瞬变电磁法检测埋地金属管道腐蚀的ANSYS仿真

学
位论
文
题目
瞬
变
电
磁
法
检
测
埋
地
金属
管道
腐
蚀
的
A
NS
YS
仿
真
作
者姓
名
吴
莉 佳
盲
审编
号
1 中图分类号：TG115.28+4 盲审编号：124 硕 士 学 位 论 文 题 目 瞬变电磁法检测埋地金属管道 腐蚀的ANSYS仿真
作者姓名 吴莉佳 指导教师 于润桥、胡博 学科、专业 测试计量技术与仪器
学校代码：10406 分类号：TG115.28+4学号：100080402005
南昌航空大学
硕士学位论文
（学位研究生）
瞬变电磁法检测埋地金属管道
腐蚀的ANSYS仿真
硕士研究生 ：吴莉佳
导 师 ：于润桥教授、胡博讲师
申请学位级别：硕士
学科、专业 ：测试计量技术及仪器
所 在 单 位 ：测试与光电工程学院
答 辩 日 期 ：2013年6月
授予学位单位：南昌航空大学
Simulation of Transient Electromagnetic Method Testing Corrosion of Buried Metal
Pipeline by ANSYS
A Dissertation
Submitted for the Degree of Master
On Measuring and Testing Technologies and instruments
by Wu Lijia
Under the Supervision of
Prof. Yu Runqiao
Lecturer Hu Bo
College of Testing and Opto-Electronic Engineering
Nanchang Hangkong University, Nanchang, China
June, 2013
摘要
瞬变电磁法是检测埋地金属管道腐蚀的方法之一，该方法具有简单易行、信息丰富、高分辨率等的优点，并可实现在役、非开挖检测，但目前资料解释的发展却相对滞后，是埋地金属管道瞬变电磁法检测中亟待解决的问题。

本文通过数值模拟的方法对不同壁厚的埋地金属管道的瞬变电磁响应进行了研究，为反演解释提供理论依据。

首先推导了在准静态近似下，瞬变电磁场检测埋地金属管道满足的方程，为本研究提供了正演仿真计算的理论依据。

其次利用ANSYS有限元仿真软件对TEM 检测不同腐蚀程度的埋地金属管道建立了二、三维模型。

二、三维仿真结果均表明地下有无金属管道的瞬变电磁响应明显不同；二维仿真结果表明，当金属管道埋深一定、腐蚀程度(即壁厚)不同时，磁感应强度曲线尾支明显分离，且管壁越厚磁场强度越大；三维仿真结果表明，信号关断后，线圈正下方的管壁磁场强度最强，之后，磁场逐渐减弱并向管道两端扩散。

管道中间部分的磁场强度首先降到最小，随时间推移管壁的磁场强度向两端扩散，最后管壁中间部分磁场最弱，埋地金属管道两端磁场最强；而且，信号关断后，不同腐蚀程度的埋地金属管道，其感应电压随时间变化的曲线尾支明显分离，且管壁越厚衰减速度越快。

