基于极低频电磁波的管道检测定位技术
地下管线探测原理
地下管线探测原理地下管线探测原理是指通过一定的技术手段，对地下的管线进行探测、识别和定位的过程。
地下管线主要包括供水、供气、供电、通信、排水等各种管线，它们的准确位置和情况了解对城市建设、维护和日常生活至关重要。
下面将详细介绍地下管线探测的原理。
1.电磁法电磁法是地下管线探测中常用的一种方法。
它利用地下管线与地面上的电流发生作用时，产生的磁场特性进行探测。
通常通过两种设备进行测量，即电磁发射器和接收器。
在电磁法中，电磁发射器通过电流产生一个低频电磁场，该电磁场会通过地下管线中传导，即管线成为电磁波传导的介质。
接收器可以检测到电磁场的变化，从而确定地下管线的位置、深度和磁特性。
2.高频电磁波法高频电磁波法是一种基于电磁波传播原理的地下管线探测方法。
该方法适用于较短的距离，并能够识别金属和非金属管线。
在高频电磁波法中，发射器会发送一个高频信号，然后该信号在地下管线中传播。
传播的过程会产生反射、折射和透射等现象，接收器可以检测到这些现象，从而确定地下管线的位置。
3.声学法声学法是利用声音在地下传播的原理进行地下管线探测的方法。
它可以检测到管线内传输流体时产生的噪声或振动。
在声学法中，通过发射器发出脉冲信号，信号在管线内传输时，会受到管壁的反射和传播介质的吸收等因素的影响，接收器可以捕获这些信号，并通过分析波形和频谱来识别地下管线。
4.磁力法磁力法是一种基于管线产生磁场的原理进行探测的方法。
该方法适用于检测金属管线。
在磁力法中，通过量测与地下金属管线有关的磁场，确定其位置和方向。
通常使用磁场感应法，即使用磁感应线圈感应管线产生的磁场，并通过测量磁场的变化确定管线的位置。
5.地质雷达法地质雷达法是利用电磁波在地下介质中传播的原理进行管线探测的方法。
它可以探测到地下的各种介质变化。
在地质雷达法中，发射器会发射不同频率的电磁波，波经过地下介质传播并反射回来。
接收器可以捕获这些反射波，并通过分析波形和频谱来确定地下管线的位置和特征。
基于低频声波和负压波的管道泄漏监测系统
（ 栏 目主持 樊韶华 ）
室在设备材料价格信息的共享 ，避免 因价格信息滞
后所导致的投资偏差 ，同时要重视估算投资指标编
一
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油气田地面工程 （ ｈ ｂ ｔ ｐ ： ／ ／ ｗ ｗ ｗ ． ｙ ｑ ｔ ｄ ｍ ｇ ｃ ． ｃ ｏ ｎ） ｒ
运行 。
壁的弹性和液体的压缩性 ，在钢质原油长输管道内 负压波的传播速度一般约为 ｌ ０ ０ ０ ￣ Ｉ ２ ０ ０ ｍ ／ ｓ 。要实 现定位的准确 ，需精确计算 出负压波在管道 内流体
胜利 油 田孤 永 东输 油 管 道起 始 于 孤 岛 原油 库 ，
途经永安输油站 ，终至东营原油库 ，全长 ６ ４ ． ５ ｋ ｍ，
ｄ ｏ ｉ ： ｌ Ｏ ． ３ ９ ６ ９ ／ ］ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ — ６ ８ ９ ６ ． ２ ０ １ ４ ． １ ． ０ ６ ０
油 气管 道泄 漏监 测定 位 系统 的 主要 功 能是 实 时 漏点处产生 了以一定速度传播 的负压波。因此依据
监测长输管道 内的流体是否发生泄漏并在泄漏时对 泄漏产生的瞬时负压波传播到上 、下游的时间差可 泄漏点进行报警和定位 ，以确保油气管道安全平稳 推算出泄漏点的位置。负压波的传播速度取决于管
道瞬时流量 １ ％的泄漏能够定位在距 离实际泄漏点２ ０ ０ ｍ以 内；能够准确区分泄漏信号和站 内操 作等外部 干扰信号以及正常信号 ，解决 了负压 波法在扰 动复杂频繁的情况下误报率 高的 问题 ； 系 统的定位精度有所提 高，小流量泄漏 自 动报警的漏报率有所降低，达到 了预期的应用效果。 关键词：低频声波 ；负压波 ；管道泄漏 ；监测系统 ；报警 ；定位精度
如何进行地下管线探测与定位
如何进行地下管线探测与定位随着城市建设的不断推进，地下管线的布设越来越密集，成为城市基础设施的重要组成部分。
然而，由于地下管线的隐蔽性和复杂性，如何准确快速地进行地下管线探测与定位成为一个亟待解决的问题。
本文将从技术手段、设备选择以及实施过程等方面，探讨如何进行地下管线探测与定位。
一、技术手段地下管线探测与定位的关键在于如何获取管线的准确位置信息。
常用的技术手段包括电磁法、地质雷达法、超声波法和地球物理勘探等。
1. 电磁法电磁法是一种基于电磁波的非侵入式探测方法，适用于大部分地下金属管线的检测。
通过发射电磁波的频率和电磁波的传播速度与回波信号的接收时间，可以确定管线的位置和深度。
2. 地质雷达法地质雷达法利用雷达波束在地下材料中的反射和传播特性，可以探测到地下障碍物和管线。
这种方法适用于较浅的埋深和非金属管线的检测。
3. 超声波法超声波法通过发射超声波，利用声波在不同材料中的传播速度和反射特性，推测地下管线的位置。
这种方法适用于金属和非金属管线。
4. 地球物理勘探地球物理勘探是一种综合利用重力、地磁、地电等物理场参数，以及声波的传播速度等多种手段进行地下管线探测与定位的方法。
它具有较高的精度和可靠性，但也需要专业设备和人员进行操作。
二、设备选择在进行地下管线探测与定位时，选择适合的设备非常重要。
不同的技术手段需要不同的设备。
1. 多功能探地仪多功能探地仪是一种集成了多种地下探测技术的设备，如电磁法、地质雷达法等。
它具有便携、操作简单、覆盖范围广的特点，适用于各种管线探测与定位的场景。
2. 地下管线雷达地下管线雷达是一种专门用于地下管线探测和定位的设备。
它通过雷达波束的发射和接收，可以精确地确定地下管线的位置和深度。
3. 超声波探测器超声波探测器是一种利用超声波进行管线探测和定位的设备。
它可以通过声波的传播速度和反射特性，判断地下管线的位置和材料。
三、实施过程地下管线探测与定位的实施过程需要严谨的操作和仔细的分析。
低频电磁的管道内检测器跟踪定位技术
低频电磁的管道内检测器跟踪定位技术杨理践;申晗;高松巍;刘斌【摘要】Aiming at the tracking and positioning problem of pipeline internal detector in its operating process, a low frequence electromagnetic tracking and positioning method for the pipeline internal detector was proposed, and the propagation characteristics of low frequency magnetic signal and the distribution characteristics of magnetic field generated by the launch coil were analyzed. In addition, a low frequency magnetic signal