TWI502183B - Material interface detection method - Google Patents
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Description
本發明涉及一種非破壞性的材料界面檢測方法，尤指一種使用透地雷達檢測出雙層鋼筋尺寸的方法。
台灣近數十年來由於經濟發展及科技不斷的進步，工程技術也日異越新，大量的公共建設也相繼完成，而其中大部分的建築結構物，都已超過了一定的使用年限，屬於老舊結構，再經過地震、颱風等大大小小的天然災害後，建築結構物的安全問題逐一浮現，因此強調對於新舊建築結構物永續發展觀念也開始受到人們的重視，而相關單位在這方面也投入了相當多的人力與經費進行研究，就以目前傳統破壞性檢測方法會損害原有的設計強度及完整性，對於使用年限已久或是經過災害損傷的結構物來說是非常危險的，因此目前非破壞性檢測技術顯得更加重要。
台灣位於板塊交界處地震相當的頻繁，因此結構物會產生許多的損傷裂縫，再加地處於熱帶季風氣候，高暖多雨，這些損傷裂縫會造成構件內部滲水，進而造成鋼筋的受損(腐蝕)，破壞了原有的安全性而影響住戶使用的安全品質，所以漏水的危害是不容忽視，而人們隨著生活水準的提高，對於建築物的功能性與安全性的要求也逐漸提高，結構安全的問題更備受重視。
因此，以非破壞性檢測技術來施作建築物牆面滲水及地下管線漏水，確切掌握漏水區域及漏水源，及時提供相關資料，以利於防範建築結構物內部出現進一步的破壞，也避免大範圍打除或開挖即可找尋正確的漏水源，減少補強施工時間及大幅降低成本，突顯出此項技術運用的重要性，而傳統的非破壞檢測方法無法有效率的進行建築結構物漏水區域與漏水源的定位，因此如何在不破壞建築結構物強度與行為之原則下，能有
效檢驗出因漏水所產生之工程品質與安全強度鑑定，將成為非常重要的技術。
有鑑於此，對漏水區域與漏水源求得更明確的判別分析方法，以利於補強修護工作的進行，便成為本發明欲改進的目的。
本發明目的在於提供一種快速、準確的材料界面檢測方法。
為解決上述問題及達到本發明的目的，本發明的技術手段是這樣實現的，一種藉由電磁波入射不同介質所產生波速時間差，而進行乾溼界面分析的材料界面檢測方法，其包含下列步驟：(I.試體選定)：準備一透地雷達(1)與待測的試體(2)；(Ⅱ.參數設定)：對透地雷達(1)設定各項參數，參數是包含有天線頻率(Antenna Frequency)、取樣頻率(Sampling Frequency)、時間視窗(Time Window)、取樣數目(Number of Samples)、疊加次數(Number of Stacks)以及取樣間距(Interval)：(Ⅲ.進行施測掃描)：使用透地雷達(1)對試體(2)表面一定範圍內，進行電磁波掃描；(Ⅳ.擷取反射訊號)：擷取電磁波的反射訊號，並取得本次施測的透地雷達剖面圖(3)：(V.結果分析)：將所得到的透地雷達剖面圖(3)進行轉換與分析；其特徵在於：在結果分析步驟時，將透地雷達剖面圖(3)轉換為透地雷達波譜圖(4)，從透地雷達波譜圖(4)中，界定出表面位置訊號(41)與某一深度位置的反射訊號(42)，兩者的時間差為電磁波於試體(2)中行走的雙程走時(t)，由深度與時間的關係，分析試體(2)內的電磁波波速(V
)與相對介電常數(ε r
)，將兩者處理為等效電磁波波速圖(5)與等效介電常數圖(6)，最後再依等效介電常數圖(6)來判斷試體(2)的含水層與非含水層的界面。
更優選的是，所述(Ⅲ.進行施測掃描)的步驟中，使用該透地雷達(1)對該試體(2)表面一定範圍內進行電磁波掃描時，其中，掃瞄的範圍是依該試體(2)的尺寸大小而定。
更優選的是，在(Ⅲ.進行施測掃描)的步驟中，透地雷達更能進行雙向測線掃描，並依雙向測線掃描的數據，建立等效相對介電常數的3-D分佈圖。
與現有技術相比，本發明的效果如下所示：