最后通过实验的方法对两种经人工加工腐蚀的金属管道用瞬变电磁法进行检测，得到了与仿真结果一致的结论，从而验证了仿真结果是准确、可信的。

综上可得：管道的精细结构变化能够在地面产生瞬变电磁响应。

关键词：埋地金属管道，瞬变电磁法，ANSYS，仿真
Abstract
Transient electromagnetic method (TEM) is one of mainly testing method for buried metal pipeline corrosion. This technique has many advantages: high resolution, simple, rich information, etc. It can realize the not excavation in service detection, but at present the main development of basic theory and data interpretation lag behind, so it is one of the urgent problem. The article adopted finite element numerical simulation method to research the effect characteristics of various metal pipeline wall thicknesses. It provided theoretical basis for inversion interpretation.
The article deducted the equation of transient electromagnetic method testing corrosion of buried metal as the theory basis of numerical simulation. The research adopted ANSYS software modeling 2D、3D various metal pipeline wall thicknesses model. The 2D、3D simulation results show that responses of metal pipeline in or not underground is obviously different; The 2D simulation results show that while the pipe wall thickness is different, the magnetic field strength is significantly different in late. The 3D simulation results show that while turned off the signal, magnetic field intensity of the pipe wall just below the coil is the strongest, then diffusions to the both ends of the pipeline. At last, magnetic field intensity of the middle part is weakest, the both end is the strongest. While the pipe wall thickness is different, the magnetic field strength is significantly different in late. The last article artificial two kinds of transient metal pipeline corrosion, and use TEM testing them, the results are similar to the conclusion, thus validating the simulation results are accurate, credible. The results of research illustrated that transient electromagnetic method is good enough in the buried pipeline corrosion failure exploration.
Key words: buried metal pipeline, transient electromagnetic method, ANSYS, simulation
目录
摘要 (I)
Abstract (II)
目录 (III)
第1章绪论 (1)
1.1研究背景与意义 (1)
1.2 埋地金属管道腐蚀性检测方法研究现状 (2)
1.2.1 管道内腐蚀检测技术 (2)
1.2.2 管道外腐蚀检测技术 (3)
1.3研究内容 (5)
第2章瞬变电磁法理论基础及有限元基础 (7)
2.1 瞬变电磁法理论 (7)
2.1.1 瞬变电磁法基本原理 (7)
2.1.2 瞬变电磁法的特点 (9)
2.1.3 电磁场的基本方程 (9)
2.1.4 边界条件 (11)
2.1.5 常用的激发场波形 (13)
2.2 有限元及其建模方法 (14)
2.2.1 有限元法的基本原理 (15)
2.2.2 有限元法在产品开发中的应用 (16)
2.2.3 有限元建模方法 (17)
2.3 ANSYS软件及其特点 (18)
2.3.1 ANSYS软件简介 (18)
2.3.2 ANSYS软件分析磁场的方法 (19)
2.3.3 APDL语言概况 (20)
2.4 本章小结 (21)
第3章埋地金属管道二维模型的ANSYS仿真分析 (22)
3.1模型建立 (22)
3.1.1 物理模型分析 (22)
3.1.2 单元类型选择及材料属性定义 (23)
3.1.3 几何仿真模型建立 (24)
3.1.4 模型网格划分 (25)
3.1.5 施加边界条件及载荷 (25)
3.1.6 求解和后处理过程 (26)
3.2 仿真结果分析 (27)
3.2.1 有无管道的瞬变电磁场对比 (27)
3.2.2 不同时刻的瞬变电磁场 (28)
3.2.3 不同腐蚀程度的瞬变电磁场 (29)
3.3 本章小结 (30)
第4章埋地金属管道三维模型的ANSYS仿真分析 (32)
4.1 模型建立 (32)
4.1.1 物理模型分析 (32)
4.1.2 单元类型选择及材料属性定义 (32)
4.1.3 几何仿真模型建立 (33)
4.1.4 模型网格划分 (34)
4.1.5 施加边界条件及载荷 (35)
4.1.6 求解和后处理过程 (36)
4.2 仿真结果分析 (37)
4.2.1 有无管道的瞬变电磁场对比 (37)
4.2.2 不同时刻的瞬变电磁场 (38)
4.2.3 不同腐蚀程度的瞬变电磁场 (39)
4.3 对三维模型的改进 (40)
4.3.1 改进后的模型 (41)
4.3.2 结论与分析 (41)
4.4 本章小结 (42)
第5章试验验证 (44)
5.1 试验设备简介 (44)
5.2 试验试件 (45)
5.3 试验结果及分析 (46)
5.4 本章小结 (48)
第6章结论与展望 (49)
6.1 论文总结 (49)
6.2 工作展望 (50)
参考文献 (51)
攻读硕士期间发表的论文 (54)
致谢 (55)
第1章绪论
1.1研究背景与意义
我国长输油气管道建设高峰期已经到来，长输油气管道通常采用大口径高压力管道，而压力管道以铸铁及钢质的埋地管道为主。