transmitter mounted on the pipeline internal detector and a portable low frequency magnetic signal receiver were designed. The permalloy with high magnetic permeability was taken as the magnetic core of launch coil to reduce the eddy current loss, and the series resonance was used to improve the emission efficiency. The induction type receiving coil was designed, and the signal receiving range and signal noise ratio were improved through adopting the parallel resonance. The results show that the proposed tracking and positioning system has good stability and reliability, and the received signal has the symmetrical characteristics. In the practical engineering application, the effective positioning distance of the system is 8 m, and the tracking and positioning range of pipeline internal detector gets improved.%针对管道内检测器在运行过程中的跟踪定位问题,提出了基于低频电磁的管道内检测器跟踪定位方法,分析了低频磁信号传播特性和发射线圈磁场分布特点,设计了搭载在管道内检测器上的低频磁信号发射机和手持式低频磁信号接收机.采用高磁导率坡莫合金管作为发射线圈磁芯,减少了涡流损耗,采用串联谐振提高了发射效率;设计感应式接收线圈,通过并联谐振提高了信号接收范围和信噪比.结果表明,该跟踪定位系统具有良好的稳定性和可靠性,接收信号具有对称特性.在实际工程应用中,该系统有效定位距离可达8 m,提高了管道内检测器跟踪定位范围.【期刊名称】《沈阳工业大学学报》【年(卷),期】2018(040)001【总页数】6页(P48-53)【关键词】低频;发射线圈;接收线圈;管道内检测;跟踪定位;串联谐振;并联谐振;涡流损耗【作者】杨理践;申晗;高松巍;刘斌【作者单位】沈阳工业大学信息科学与工程学院,沈阳110870;沈阳工业大学信息科学与工程学院,沈阳110870;沈阳工业大学信息科学与工程学院,沈阳110870;沈阳工业大学信息科学与工程学院,沈阳110870【正文语种】中文【中图分类】TM937油气管道是国家的能源命脉，为保障管道长期安全、正常运行，必须对管道进行定期检测与维护.目前，主要的检测方式是采用管道内检测器进入管道内部沿管线运行而实现对管道的在线无损检测.在检测过程中，为监测管道内检测器实时位置，确保管道内检测器安全有效运行，必须实时跟踪定位检测器的位置和运行状态.目前，国外已有部分公司生产用于管道内检测器的定位产品，如美国CDI公司、TDW公司、德国的ROSEN公司均生产不同型号的低频磁发射机及对应的接收机，实现管道内检测器的跟踪和定位[1-2].国内也有部分高校开展低频电磁场定位技术的相关研究，清华大学主要从微弱信号检测和低频磁场的传播与分布规律进行研究，利用反相双峰指数模型估计和检测微弱瞬态低频信号[3-4]；哈尔滨工业大学主要对基于磁偶极子模型的低频电磁波技术进行研究，研制的跟踪定位装置可对管道内检测器进行较精确的定位[5-6]；中国矿业大学基于粒子群牛顿混合算法，利用天线阵列实现管道检测器定位[7].本文分析了低频信号的传播特性和发射线圈磁场分布特点，设计了管道内检测器跟踪定位系统.该系统具有良好的稳定性和可靠性，在实际工程中应用中，有效定位距离可达8 m，接收信号具有对称特性，提高了管道内检测器跟踪定位范围.管道内检测器跟踪定位主要根据发射机经过接收机下方时，接收机接收到的信号变化判断发射机位置，从而实现对管道内检测器的跟踪定位，图1所示为管道内检测器跟踪定位示意图.在管道内检测器电池节上安装1个低频磁发射机，并沿着管线在地面上每隔一定距离放置一个低频磁接收机.当进行管道内检测时，装载有低频磁发射机的管道内检测器经过低频磁接收机下方，低频磁接收机通过接收判断低频磁发射机产生的低频磁信号，实现对管道内检测器的实时跟踪定位.在实际工作中，发射线圈产生的磁信号受到管壁、土壤及海水等介质屏蔽和阻碍，磁场强度以指数形式衰减.衰减率α与频率f和介质电导率σ乘积的平方根成正比，趋肤深度δ和衰减率α与频率f的关系式[8]分别为由式(1)、(2)可知，信号的衰减率α与信号频率f和介质的电导率σ有关.当介质电导率σ一定时，信号频率f越低，衰减率α越低，趋肤深度δ越大.在实际工程中，管道内检测器通常工作在地下管道或海底管道中，具有高电导率的金属管壁是导致信号衰减的主要因素，因此欲提高传输距离，必须采用低频信号. 图2所示为发射线圈磁场分布示意图，由于发射线圈具有对称性，只需计算yoz平面内磁场的分布即可描述整个发射线圈磁场分布特点，y、z方向分别表示径向和轴向.在yoz平面内取点P(0，y0，z0)，在轴向方向上z处取厚度为dz的环，该环电流为I′=nldz.在A点处取电流元I′dl，根据毕奥萨伐尔定律，电流元I′dl在点P产生的磁感应强度为利用矢量乘法可计算得磁感应强度dB在yoz平面上的轴向分量，即对式(4)进行积分运算，发射线圈在P点的磁感应强度轴向分量为若令发射线圈半径R=10 mm，长度L=20 mm，则当距发射线圈径向距离y0不变时，轴向分量磁感应强度Bz随轴向距离z变化的曲线如图3所示.发射线圈轴向方向磁感应强度随轴向距离的增加，先增加后减小，位于发射线圈中心位置时磁感应强度最大，发射线圈磁感应强度曲线呈对称分布特性.由发射线圈磁感应强度曲线呈对称分布特性可知，当低频磁接收机放置在与管道轴向方向平行的地面上，管道内检测器由远及近逐渐通过低频磁接收机正下方时，接收机接收信号幅值亦呈对称分布，接收机信号幅值逐渐变大再变小，实现对管道内检测器的跟踪定位.管道内检测器跟踪定位系统主要由低频磁发射机和低频磁接收机两部分组成，系统结构框图如图4所示.信号单元产生方波电压信号，通过驱动电路加载到发射线圈，激励出一定频率的电流信号，在空间建立磁场.变化的磁场信号透过管道及其所处环境的介质，被位于表面的接收线圈接收，发射机移动时，接收线圈接收的磁场信号也随之变化，对接收到的信号进行处理，提取所需信号信息进行显示，实现跟踪定位.低频磁发射机采用STM32系列单片机作为信号产生单元，产生23 Hz方波信号，经过MAX9768BE功放模块驱动后，加载到发射线圈两端，在空间建立低频磁场，将发射机与接收机“联系”起来.