第一點：本發明能以非破壞性的方式，界定出試體中的含水層與非含水層的交界線。
第二點：一般抓漏是以老師傅的經驗去抓漏，無法確切地找出漏水點，因此打除牆面的範圍會比較大，但是本發明能界定出漏水範圍之後，並推測出漏水點，僅需要打除漏水點附近的牆面就能進行修復，能減少打除牆面的時間，增加修復漏水的效率。
第三點：使用透地雷達施測具有施測快速與高解析度的優勢，且透地雷達取得掃秒數據後，後續的數據處理只需要交給電腦運算就能迅速建立出等效介電常數圖(6)，用來提供施工人員判斷漏水位置。
1‧‧‧透地雷達
2‧‧‧試體
3‧‧‧透地雷達剖面圖
4‧‧‧透地雷達波譜圖
41‧‧‧表面位置訊號
42‧‧‧某一深度位置的反射訊號
5‧‧‧等效電磁波波速圖
6‧‧‧等效介電常數圖
t‧‧‧雙程走時
V
‧‧‧電磁波波速
ε r
‧‧‧相對介電常數
D‧‧‧表面反射訊號與某一深度位置反射訊號的距離
第1圖：本發明的流程圖。
第2圖：本發明實施例中，試體(2)的平面示意圖(上視圖)。
第3圖：本發明實施例中，試體(2)的平面示意圖(正視圖)。
第4圖：透地雷達剖面圖轉換為透地雷達波譜圖的示意圖。
第5圖：雙程走時的示意圖。
第6圖：含水與非含水的雙程走時差異的示意圖。
第7圖~第9圖：本發明實施例的掃描數據與分析結果。
第10圖：本發明測線為雙向測線的實施示意圖。
第11圖：等效相對介電常數的分佈圖。
第12圖：等效相對介電常數的3-D分佈圖。
以下依據圖面所示的實施例詳細說明如後：如第1圖所示，簡單地說明出本發明的步驟流程為：(I.試體選定)、(Ⅱ.參數設定)、(Ⅲ.進行施測掃描)、(Ⅳ.擷取反射訊號)與(V.結果分析)，其中，(V.結果分析)的步驟中，會進行各個數據圖的轉換，依序有透地雷達剖面圖(3)、透地雷達波譜圖(4)、等效電磁波波速圖(5)、等效介電常數圖(6)，最後由等效介電常數圖(6)來判斷漏水點：以下為各步驟的詳細說明。
(I.試體選定)：準備一透地雷達(1)與待測的試體(2)，其中，如第2圖、第3圖所示，本實施例的試體為一內部填充標準砂的盒體，且其標準砂中央埋設一個具有漏水孔的管線。
(Ⅱ.參數設定)：對透地雷達(1)設定各項參數，其中，參數是包含有天線頻率(Antenna Frequency)、取樣頻率(Sampling Frequency)、時間視窗(Time Window)、取樣數目(Number of Samples)、疊加次數(Number of Stacks)以及取樣間距(Interval)，依據測試的需要調整出適當的數值；(Ⅲ.進行施測掃描)：使用透地雷達(1)對試體(2)表面一定範圍內，沿著透地雷達測線，進行電磁波掃描。
(Ⅳ.擷取反射訊號)：擷取電磁波的反射訊號，並取得本次施測的透地雷達剖面圖(3)。
(V.結果分析)：將所得到的透地雷達剖面圖(3)進行轉換與分析；在結果分析步驟時，如第4圖~第6圖所示，將透地雷達剖面圖(3)轉換為透地雷達波譜圖(4)，再從透地雷達波譜圖(4)中，界定出表面位置訊號(41)與某一深度位置的反射訊號(42)，兩者的距離為D，而兩者電磁波反射的時間差是電磁波於試體(2)中行走的雙程走時(t)，其中，因為試體(2)內含水的程度不同，會讓電磁波波速(V
)產生改變，進而使得雙程走時(t)有所差異，因此我們能由雙程走時(t)反向尋找電磁波的波速(V
)，並建立等效電磁波波速圖(5)，再由等效電磁波波速圖(5)，求得等效介電常數圖(6)；以下為波速與相對介電常數的公式；
波速：；
相對介電常數：；
分析試體(2)內的電磁波波速(V
)與相對介電常數(ε r
)，將兩者處理為等效電磁波波速圖(5)與等效介電常數圖(6)之後，最後再依等效介電常數圖(6)來判斷試體(2)的含水層與非含水層的界面。
而含水層與非含水層的界面到試體(2)表面的距離深度，是依下列『乾/濕界面判定原理』公式來判斷：
D=Vd×Td+Vw×Tw=Vd×Sd×△T+Vw×(S×△T-Sd×△T)