然而埋地金属管道长期受到周围土壤腐蚀、杂散电流腐蚀等影响，导致埋地金属管道时常有穿孔现象产生，管道穿孔就会导致油气泄漏，油气泄漏容易造成火灾；而燃气泄漏容易引起爆炸，威胁人民的生命财产，造成环境污染，后果及其严重。

另外由于维修所带来的材料和人力上的浪费、停工停产造成的损失都十分巨大。

现代管道运输起源于1865年在美国宾夕法尼亚州敷设的第一条输油管道。

之后，油气资源的大力开发以及能源市场的剧增，使得管道运输在全世界范围内飞速发展。

目前，管道输送是石油及天然气运输的主要支柱，已经成为五大运输之一[1]。

然而长输油气管道及外部工况环境日益恶化，有些管线已经服役20甚至更长时间导致集输管道腐蚀泄露现象时有发生。

据美国国家输送安全局统计，在美国输气干线和集气干线的泄漏事故中有74%是因腐蚀造成的[2]-[5]，而美国45%的管道损坏是由钢管外壁腐蚀引起的。

1981~1987年，前苏联输气管道事故统计表明，总长约24万千米的管线上曾发生事故1210起，其中外腐蚀占全部事故的42.7%，内腐蚀占全部事故的 2.4%[6]。

我国埋地金属管道的腐蚀问题也同样十分严峻。

我国于1958年建设新疆克拉玛依至独山子第一条原油管道。

50多年来，我国累计敷设油气输送管线约6×104km，其长度几乎可以环绕地球一周半；各油田的油气集输管线约10×104km，管线遍布全国，已形成网络。

至1990年，我国东部地区的输油管道事故中，因腐蚀造成的事故比例为事故总量的21.3%，为所有管道事故中除了设备故障以外最主要的原因[7]。

1969年至1990年的21年间，四川输气管道事故中，腐蚀占事故总数的43.22%，是导致事故的首要原因[8]。

我国的中原油田自开发以来，因腐蚀造成的直接经济损失累计已达5亿元左右。

胜利油田因腐蚀造成的直接经济损失每年约1亿元[9]。

因此，对管道的腐蚀状况进行在役检测的研究具有重要的现实意义。

然而，埋地金属管道腐蚀性检测技术水平的高低对延长管道的使用寿命以及保证工业生产的顺利进行有重要影响，因而对埋地金属管道检测的技术与日俱增也越来越受
到人们的极大关注。

但是，目前常规的无损检测技术均无法实现在不开挖、不停输的状态下检测埋地金属管道。

比如：超声检测在空气中衰减很快，检测时需要有耦合剂，如油或水等；射线检测有现场辐射，并且对被测试件表面要求比较高，因而造成检测成本也较高，另外胶片的放置也存在很大问题；磁粉检测对被检试件外形和缺陷形状的要求都较高，而检测精度不高，也只能检测管道表面或近表面缺陷。

为此，本研究应用了一种新兴的无损检测方法----瞬变电磁检测法，它是非接触式信号加载方式的检测技术，能实现埋地金属管道不开挖、在役检测且简单易行、精度高、投资小、见效快，最适合检测单根金属管道，具有非常广阔的应用前景。

本文采用了ANSYS有限元软件模拟仿真的方式，研究埋地金属管道的瞬变电磁场分布规律和管道腐蚀对瞬变电磁场的影响特征，为埋地金属管道瞬变电磁法检测提供处理和解释的依据。

1.2 埋地金属管道腐蚀性检测方法研究现状
埋地金属管道的腐蚀性检测可分为管道内腐蚀检测和管道外腐蚀检测。

管道内腐蚀检测是将检测仪器放置在埋地金属管道内对管道内表面进行检测，而管道外腐蚀检测则是将专用检测仪器放置在埋地金属管道土壤外对其外表面进行检测。

1.2.1 管道内腐蚀检测技术
管道内腐蚀检测技术主要包括智能清管器超声波法[10]、智能清管器漏磁法[11]和涡流检测法。

智能清管器超声波法是基于超声波在管体中传播的物理特性来检测管体缺陷的方法。

日本的NKK（日本钢管株式会社）和德国的Pipetronix公司最先将超声波技术引入到腐蚀检测爬行机中，之后加拿大R/D Tech公司研发了专门用于长输管道环焊缝检测的相控阵超声自动检测系统，美国也相继研制了这类超声爬行机。