低频磁发射机体积小，便于携带，采用12 V电源供电，功耗低，电流幅值仅为78 mA.为提高发射线圈产生的磁场强度，采用漆包线缠绕磁芯形式构成发射线圈，其结构示意图如图5所示，聚酯亚胺薄膜用于绝缘和保护线圈.磁芯材料选用坡莫合金，坡莫合金具有很高的弱磁场磁导率，其饱和磁感应强度达0.6～1 T，电阻率为60～85 μΩcm，适合在低频条件下使用.磁芯涡流损耗为发射线圈主要损耗[9]，设单位体积磁性材料的涡流损耗为p，涡流损耗p与磁芯材料参数及尺寸关系[10]为由式(6)可知，磁芯的涡流损耗与材料的厚度平方成正比，为减小涡流损耗，传感器磁芯采用管状形式，利用漆包线绕制在坡莫合金管磁芯外部，构成发射线圈.为提高发射线圈发射信号磁场强度，选择合适匹配电容与发射线圈构成串联谐振回路，发射线圈及其等效电路如图6所示.图6中，w为信号单元产生的23 Hz低频方波信号，L为线圈电感值，C为线圈分布电容和传感器匹配电容，r0为线圈内阻.发射线圈相当于电感，根据式(7)选取合适参数的匹配电容，构成串联回路，即串联回路的输入阻抗为当电路谐振频率与信号频率相同，则电路发生谐振时，容抗和感抗相等，电路中阻抗最小，呈现纯阻特性，电流最大.此时发射线圈电感和电容两端电压升高，有利于提高低频磁发射机发射效率.低频信号经管道和土壤等介质屏蔽，分布在空间中的磁场信号极其微弱，易被背景噪声所掩盖，因此低频磁接收机设计中采用高分辨率接收线圈接收低频磁信号，同时对信号进行放大、滤波调理，提高信号信噪比，低频磁信号接收与处理框图如图7所示.接收线圈主要用于接收低频磁发射机产生的低频磁信号，采用感应式磁传感器形式，外部包裹铝箔屏蔽层用于屏蔽高频信号干扰.根据法拉第电磁感应定律，匝数为N，截面积为As的线圈放在随时间变化的磁场B(t)中时，线圈中产生的感应电动势为实际上，接收线圈输出的电压信号并不是接收线圈上的感应电动势ε，而是电容两端的电压输出U，接收线圈及其等效电路如图8所示.由图8分析可知，接收线圈输出的电压为接收线圈输出的电压信号不仅与发射线圈产生的空间磁场强度有关，还与接收线圈本身的材料属性和尺寸参数有关.接收线圈采用具有高磁导率的1J85坡莫合金作为磁芯，采用多匝线圈密绕形式制成，接收效果良好.信号调理电路主要用于对接收线圈产生的低频电压信号进行放大、滤波处理，提供给MCU电路进行判决处理.前置放大器是降低噪声电压的关键，选用TLC2652芯片，其具有优异的直流特性，共模抑制比高，适合于微弱信号的放大.为满足系统需求，采用两级放大电路，反馈电路中通过调节电阻R13和电阻R17阻值实现不同放大倍数，前置放大电路如图9所示.低通滤波电路主要采用LTC10691八阶低通椭圆滤波芯片，其具有陡峭的衰减特性，利用MCU中定时器提供所需的时钟脉冲信号，用于滤除前置放大器输出信号中的高频噪声信号和工频干扰信号，提高信噪比.信号经前置放大和低通滤波处理后，再通过LTC1068-200芯片组成的多级带通滤波电路，以实现高品质因数、高增益的窄带滤波处理，最终实现信号调理.微控制器处理单元采用STM32F103RBT6单片机，其带有12位的具有直接存储器存取的ADC，满足低频信号的采样需求.接收到的信号经过信号调理电路后，满足单片机AD采样的电压输入范围.将调理后的信号利用MCU内部的ADC进行采样，通过DMA通道对信号进行峰值检测和频率检测.将采集后的数据存储到片内存储中，设置阈值，对信号进行判别，利用蜂鸣器和LED指示灯阵列变化情况，判定接收机与发射机相对位置的变化.将低频磁发射机搭载在管道内检测器上，放置在与管道轴向方向平行的管道内部，将低频磁接收机平行放置在管道上方的地面上，低频磁发射机持续向外发射低频磁信号，实验示意图如图10所示.当管道内检测器在管道中由远及近逐渐通过低频磁接收机正下方时，接收线圈上输出电压具有对称分布特性；当管道内检测器上的发射机位于低频磁接收机正下方时，接收线圈输出电压最大；当发射机逐渐远离低频磁接收机时，接收线圈输出电压逐渐变小.当二者距离约为8 m时，调理输出信号电压幅值趋近于零，说明在实际工程应用中，该低频定位系统有效跟踪定位距离可达8 m.当管道内检测器行进速度分别为1、2、3和4 m/s时，接收机接收信号判别情况如表1所示.由表1可知，管道内检测器运行速度越快，发射线圈产生的磁场通过接收机的时间越短，检测信号越难判别，系统的准确率越低.当管道内检测器在管道中以4m/s的速度运行时，跟踪定位系统仍能可靠工作，具有良好的稳定性和可靠性，满足实际工程中管道内检测器实时跟踪定位需求.通过以上分析，可以得到结论如下：1) 信号频率越低，衰减率越小，低频信号可透过土壤和管壁传播，适合在管道内检测定位应用；2) 发射线圈轴向方向磁感应强度随轴向距离的增加，先增加后减小，位于发射线圈中心位置时磁感应强度最大，发射线圈轴向方向磁感应强度具有对称分布特性；3) 采用高磁导率坡莫合金管结构作为发射线圈磁芯，可有效减少涡流损耗，提高信号发射效率；4) 基于低频电磁技术的管道内检测器跟踪定位系统，具有良好的稳定性和可靠性，在实际工程中应用时，有效定位距离可达8 m，满足长输油气管道工程中对管道内检测器的实时跟踪定位需求.(YANG Li-jian，LI Hui，JIN Peng，et al.Dynamic initial alignment method for geographic position measurement system of pipeline [J].Journal of Shenyang University of Technology，2015，37(6)：656-661.)(CAI Xiong，CHEN Shui-ping，ZHANG Zhi-wen，et al.Experimental research on the transmitting and receiving system for ELF magnetic signals for oil and gas pipeline inspections [J].Journal of Tsinghua University (Science and Technology)，2014，54(12)：1615-1620.)(CHEN Shui-ping，GUO Jing-bo，HU Tie-hua.Distribution and detection 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五大管线探测技术
目前地下管线探测方法大多是利用探测对象与周围环境介质的物理特性差异进行探测，下面小编就为大家介绍几种常见的探测方法。
1、电磁法电磁法是基于电磁感应原理进行探测的方法，具体的原理：通过交变电磁场能够在地下金属管线上感应生成次级磁场。
由于原磁场和次级磁场传播距离差异性，所以我们可以建立交变磁场，通过金属管道或电缆进行传递，在较远的距离外测量次级磁场来确定地下管线的位置。
