更高的精度。

图3:
木质碎片样品容器底部的金属板和空气收集的痕迹在左侧,两条痕迹之间的差在右侧。

测量样品中的速度使得能够估计样品的相关性质,例如水含量。 在这种情况下,您需要测量另一种可靠方法(例如称量湿的样品和干燥后的样品)中水分含量已知的样品的速度。

然后确定GPR测得的速度与已知水含量之间的经验关系。 通常,速度会转换为相对介电常数,这是一种更基本的材料特性:Kr =(c / v)2其中c是光速。 对于某些材料(例如土壤),已经存在经验关系,其中通常使用Topp关系来推断水分含量。 图4显示了这种方法应用于水含量不同的木屑样品的示例。

图4:
从干燥的木屑中得出的重量水含量与GPR介电常数的关系图(源自测得的到达样品容器底部的时间)。

总之,GPR速度可以间接,快速地测量样品的物理性质。 可以使用相同的方法来监视样品的物理特性(例如水含量)随时间的变化。

LinkedInFacebookTwitter电子邮箱