1999年，美国的 Michael J.Quarry 和 Joseph L.Rose利用多模态导波技术检测管道内的缺陷并利用所激发出的L(0,3) 模态导波成功地检测出了管道上3×3 排列的焊孔[12]。

清管器超声波法检测准确度高，最适合裂纹检测的内检测技术。

但不适合检测输气管线和含蜡高的输油管线[13]。

智能清管器漏磁法检测技术主要是针对管道因碰撞引起的管体伤害或者因内
外腐蚀造成的管道金属量蚀失进行检测，同时也可检测出不影响管道正常运行的如硬斑点、毛刺、管道夹杂物等小缺陷。

1965年，美国Tuboscope研制出世界上第一台漏磁管道检测仪----Linalog漏磁通型检测仪并成功地应用于长输管道的内检测中，但这台仪器只能做定性检测[14]。

1973年英国British Gas公司成功地研制出Φ600mm管道漏磁检测仪，引入定量分析的方法实现管道腐蚀的检测。

美国依阿华州立大学的Lord.w 等人对缺陷漏磁场的分布进行了大量有限元仿真计算并获得了很大的进展[15]。

目前，美国的Tuboscope、英国的BRITISH GAS和德国的ROSEN都具有成熟的管道漏磁检测技术。

2004 年 9 月，PII 公司完成了陕京管道东线 711mm管道的内检测工作，检测距离为 168km[16]。

2007 年 9 月份，我国成功的利用漏磁清管器对西气东输主干线进行了检测。

2009 年 10 月，中石油利用漏磁内腐蚀检测器对庆铁线成功完成管道内检测。

智能清管器漏磁法检测技术应用相对比较简单，对检测环境的要求不高，可信度高。

然而清管器漏磁法检测对管道上的轴向裂缝等类型的长窄缺陷的检测有一定难度。

智能清管器漏磁法检测技术应用相对比较简单，对检检测环境的要求不高，可信度很高，并且在输油、输气管道上都可以采用该方法。

涡流检测是根据电磁感应的原理，即不同的材料在交变磁场作用下会产生不同振幅和不同相位的涡流来检测金属材料的物理性能、缺陷和结构的异常[17]。

涡流检测技术分为脉冲涡流检测、远场涡流检测、透射式涡流检测和多频涡流检测方法。

传统涡流检测技术只能检测管道表面或近表面缺陷，远场涡流检测则可以检测管道表面及内部缺陷。

另外，涡流检测适用于油、气管道。

1.2.2 管道外腐蚀检测技术
在地面检测埋地金属管道腐蚀程度的检测方法主要是瞬变电磁检测法。

瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，简称TEM）是时域方法之一，最早起源于美国科学家L.W.Blan于1933年提出的“Eltran”法。