2、电磁波法电磁波法又被称为（地质雷达法），其原理是根据电磁波的反射和折射进行探测，利用电磁波发射装置向地下发射高频短脉冲电磁波，由于地下环境波阻抗的不同，反射回地面的波形也将发生变化。
因此，可以根据接收到的雷达反射波进行推断，判断出管线位置及深度，有的甚至可以探测出地下管线的规格。
因此电磁波法也是目前地下非金属管线探测技术中具有发展前景的。
3、声波法声波法跟电磁波法差不多，也是通过利用回收波形的变化进行探测的，其主要是应用在对测深精度要求不高的金属及非金属管道。
4、红外辐射法红外辐射法是利用热交换的原理，主要是应用在测深精度要求不高且管内外存在温差的金属及非金属管道，在实际的地下管线探测中也具有一定应用空间和参考价值。
5、综合分析法综合分析法指的是收集整理一切可利用的证据和参考资料，通过具体分析，对地下管线进行准确的定位，这里我们以供暖管道为例：证据可包括管线的阀门、预留口、检修井、变径、盖堵等出露位置、各种管网资料、各种探测方法所提供的信息等等。
而参考资料则包括探测方法的基本原理及技术理论、管道施工及管网布设的规律及本地特殊规律、干扰因素的评估、个人探测经验、相关人员提供的管道信息等。
综合以上因素进行具体分析仪确定管线的位置、深度及规格等。
综合分析法作为地下管线探测中最根本和普遍的技术方法，贯穿于各种探测方法之中，是探测得以实现的根本。
探测方法的不足之处虽然上面提到的几种探测手段在一定条件下能得到所需的结果，但在实际的应用中都存在一定的局限性，具体可分为以下几点：（1）任何探测方法一般都只适用某一种或某一类管线，所以在实际的应用中，对不同的探测对象我们需要采用不同的探测方法，使用不同的探测设备。
基于低频电磁技术的管道缺陷检测方法研究
第 ２ ９卷 第 ２期
２ ２年 ２ 月 ０１ 来自机 电 工
程
Ｖｏ ＿２ ． ｌ ９ Ｎｏ ２ Ｆｂ ０ ２ ｅ ．２ １
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基于低频 电磁技术的管道缺陷检测方法研究
ＣＨＥＮ ｈ —ｗａ ｇ ，ＣＨＥＮ ａ — ａ Ｉ Ｔｏ ｇ ，ＹＥ Ｆｅ—ｆ ｉ，Ｗ ＥＮ ｈｅ — ｉ ｇ ，ＹＡＮＧ ａ — ｕ Ｓｉ ｎ Ｘｉ ｏ ｈ ｎ ，Ｌ Ｎ ｎ ｉ ｅ Ｚ ｎ ｘｎ Ｔｉ ｎ ｘ ｅ （ ． ｃ ｏ ｌ ｆＣ ｅ ｓｒ ｎ ｈ ｍｉａ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｕ ｈ ｕ Ｕｎｖ ｒｉ １ Ｓ ｈ ｏ ｈ ｍｉｔｙａ ｄ Ｃ ｅ ｃ ｌＥ ｇｎ ｅ ｉ ，Ｆ ｚ ｏ ｉｅｓｔ ｏ ｎ ｙ。Ｆ ｚ ｏ ５ ０ ｕ ｈ ｕ ３ ０１ ８，Ｃｈｎ ； ｉａ
与采用直流或是永磁体磁化 的传统漏磁技术 比较 ， 低 频 电磁 技术采用 的是 不饱 和磁化 ， 它具 有剩 磁小 、 测 检 设备体积小 、 重量轻 、 操作简便等的优点。与传统的超 声测厚 技术相 比 ，低 频 电磁 技术 采用 干式 非接触 方法
ａ ｐ ｉ ａｉ ｎ ｎ ｎ ｎ ｄ ｓ ｕ ｔ ｅ ｔｓｉ ｇ ｏ ｉｅ ｉ ｅ ｕ ｈ ａ ｏ ｌｒｗａｅ ａ ｌ ｔ ． ｐ ｌ ｔ ｓ ｉ ｏ — ｅ ｔ ｃｉ ｅ ｔ ｆ ｐ ｌ ｓｓ ｃ ｓｂ ｉ ｔ ｒｗ ｌ ｅｃ ． ｃ ｏ ｒ ｖ ｎ ｐ ｎ ｅ
低频电磁波在管道内检测外定位的应用
收稿 日期 ：０ ００ —８ ２ １— １１ ＊中 国石 油化 工 集 团 公 司 科 技 开 发 项 目 ， 目号 ：３ ５ １ 项 ＪＯ ｌ 。
记 信号 储 存起 来 （ 内定 位 数 据 清 零并 进 位 计 即
数 １ ） 次 。第 四步 ， 采用 增 量式 编码 器 测量 旋转
行里 程 轮修 正 。第 三 步 ， 管 道 内部 定 位 信 息 将
与地 面标 志 点联 系起 来进 行 外定 位 。在 被测 管
道所 经 过 的地 面 上 ， 隔 一 定 的距 离设 置 一些 间
超低 频信 号 发射 器作 为 清零 信 号源 。 当管道 检
测机 经 过 某 一 超低 频 信 号发 射 器 时 ， 发 射 的 其
道 内检 测 技 术 是 将 各 种 无 损 检 测 （ Ｔ） 备 ＮＤ 设
出里 程 轮 内定位 、 艺 点 （ 缝 ） 正 、 定位 修 工 焊 修 外 正、 转角 定 位 四 步 综 合 检 测 定 位 方 法 ， 图 １ 如
所示 。
加 在 岛清 管 器 （ Ｉ 上 ， 原 来 用 作 清 扫 的非 Ｐ Ｇ） 将
摘
要 油 气 长 输 管 道 的安 全 检 测 已越 来 越 受 到 人 们 的 重 视 。管 道 内 检测 是 最 重 要 的管 道
安 全 检 测 方 法 之 一 。扫 描 检 测 需 要 实 时确 定 检 测 位 置 ， 记 录 以备 检 测 完 成 后 从 地 面 准 确 的定 位 管 道 并
第１ ８卷
第 ２期
北京 石 油化 工学 院学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｉｎ ｎ ｔ ｕ ｅｏ ｏ ｒ ａ ｆＢｅｊ ｇ Ｉ ｓ ｉ ｔ ｆ ｉ ｔ
低频探测原理
低频探测原理
低频探测原理是一种利用低频电磁波进行探测和定位的技术。
低频电
磁波是一种频率低于1MHz的电磁波，传播时会穿透障碍物而不会被
阻挡，因此适用于在障碍物后面进行探测。
低频探测原理的基本原理是利用发射器产生低频电磁信号，并将信号
传播至被探测目标区域。
当电磁波穿过被探测目标物体时，会发生反
射和散射现象，反射和散射的电磁波将被接收器接收。
通过分析接收
器接收到的电磁波信号的强度、相位等信息，可以确定被探测物体的
位置、形状、材料等特征。
低频探测技术有很多应用场景，例如地下金属和其它有价值的资源探测、地震勘测、医学影像等领域。
在资源探测方面，由于低频电磁波
能够穿透地层，因此可以用于地下矿产资源的探测。
在医学影像领域，低频探测技术可以应用于检测人体内部组织的形状、密度等特征，用
于医疗诊断和治疗。
随着低频探测技术的不断发展，已经出现了许多高精度、高灵敏度的
低频探测设备。
通过利用高精度的低频探测设备，可以实现对目标位置、形状、性质等多方面的综合检测和定位，从而提高了资源探测和
医学影像等领域的效率和精度。
总结起来，低频探测原理是一种利用低频电磁波进行探测和定位的技术，通过分析接收器接收到的电磁波信号的强度、相位等信息，可以确定被探测物体的位置、形状、材料等特征。
该技术目前应用广泛，在资源探测、地震勘测、医学影像等领域都有着广泛的应用。
随着低频探测设备的不断发展，其应用范围和精度不断提高，为相关领域带来了很大的便利和效益。
长输油气管道内检测极低频磁信号定位系统[实用新型专利]
![长输油气管道内检测极低频磁信号定位系统[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/0d0026901711cc7931b716fa.png)
专利名称：长输油气管道内检测极低频磁信号定位系统
专利类型：实用新型专利
发明人：苏林,成文峰,汤荣,龚则,郑树林,刘俊甫,袁龙春,刘屹然,李健,陈波,王慧,孟祥磊,杨永前,陈峰,王书增,张淑