Sd=(D-Vw×S×△T)/(Vd-Vw)×△T
d=Vd×Sd×△T
其中，D是檢測的總深度，d是檢測平面到乾濕砂界面的深度，Td是電磁波於乾砂之走時，Tw是電磁波於濕砂之走時，T是電磁波於乾/濕砂之走時(Td+Tw)，Vd是乾砂電磁波波速，Vw是濕砂電磁波波速，Sd是乾砂狀態之取樣點數，S是乾/濕狀態之取樣點數，△T是等效時間間隔；利用上述公式、電磁波波速(V
)與相對介電常數(ε r
)便能取得標準砂內部的乾/濕界面深度。
第7圖~第9圖，此為本實施例漏水前與漏水後，使用本發明方法所測得的數值，第8圖顯示出本發明方法能確實辨識出試體(2)內電磁波波速(V)的差異，進而從電磁波波速(V)求出第9圖：等效介電常數圖(6)，從第9圖，便能得知本實施例的漏水點約在距離30cm的位置。
上述中，所述(Ⅲ.進行施測掃描)的步驟中，使用該透地雷達(1)對該試體(2)表面一定範圍內進行電磁波掃描時，其中，掃瞄的範圍是依該試體(2)的尺寸大小而定。
如第10圖~第12圖所示，在(Ⅲ.進行施測掃描)的步驟中，透地雷達更能進行雙向且多測線的掃描，並依雙向測線掃描的數據，建立等效相對介電常數的3-D分佈圖。
以上依據圖式所示的實施例詳細說明本發明的構造、特徵及作用效果，由於符合新穎及進步性要件，遂爰依法提出發明專利申請；惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，但本發明不以圖面所示限定實施範圍，因此舉凡與本發明意旨相符的修飾性變化，只要在均等範圍內都應涵屬於本發明專利範圍內。
Claims (4)
- 一種材料界面檢測方法，其包含下列步驟：(I.試體選定)：準備一透地雷達(1)與待測的試體(2)；(Ⅱ.參數設定)：對透地雷達(1)設定各項參數；(Ⅲ.進行施測掃描)：使用透地雷達(1)對試體(2)表面一定範圍內，進行電磁波掃描；(Ⅳ.擷取反射訊號)：擷取電磁波的反射訊號，並取得本次施測的透地雷達剖面圖(3)；(V.結果分析)：將所得到的透地雷達剖面圖(3)進行轉換與分析；其特徵在於：在結果分析步驟時，將透地雷達剖面圖(3)轉換為透地雷達波譜圖(4)，從透地雷達波譜圖(4)中，界定出表面位置訊號(41)與某一深度位置的反射訊號(42)，兩者的時間差為電磁波於試體(2)中行走的雙程走時(t)，由深度與時間的關係，分析試體(2)內的電磁波波速與相對介電常數，將兩者處理為等效電磁波波速圖(5)與等效介電常數圖(6)，最後再依等效介電常數圖(6)來判斷試體(2)的含水層與非含水層的界面。
- 如請求項1所述的材料界面檢測方法，其中：在Ⅱ.參數設定的步驟中，所述參數是包含有天線頻率(Antenna Frequency)、取樣頻率(Sampling Frequency)、時間視窗(Time Window)、取樣數目(Number of Samples)、疊加次數(Number of Stacks)以及取樣間距(Interval)。
- 如請求項1所述的材料界面檢測方法，其中：所述(Ⅲ.進行施測掃描)的步驟中，使用該透地雷達(1)對該試體(2)表面一定範圍內進行電磁波掃描時，其中，掃瞄的範圍是依該試體(2)的尺寸大小而定。
- 如請求項1所述的材料界面檢測方法，其中：在(Ⅲ.進行施測掃描)的步驟中，透地雷達更能進行雙向測線掃描，並依雙向測線掃描的數據，建立等效相對介電常數的3-D分佈圖。
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| 劉信邦，"透地雷達應用於堤防掏空及板體潮濕檢測之研究"，碩士論文，(2012/10/21) * |
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| TW201445121A (zh) | 2014-12-01 |
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