1951年加拿大地球物理学家Wait提出瞬变电磁法并得到了第一个瞬变系统的专利[18]。

20世纪60年代中期到70年代末，瞬变电磁法快速发展。

实现了瞬变电磁法一维正、反演研究，之后“烟圈”理论的提出，简化了瞬变电磁资料的反演与解释[19]。

瞬变电磁法检测是近年来国内外发展较快、工程质量检测效果较好的电法勘探分支方法之一。

目前，瞬变电磁法在地质矿产、石油、煤矿、考古、工程物探已广泛应用[20-24]。

然而，瞬变电磁法检测埋地金属管道是一个比较新的应用技术：黄桂柏[25]在大庆油田采用瞬变电磁法对管体腐蚀检测进行了探索性试验并取得了一些成功经验。

试验表明，在没有杂散电流干扰的较理想情况下其检测结果与管体腐蚀的实际情况基本一致，对科学地指导油田埋地管道大修具有重要意义；高永才[26]对应用瞬变电磁法进行金属管道腐蚀检测作了理论上的初步研究，经由中国冶金地质勘查工程总局地球物理勘查院的施工实验，验证了方法的可行性；石仁委[27]研究了基于瞬变磁场对理地管道腐蚀地面检测技术，并应用瞬变电磁技术对胜利油田的河口、孤东、胜利、东辛、滨南等采油厂的输油、输气、混输、污水等几十条埋地管道进行了地面腐蚀检测，之后经开挖验证表明，管壁厚度检测符合率达93.3%，其中53%的点与实测壁厚的偏差小于3%。

南昌航空大学开展了瞬变电磁法检测埋地金属管道的相关研究工作。

彭学文[28]采用瞬变电磁法检测双层钢管，检测结果表明该方法能够检测双层管结构下，内、外管的腐蚀和一定长度的横向和纵向裂缝。

使井下套管检测时不取出油管成为可能。

鞠伟[29]利用成像技术和解析延拓的方法，实现了2.5维场源成像，使得磁法检测结果具备了可视化的优点，并在此基础上对于缺陷的定量和定性做了一定的探讨。

戴璞璞[30]采用瞬变电磁法对埋地管道实现在役检测，并利用视电阻率参数解释瞬变电磁资料。

实际检测表明，埋地管道视电阻率成像结果能直观、形象的展示管体的异常形态。

邓贤远[31]采用瞬变电磁法运用到埋地管道非开挖检测中，分析传感器参数对检测效果产生的影响。

试验结果表明：中心回线装置的检测效果更好；回线边长较大或匝数较多的线圈检测效果更好。

郝延松[32]在分析各种定义和计算方法的基础上，结合瞬变电磁法的发展应用，对视电阻率的定义和计算提出了建议。

但以上都是使用对电磁场的反演拟合方法来检测埋地金属管道，瞬变电磁场反演拟合要求工作人员有较丰富的工作经验。

用瞬变电磁检测埋地金属管道的正演研究成果甚少。

在国外，1971年Coggon[33]首次将有限单元法应用在电磁法正演模拟研究中，从电磁场能量最小原理出发，实现了二维地电断面有限单元法正演计算；1980年Kuo和Cho[34]利用有限元对磁性源和电性源激发的瞬变电磁场进行了二维正演计算，其中将显式中心差分格式应用于有限元变分方程，以产生时间域积分的递归形式；2008年，Börner等[35]先将麦克斯韦方程组经傅利叶变换至频率域，然后在大量频点利用有限元法对电偶源或磁偶源激发的电磁场进行三维正演模拟，最后通过傅里叶逆变换求得时间域电磁场；2009年，Evan S. Um等[36]提出了用于模拟长接地导线激发的瞬变电磁场的时间域三维有限元算法；同年，Swidinsky和Edward[37]利用积分方程法对均匀半空间中高阻薄板的瞬变电磁响应进行了数值模拟，并对高阻薄板与低阻薄板对瞬变电磁场扩散规律影响的物理机理进行了分析论述。

在国内，王华军[38]从麦克斯韦方程组出发，导出了中心回线瞬变电磁 2.5维二次场(纯异常)的有限单元计算公式；闫述等[39]为了深入了解瞬变电磁场的勘探
原理，直接在时间域对负阶跃脉冲激发的二维瞬态场进行了数值分析；熊彬[40]在吸收并修正部分前人工作的基础上，给出了电导率分块均匀的瞬变电磁2.5维有限单元法正演算法，对几例典型模型进行正演，并与解析解对比，验证了方法的有效性；章飞亮[41]研究了考虑激电效应的瞬变电磁场正演理论，并探讨了不同模型下激电效应对瞬变电磁响应的影响规律；徐凌华[42]等用有限单元法计算了二维和三维大地电磁响应，并验证了该算法的正确性；曹创华[43]进行了连续电性介质大地电磁场在岩矿石中的响应问题的一维、二维正演数值模拟，分析了大地电磁响应特征；赵晓博[44]计算了矩形回线在水平层状地电模型表面激励的瞬变电磁响应，分析比较了几种层状结构介质的瞬变电磁异常场和总场响应特征。