兰,陈琪,王汉刚,卢晨,陈孝程,孙伟栋
申请号：CN201720783370.6
申请日：20170630
公开号：CN206960643U
公开日：
20180202
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种长输油气管道内检测极低频磁信号定位系统，包括被测管道，被测管道内设置有检测器电池节和固定在检测器电池节上的磁信号发射单元；被测管道外设置有三轴磁感应接收线圈，三轴磁感应接收线圈由连接在一起的三轴磁传感器Y轴接收线圈、三轴磁传感器X轴接收线圈和三轴磁传感器Z轴接收线圈组成，三轴磁感应接收线圈依次与三路信号处理单元，微控制器和执行单元相连接。
本实用新型长输油气管道内检测器极低频磁信号定位装置能够实时显示接收到极低频磁信号信息，当接收到磁信号时可提供报警提示，实时对长输油气管道内检测器进行跟踪定位。
申请人：中国石油化工股份有限公司,中石化长输油气管道检测有限公司,中国石化管道储运有限公司
地址：100728 北京市朝阳区朝阳门北大街22#
国籍：CN
代理机构：徐州市三联专利事务所
代理人：董开龙
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一种基于低频导波检测技术的隐蔽管道检测方法[发明专利]
![一种基于低频导波检测技术的隐蔽管道检测方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/66d552d818e8b8f67c1cfad6195f312b3169ebd6.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201711077988.1(22)申请日 2017.11.06(71)申请人 洋浦海科石化工程检测有限公司地址 578101 海南省儋州市洋浦经济开发区吉普路普瑞豪苑9栋1单元201号房(72)发明人 龙仕杰 汪志斌 吴豪 (74)专利代理机构 厦门市新华专利商标代理有限公司 35203代理人 渠述华(51)Int.Cl.G01N 29/06(2006.01)F17D 5/06(2006.01)(54)发明名称一种基于低频导波检测技术的隐蔽管道检测方法(57)摘要本发明涉及一种基于低频导波检测技术的隐蔽管道检测方法，其首先确定低频导波探头的探头布置点，对探头布置点位置处的管道进行清理，使隐蔽管道裸露出来；然后在探头布置点对应的管道上安装低频导波探头，将低频导波探头连接低频导波主机，将低频导波主机连接计算机；连接完成后进行数据采集和传输，并显示管道缺陷展开图谱；通过对缺陷展开图谱进行分析，从而确定隐蔽管道的缺陷位置。
本发明提供的检测方法有效的避免盲目开挖埋地管道和盲目损坏管道穿越的混泥土墙，明显提高工作效率，降低隐蔽管道的检测成本。
权利要求书1页 说明书4页 附图6页CN 107941916 A 2018.04.20C N 107941916A1.一种基于低频导波检测技术的隐蔽管道检测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、确定低频导波探头的探头布置点，对探头布置点位置处的管道进行清理，使隐蔽管道裸露出来；步骤2、在探头布置点对应的管道上安装低频导波探头，将低频导波探头连接低频导波主机，将低频导波主机连接计算机；步骤3、开启低频导波主机和计算机，打开计算机上的低频导波数据采集分析软件，在数据采集分析软件上设置参数后开始数据采集，采集的数据通过低频导波主机传送到计算机的低频导波数据采集分析软件上进行显示，形成管道缺陷展开图谱；步骤4、对管道缺陷展开图谱进行判断，判断图谱中采集到的数据是否合格；只有当采集到的数据信噪比大于39dB，平衡值在0.5-1.5之间，电容值保持水平，原始数据通道有效，以及无错误报警的情况下，采集到的数据才合格，当采集到数据不合格时，重新调整设备，直至判断为采集的数据合格；步骤5、对数据合格的图谱展开进行数据分析，标记出图谱中焊缝、弯头、法兰的位置，根据采集到图谱特征的非对称信号与对称信号波幅高度判断特征是否是缺陷，当管道存在缺陷时，对缺陷存在处进行开挖，并在开挖处测量以便准确对缺陷定位。
基于电磁学的地下管道定位技术研究
基于电磁学的地下管道定位技术研究一、引言随着城市的不断发展，地下管道的数量和种类逐年增加，这些管道包括了水、燃气、电力、通信等。
这些地下管道不仅为城市经济发展做出了重要的贡献，也给城市管理带来了极大的挑战。
准确地掌握地下管道的位置、深度以及管道的材质等信息，是城市管理者必须要解决的问题。
在实际的管道维护工作中，管道普遍埋深比较大，对于传统的管道探查工作来说，可以说无疑是一项高难度的任务。
然而，通过电磁学的地下管道定位技术，可以更加准确地确定管道的位置等信息，能够大大提高管道探测的效率和效果，降低搭建和维护成本，对于管道的安全运行具有重要意义。
二、电磁学地下管道定位技术1. 原理电磁学地下管道定位技术是一种非接触、非破坏的地下管道探测技术。
该技术利用电磁场进行定位，对地下管道的性质、位置、深度和路径等进行快速准确的识别。
地下管道运行时会形成一定程度的电磁场，可以通过向地面放置一对发射器和接收器进行探测。
发射器会向地下管道发射电磁波信号，这个信号被管道吸收或反射回来后，通过接收器采集到电磁波信号进行处理和分析，推断出管道的位置、深度、材质等参数信息。
2. 优点电磁学地下管道定位技术具有以下几个优点：（1）非破坏性探测：通过电磁波对地下管道进行探测，不需要对地面进行挖掘或开挖，可以不破坏已有的地面和管道结构，保证了现场的安全和整洁。
（2）快速高效：电磁学定位技术可以高效地识别地下管道的性质、位置、深度和路径等信息，大大节约了探测时间，提高了效率。
（3）准确性高：通过采用先进的算法和处理技术，能够快速、准确地提取并分析地下管道的参数信息，提高了定位的精度和准确度。
（4）费用低：相比于传统的管道探测方法，电磁学定位技术需要的设备简单、易操作，费用相对较低。
三、应用实例1. 管道维护对于城市的管道维护工作来说，了解管道的位置、深度和材质等信息是非常关键的。
电磁学地下管道定位技术可以帮助管理者精准地获得这些信息，避免了因为管道维护不当而带来的管道损坏和漏水等问题。
如何使用电磁波相位差测量地下管道位置
如何使用电磁波相位差测量地下管道位置地下管道的准确定位对于城市规划和基础设施维护非常重要。
传统的地下管道探测方法无法提供准确的位置信息，因此科学家们不断探索新的技术手段来解决这个问题。
其中，使用电磁波相位差测量地下管道位置的方法备受关注。
本文将从原理、应用和未来发展等方面进行讨论。
首先，我们来了解一下电磁波相位差测量地下管道位置的原理。
这种方法利用电磁波在不同介质中的传播速度差异来确定管道位置。
当电磁波从空气进入地下管道时，由于介质的不同，电磁波的传播速度会发生改变，进而导致电磁波相位差的产生。
通过测量这个相位差，我们可以计算出管道的位置。
其次，我们来讨论一下电磁波相位差测量地下管道位置的应用。
这种方法可以广泛应用于城市规划、土木工程和管道维护等领域。
在城市规划中，准确知道地下管道的位置可以帮助规划师避免建设过程中对管道的破坏，提高工程效率。
在土木工程中，掌握地下管道的位置可以确保建筑物的稳定性和安全性。
在管道维护中，定期对地下管道的检测可以及时发现问题并进行维修，避免更大的事故和损失。
此外，电磁波相位差测量地下管道位置的方法还具有一些优势。
首先，它是非入侵性的，不需要对地下管道进行破坏性的探测操作，减少了对城市基础设施的损害。
其次，相比传统的地下探测方法，电磁波相位差测量的数据更准确、更可靠，提供了更精确的管道位置信息。
另外，这种方法可以迅速测量大范围的地下管道，提高了工作效率。
然而，电磁波相位差测量地下管道位置的方法仍然存在一些挑战和限制。
首先，由于地下环境的复杂性，电磁波在传播过程中会受到多种干扰，如土壤类型、植被覆盖和其他地下设施的影响，导致测量误差的产生。
其次，这种方法对设备和人员的要求较高，需要专业的技术人员进行操作和解读数据。
此外，目前该方法在不同地区和不同管道材料上的适用性还需要进一步的研究和验证。
随着科技的不断进步，电磁波相位差测量地下管道位置的方法还有很大的发展空间。
我们可以预见，未来的研究将致力于提高测量的精度和准确性，优化设备和算法，以应对各种地下环境的挑战。
基于超低频电磁波定位的出油管道检测技术
基于超低频电磁波定位的出油管道检测技术
潘波;王俊松;陈志刚;李叶鹏
【期刊名称】《管道技术与设备》
【年(卷),期】2015(000)002
【摘要】出油管道具有管径小、数量多、总长度长及流量取决于产量等特点,普通的管道检测技术难以满足出油管道管理的需求.管道摩阻增加和有效流通面积变小导致出油管道运行不稳定甚至发生凝管等恶性事故.因此,及时地检测管道和采取有效的流动保障措施,是出油管道管理过程中非常重要的环节.基于超低频电磁波定位的出油管道检测技术包括信号球、定位仪等设备,具有结构简单、操作方便、定位精度高等特点,便于工程实现,为出油管道事故的预防及合理维护提供了依据.
【总页数】3页(P33-35)
【作者】潘波;王俊松;陈志刚;李叶鹏
【作者单位】长庆油田第八采油厂,陕西延安717612;长庆油田第八采油厂,陕西延安717612;长庆油田第八采油厂,陕西延安717612;长庆油田第八采油厂,陕西延安717612
【正文语种】中文
【中图分类】TE8
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基于低频电磁技术的管道缺陷检测方法研究
基于低频电磁技术的管道缺陷检测方法研究李俊儒;翁振兴;杨天雪;钟舜聪;杨晓翔;龚凌诸;郭金泉;陈世旺;陈小韩;林彤;叶飞飞【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2012(029)002【摘要】为了系统地研究基于低频电磁技术的管道缺陷检测方法,建立了其二维有限元模型.借助ANSYS参数化设计语言(APDL),进行了循环仿真计算,研究了不同尺寸缺陷的漏磁场分布；对漏磁场的信号进行微分处理,得到了所隐含的缺陷信息,并进行了实验验证.研究结果表明,该方法在锅炉水冷壁等管道缺陷的无损检测中有较强的实用性.【总页数】4页(P155-158)【作者】李俊儒;翁振兴;杨天雪;钟舜聪;杨晓翔;龚凌诸;郭金泉;陈世旺;陈小韩;林彤;叶飞飞【作者单位】福州大学化学化工学院,福建福州350108;福建省特种设备检验研究院,福建福州350001;福建省特种设备检验研究院,福建福州350001;福州大学机械工程及自动化学院,福建福州350108;华东理工大学承压系统安全科学教育部重点实验室,上海200237;福建省医疗器械和医药技术重点实验室,福建福州350002;福州大学机械工程及自动化学院,福建福州350108;福建省特种设备检验研究院,福建福州350001;福州大学机械工程及自动化学院,福建福州350108;福建省特种设备检验研究院,福建福州350001;福建省特种设备检验研究院,福建福州350001;福建省特种设备检验研究院,福建福州350001;福建省特种设备检验研究院,福建福州350001【正文语种】中文【中图分类】TH878;TM930;TG115.28;TE973【相关文献】1.基于多元接收线圈的管道局部缺陷检测方法研究 [J], 师奕兵;罗清旺;王志刚;张伟;马东2.基于球形视频机器人的管道内缺陷检测方法研究 [J], 苏展;徐红伟;凌张伟;李静;钟绍俊3.基于多数据融合和小波分解的油气管道缺陷检测方法研究 [J], 姚建军4.基于深度学习的金属焊接管道内壁缺陷检测方法研究 [J], 孙志刚;赵毅;刘传水;于振宁;张恕孝;蓝梦莹;刘晶晶;王艳云5.基于圆结构光的管道内表面缺陷检测方法研究 [J], 李忠虎;李康;闫俊红;王金明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于电磁原理的管道无损检测技术综述杜洋佟莹
基于电磁原理的管道无损检测技术综述杜洋佟莹发布时间：2023-07-16T05:33:44.391Z 来源：《科技新时代》2023年9期作者：杜洋佟莹[导读] 本文以基于电磁原理的管道无损检测的相关专利申请为分析和研究对象，检索得到世界范围内有关管道电磁无损检测的相关专利，分析了专利申请趋势、技术构成及重要申请人等信息。
在此基础上，对电磁类检测的几种主流技术所涉及的重点专利进行了简要分析。
为我国科研院所、企事业单位的进一步研究以及审查检索提供数据支撑。
国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心北京丰台 100070摘要：本文以基于电磁原理的管道无损检测的相关专利申请为分析和研究对象，检索得到世界范围内有关管道电磁无损检测的相关专利，分析了专利申请趋势、技术构成及重要申请人等信息。
在此基础上，对电磁类检测的几种主流技术所涉及的重点专利进行了简要分析。
为我国科研院所、企事业单位的进一步研究以及审查检索提供数据支撑。
关键词：管道无损检测电磁专利前言随着管道运输业的发展，管道系统的安全运行越来越重要，而管道系统的可靠性和有效性常常受到腐蚀、沉积、磨损等降解过程所影响，在役天然气、石油管道的安全运行问题受到广泛的关注，运输管道的在线无损检测技术是应用的最为广泛的方法，它可以准确的把握管道运行状况，及时发现一些严重的缺陷，从源头上避免事故发生，大大延长了管道使用的寿命，降低管道的维护成本。
无损检测是一种不破坏组织结构的技术应用，按照检测原理可以将无损检测方法划分为：基于电化学原理、光学原理类检测技术、射线照相类检测技术、电磁原理类检测技术[1]-[2]。
其中，电磁原理类检测技术主要包括漏磁检测技术（MFL）、远场涡流检测技术（RFEC）、电磁超声检测技术（EMAT）以及磁记忆检测技术。
基于电磁原理的无损检测设备在行业内有着广泛的应用，本文主要分析基于电磁原理的管道无损检测技术的专利申请分布情况以及重点专利。