可见，正演问题作为瞬变电磁检测埋地金属管道的理论基础和研究瞬变电磁场响应特征的基本手段，其研究有重要意义。

但是，由于三维正演问题本身的复杂性，以及计算量、计算速度、存储量的限制，目前二维反演方法仍然是实际资料定量解释的主要手段。

1.3研究内容
为了对埋地金属管道的缺陷进行有效检测，本研究采用瞬变电磁检测技术。

利用瞬变电磁法能够穿透高阻屏蔽层，对高阻屏蔽层下伏地层或构造有较好的分辨能力的优点，达到对埋地金属管道缺陷的有效检测。

具体的研究内容如下：
（1）TEM检测埋地金属管道的理论探讨
阐述了瞬变电磁法检测埋地金属管道基本原理、瞬变电磁场的特点、电磁场的基本方程、电磁场计算中需要满足的边界条件和激发场波形。

之后介绍了有限元的基础知识，最后讲述了ANSYS软件及其特点。

（2）TEM检测埋地金属管道ANSYS二维仿真及结果分析
详细说明了利用ANSYS有限元仿真软件建立TEM检测埋地金属管道二维模型过程，计算后并分析地下有无金属管道时地面磁场分布的不同，分析了信号关断后不同时刻磁场变化情况，并比较了不同壁厚的埋地金属管道地面磁场分布的不同；考察瞬变电磁场对不同壁厚埋地金属管道的分辨能力。

（3）TEM检测埋地金属管道ANSYS三维仿真及结果分析
利用ANSYS有限元仿真软件建立TEM检测埋地金属管道三维模型，计算并首先分析比较地下有无金属管道时磁场分布的不同，其次分析了信号关断后不同时刻磁场变化情况，最后分析不同壁厚埋地金属管道对瞬变电磁场的影响规律；
为信号的反演做准备。

从理论上验证瞬变电磁法检测埋地金属管道腐蚀失效的可行性，分析瞬变电磁法对埋地金属管道腐蚀的探测能力。

（4）实验验证TEM检测埋地金属管道的正确性
通过实验来验证本文建立的埋地金属管道检测的正演模型，以对埋地金属管道的检测提供理论指导。

第2章 瞬变电磁法理论基础及有限元基础
本章介绍瞬变电磁法检测埋地金属管道的理论基础，并推导了在准静态近似下，瞬变电磁场检测埋地金属管道满足的方程，作为正演仿真计算的理论依据。

之后介绍了有限元建模的方法及本研究使用的ANSYS 仿真软件及其脚本语言的生成方法。

2.1 瞬变电磁法理论
2.1.1 瞬变电磁法基本原理
瞬变电磁法或称时间域电磁法(Transient Electromagnetic Method ，TEM)是一种人工源的时间域电磁法，它是利用阶跃波形电磁脉冲激发，利用不接地回线向地下发射一次场，在一次场的间歇期间，测量出地下介质产生的感应二次场随时间的变化，来达到探测地下地质体的目的[45]。

假设大地是均匀各向同性的导电媒质，其导磁率为μ、导电率为σ，大地表面放置面积为S 的方形发射线圈，在发射线圈中加载阶跃电流I ，I 满足以下条件：
0()0
0I t I t t <⎧⎨≥⎩ 公式(2-1)
在t<0时即激励电流断开之前，发射电流在激励线圈及其周围空气和大地中形成稳定电磁场，即一次场；如图2-1所示。