1.专利申请状况分析检索的关键词主要包括涉及的研究对象：管道，管线，pipe，tube，以及对无损检测对象的表征：裂纹，裂缝，腐蚀，损伤，crack，defect，flaw等，另外，由于对管道无损检测的方法还包括涉及电化学以及光学检测的方法，因此，在检索时利用相关的分类号对涉及上述检测原理的专利进行了筛选。
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基于极低频电磁波的管道检测定位技术第31卷第3期2009年6月沈阳工业大学JournalofShenyangUniversityofTechnologyVO1.31No.3Jun.2009文章编号:1000—1646(2009)03—0266—05基于极低频电磁波的管道检测定位技术高松巍,孙小京,杨理践(沈阳工业大学信息科学与工程学院,沈阳110178)摘要:针对传统有缆定位方式受电缆重量,信号损耗,管道等因素影响问题,提出一种基于极低频电磁波磁偶极子模型的管道内部检测器定位方法.根据极低频电磁波的特性以及发射线圈实质为螺线管的特点,研究了极低频电磁波发射天线(螺线管模型)磁场在介质中的分布规律,结合工程应用中的要求,建立了极低频电磁波的磁偶极子传输模型.磁偶极子理论计算结果表明,发射天线磁场空间的磁场强度幅值随位置的改变具有对称,双峰分布的规律.关键词:极低频电磁波;管道检测器;螺线管;磁偶极子;定位技术;磁感应强度;磁场分布;金属管道中图分类号:TN911.23文献标志码:A Localizationtechniqueofpipelinedetectingbasedonextremelylow frequencyelectromagneticwaveGAOSong—wei,SUNXiao-jing,YANGLi-jian(SchoolofInformationScienceandEngineering,ShenyangUniversityofTechnology.Shen yang110178,China)Abstract:Thetraditionallocalizationmethodisusuallyaffectedbysuchfactorsascableweig ht,signallossandmetallicpipeline.Thus,alocalizationmethodofpipelinedetectingbasedonextremelylo wfrequency(ELF)electromagneticwavemagneticdipolemodelwasproposed.Themagneticfielddistri butionoftheELFelectromagneticwavetransmittingantenna(solenoidmode1)inmediumwasdiscussed basedonthe characteristicofELFelectromagneticwaveandsolenoidtransmittingloop.TheELFelectro magneticwave magneticdipoletransmissionmodelwasbuiltfortherequirementinpracticalapplication.Th emagnetic dipolecalculationandexperimentalresultsshowthattheintensityamplitudeofthetransmitti ngantennamagneticfieldexhibitsthesymmetryanddoublehump—shapedistributingfeatureswithchangingtheposition.Keywords:ELFelectromagneticwave;pipelinedetector;solenoid;magneticdipole;localiz ationtechnology;magneticinductionintensity;magneticfielddistribution;metallicpipeline随着管道运输业的发展,管道内部检测器得到了广泛应用,其在管道检测过程中的位置信息确定至关重要.当管道有缺陷或检测器有故障需要人工处理时,管道外的操作人员须知道检测器所处位置,而管道常用材质为金属且通常埋设在地下或海底,这使得传统有缆定位方式受到很大限制.因此对无缆化管道检测定位技术的研究具有重要意义¨.管道检测器中常用定位技术主要有计程轮定位,视觉传感器定位,曲率传感器定位,射线定位,静磁场方法定位等.其中计程轮定位方式综合定位精度一般比较低;视觉传感器定位大多针对特定的对象,目的进行研究;曲率传感器定位不适合工作于直线分布管道中的管道检测器定位;射线定位方式对操作人员的健康以及生态环境都构成威胁;静磁场方法定位技术容易受其它磁场源的干扰以及铁磁性材料退磁性能的影响.极低频电磁波定位技术采用23Hz的电磁波,其传播受地貌和磁暴影响较小,穿透金属,海水和大收稿日期:2007一l2—23.基金项目:国家科技支撑计划项目(2006BAK02B01-05).作者简介:高松巍(1956一),女,辽宁沈阳人,副教授,主要从事无损检测技术与数字信号处理等方面的研究第3期高松巍,等:基于极低频电磁渡的管道检测定位技术267地的能力强.但根据电磁波半波天线发射理论,天线的长度将达到几百万米,显然在实际应用中制造出如此长的发射天线不现实.为此本文研究了低频电磁波的磁场分布特性以及磁偶极子模型的磁场分布,建立了极低频电磁波的磁偶极子传输模型,提出了管道内部检测器管外检测的方法.与上述定位技术相比,该定位技术具有理论性强,应用范围广,定位精度高及无放射I生威胁等优点.1发射天线的磁场分布低频电磁波由于其频率较低,电磁波的辐射过程通过发射线圈的磁场变化来完成.极低频电磁波发射天线可以等效为一个有限长度的致密螺线管,以螺线管的中心为坐标原点,螺线管轴线方向为Z轴建立如图1所示的0一xyz直角坐标系.螺线管的长度为2z,半径为尺,电流为,线圈的匝数比为n.由于螺线管的磁场分布具有轴对称性, 因此,垂直于轴线平面并且与轴线距离相等场点上的磁场分布具有幅值大小相同,方向对称的特点,讨论xOz平面上场点的磁场分布即可以构建螺线管磁场的完整分布.图1螺线管磁场Fig.1Schematicsolenoidmagneticfield根据毕奥一萨伐尔定律,c(Rcos0,Rsin0,z)点处单位电流元,dL在场点A(X.,0,Z.)上的磁感应强度为d曰:丁IndzdLxr(1)叶1Tr式中,.为自由空间的磁导率.根据矢量计算规则和式(1),得到磁感应强度为衄:_lndzdLxr:4rrr,Indz(-RsinOdOi+Rcosodoj),,4rr[(Xo—Rcos)+(一Rsin)+(z0一z)][(Xo-Rcos0)i+(-Rsin0)j+(Zo-z)k](2)式中,0为场点c与X轴的夹角.由式(2)可知,d在,z方向上的分量d曰,分别为dB:~—oln—dz×el-(Zo—Z)Rcos0[R2Rcos0xo++(Zo—z)]dB:——-一×.#olndz4'ITR(R—XoCOS0)[R2Rcos0xo++(Z0一z)](3)0(4):出f_~……(Zo…-z)Rc…os0,d0=d(5)式中×[号一11(j对式(4)积分,得到B在z方向上的分量B:为az[=r_g(0)d04耵J一.式中(6)g()=×『三二【[R2Rcos0xo+2+(zo—Z)]三±1[R一2Rcos0xo++(Zo+1)]./j在实际工程应用中,需对式(5),(6)进行合理简化,使之既能反映出场点上磁感应强度的分布规律,又便于工程计算.2极低频电磁波定位方法2.1磁偶极子模型的建立磁偶极子是根据电磁对偶性派生出来的一种概念,即两个等量异号的点磁荷,当它们之间分开的距离较讨论中所涉及的距离(例如所考察的场点到它们之问的距离)较小时,这一对点磁荷成为磁偶极子,在工程上它是一个载有交变电流的小圆环等效模型.268沈阳工业大学第3l卷空间任一观察场点D至回路的距离远大于回路的几何尺寸,可以将螺线管产生的磁场等效为磁偶极子所产生的磁场.磁偶极子是由一对等量异号的点磁荷一q,+q组成的体系.由磁偶极子磁荷所产生的磁场如图2所示.图2磁偶极子的磁场图Fi昏2Magneticfieldofmagneticdipole取磁荷间的距离为螺线管长度2/,螺线管所等效的磁偶极矩为m=2nllS(7)磁荷的大小为::(8qrtl'lTK)石L正磁荷在场点D处的磁感应强度B在X,z方向上的分量分别为‰=I,Zo南(9)‰=Izo(10)负磁荷在场点D处的磁感应强度B在X,Z方向上的分量分别为‰,=tZo(11)‰=/Zo器)根据式(9),(1o)和式(11),(12),磁偶极子在场点(x,0,Z)上的磁感应强度B在X,Z方向上的分量为=nm4~mx[一](13)TnlR21xo【一】(14)发射天线简化为磁偶极子模型时,在某一个瞬间由发射线圈电流形成的磁场分布可以等效为由正负磁荷所形成的磁场.根据式(13),(14)所描述的发射天线的磁偶极子模型,可以对发射天线场点上的磁场强度分布进行定量分析.发射天线即螺线管的基本参数为:匝数比n=10匝/mm,长度21:200lllm,半径R=20ITlm,交变电流,=0.1sin(467rt)A.选取Y:0m,X=1m,o:4,rr×10..N?A～,计算出磁感应强度在X方向上的分量B随Z的变化情况,如图3所示.图3B随距离Z的变化情况Fig.3VarietyofBwithZ由图3可以看出,当Z处于零点附近时,磁感应强度在方向上的分量日幅值随z的增加而减小,方向与Z的方向相同.接收天线垂直于发射天线放置时,其接收的实际上是磁感应强度方向上的分量幅值随z的变化,如图4所示.从图4可知,磁感应强度在方向上的分量B幅值随Z的变化呈现双峰分布.如果能识别出中间的双峰信号,并寻找出双峰信号间极小值所在的点即为极低频电磁波发射源位置所在.图4IBI随距离z的变化情况Fig,4VarietyofIB1withZ2.2信号的接收及处理在管道内部检测器上安装极低频电磁波发射天线,接收装置通过接收天线能接收从管道内发射出来的极低频电磁波.极低频电磁波发射天线以平行第3期高松巍,等:基于极低频电磁波的管道检测定位技术269于管道轴线方向安装在管道内部检测器上,低频电磁波接收天线垂直于发射天线接收信号,定位过程3实验结果分析中,接收天线通过LC振荡电路接收发射天线方向磁场变化的幅值信号.定位磁场示意图如图5所示.1/O//1,金属管道\,--1/l一v/发射天线(0,o,o)图5定位磁场示意图Fig.5Schematicmagneticfieldwithlocalization随着接收天线与发射天线位置的改变,接收天线上信号强度也发生相应的变化,通过检测这种信号强度变化寻找双峰之间极小值点的位置(发射源位置),即可实现管道内部检测器位置的管外定位¨.依据上述方法中的基本参数制作发射天线,将其置于管壁厚度为10cm的金属管道中,管道两端密封,发射线圈电流的解析形式为,:0.1sin(46~rt)A,周围磁场为23Hz电磁波,发射天线静止,接收天线与发射天线的垂直距离保持1m不变,接收天线以20mm/s的速度运动.实验通过PMD1608FS数据采集卡采集接收天线的输出电压信号,接收天线实质为高品质的LC振荡电路检测发射天线场点上的磁场强度分布,因此,其实际检测的磁场强度的幅值,不能描述磁场强度分布的方向.接收天线输出电压与距离部分实验数据如表1所示.接收天线输出电压与距离的实验曲线如图6所示,图中横坐标为接收天线与发射天线间的轴线距离.从实测数据可知极低频电磁波电磁场的空间分布具有如下特点表1部分实验数据Tab.1Partialexperimentaldata1)当距离为0cm时,接收天线的输出电压均达到最小值;2)当距离在60cm附近时,接收天线的输出电压均达到最大值;3)多次测量具有很好的重复性,由以上数据可看出测量误差小,水平定位精度可控制在10'cm内. 对比磁偶极子场点的磁场强度变化的理论计算曲线(图4)和实测数据曲线(图6),磁偶极子模型磁场强度分布的理论计算能够再现极低频电磁波电磁场双峰,对称分布的规律,发射源位置与该最小值点对应的接收天线位置在同一条竖直轴向上.270沈阳工业大学第31卷1.5>1.0O.5O—l5O一1OO一5OO5010O距离/cm图6磁偶极子场点的磁场强度变化的实测曲线Fig.6Measuredcurveofmagneticfielddistribution改变管道材料,管道壁厚,管道内介质成分以及管道周围的环境,将对定位精度产生一定影响, 但该极低频电磁波定位方法仍然适用.4结论1)以电磁学理论为基础,分析了低频电磁波发射天线的磁场分布,将发射天线的磁场分布等效为磁偶极子的磁场分布,便于工程实现.2)得出磁偶极子模型传输规律:垂直方向磁感应强度的幅值随场点与磁偶极子轴线距离的改变呈现双峰变化的趋势.3)建立检测模型,提出了一种基于极低频电磁波磁偶极子模型的管道内部检测器的定位方法,找到双峰之间最小值点即可确定发射源的位置,该方法简单有效且定位精度高.参考文献(References):[1]焦其祥.电磁场与电磁波[M].北京:北京邮电大学出版社,2004.(JIAOQi—xiang.Electromagneticfieldandelectro? magnefcwave[M].Beijing:BeijingUniversityof PostsandTelecommunicationsPress,2004.)[2]杨理践,尹增亮,高松巍.组合导航系统在管道地理位置测量中的应用[J].沈阳工业大学,2006(4):414—417.(YANGLi~ian,YINZeng?liang,GAOSong—wei.Ap- plicationofintegratednavigationsystemforpipeline geographypositionmeasuring[J].JournalofSheny? angUniversityofTechnology,2006(4):414—417.) 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