在t=0时刻，激励电流突然断开，之前由激励电流形成的电磁场随之消失。

这一剧烈变化在大地和周围空气中会产生响应，这会在大地中被激励起感应电流以维持激励电流断开之前形成的磁场，使线圈周围磁场不会马上消失。

随后线圈周围等介质将消耗这一感应电流，则感应电流迅速衰减，其衰减速度与介质的电阻率有关，衰减的同时又会在其周围产生新的感应电磁场，即二次磁场，比一次场减弱很多。

之后由于大地导电介质的存在，这一过程将持续几个来回，衰减一段时间后，即待介质中欧姆损耗将电磁场能量消耗完毕。

这就是瞬变电磁在大地中
产生的过程，其中形成的电磁场即瞬变电磁场。

在一次场信号管断后，可以用接收线圈接收二次场信号并提取分析信号特征，来实现用瞬变电磁法检测的目的。

这是因为地下介质的导电性形状、埋深、缺陷类型、体积规模、发射电流的形态和频率不同从而导致二次场也不相同。

图2-1 瞬变电磁检测埋地金属管道原理图
Fig.2-1 Principle diagram of transient electromagnetic method testing buried metal pipeline
假设通过接收线圈的磁通为Φ；接收线圈的有效面积、面积及匝数分别为q 、S 及 N 时，根据法拉第电磁感应定律，接收线圈的感应电压V(t)与作用磁场的关系为：
()()()d dB t dB V t q SN dt dt dt t φ=−
=−=− 公式(2-2)
所以，已知V(t)的值，就可以计算出其磁感应强度：
()[()/]t B t V t q ∞
=∫dt
公式(2-3)
可见，在瞬变电磁法中线圈中感应电动势的变化是产生的一次磁场和二次磁场的原因。

因此，要得到得到二次场衰减曲线，就需要对感应电动势进行数字化采集并做相应处理。

观测信号V(t)正比于。

由此，可以得到接收线圈所观测的一次场信号V 1(t) 、二次场信号V 2(t)及取样的V 2(t)的波形。

()/dB t dt
2.1.2 瞬变电磁法的特点
瞬变电磁法检测时，具有时间和空间的可分性。

这是因为观测是在激励信号关断后的时间段进行的，而且也只分析脉冲间隙期间的数据，所以去除了一次磁场的干扰，就是瞬变电磁法检测在时间上的可分性；另外，从傅里叶变换可知，任何脉冲都可分解为不同频率的正弦信号之和，不同延时观测的主要频率成分不同，则相应时间的场在管中的传播速度不同，检测深度也就不同，这称为空间上的可分性。

这使得瞬变电磁法与频率域电磁法有显著区别。

与其他检测方法相比，瞬变电磁法检测埋地金属管道具有以下特点：
（1）可以采用同点装置观测，通常有重叠回线、中心回线装置等。

与检测目标有最佳的耦合，响应强，这种装置的体积效应小，横向分辨能力强，适合对深部目标的勘察。

（2）瞬变电磁法在断电后进行观测，排除了一次磁场即装置耦合噪声的干扰，简化了对异常响应的研究，具有更高的检测和分辨能力。

（3）瞬变电磁法检测埋地金属管道时，是在管道外、土壤上方直接检测管壁缺陷，因此可实现在不开挖、在役检测，可大大缩短更换和修复时间，提高检测效率。

（4）因受激励线圈方位、形状等的影响不大，所以对这些没有严格的要求。

可根据现场检测条件调整装置的结构，因此具有测地工作简单、灵活，工作效率较高的优点。

（5）由于发射场能量分布的频带较宽，通常信噪比较低，所以容易受到雷电等自然和人为因素的影响。

（6）增大发射功率可使增强二次场强度，就可以增加检测深度；接收机可以通过采集适合的观测时窗信号，则可以降低噪声的干扰。

2.1.3 电磁场的基本方程
为简化分析，将瞬变电磁场中的有关问题作如下假设[46]：
（1）大地是线性、均匀各向同性、时不变、非磁性的导电媒质，大地的电磁学性质与时间、温度和压强无关；
（2）大地的磁导率μ与自由空间磁导率μ0相同，即μ = μ0，在后面的论述中磁导率统一用μ表示，单位为H/m；
（3）在导电介质中(σ≠ 0的介质中)，电荷密度ρ不可能堆积在某一处，随时。