电磁法探查地下管线

电磁法探查地下管线

2006-11-17 16:32:32 作者：admin 来源： 浏览次数：43 网友评论0条 文字大小：【大】【中】

【小】 评分等级：0

简介：电磁法是探查地下管线的主要方法，是以地下管线与周围介质的导电性及导磁性差异为主要物性基础，根据电磁感应原理观测和研究电磁场空间与时间分布规律，从而达到寻找地下金属管线或解决其它地质问题的目的。

电磁法是探查地下管线的主要方法，是以地下管线与周围介质的导电性及导磁性差异为主要物性基础，根据电磁感应原理观测和研究电磁场空间与时间分布规律，从而达到寻找地下金属管线或解决其它地质问题的目的。

电磁法可分为频率域电磁法和时间域电磁法，前者是利用多种频率的谐变电磁场，后者是利用不同形式的周期性脉冲电磁场，由于这两种方法产生异常的原理均遵循电磁感应规律，故基础理论和工作方法基本相同。在目前地下管线探测中主要以频率域电磁法为主，以下主要介绍频率域电磁法。 (一) 工作原理

各种金属管道或电缆与其周围的介质在导电率、导磁率、介电常数有较明显的差异，这为用电磁法探测地下管线提供了有利的地球物理前提。由电磁学知识可知无限长载流导体在其周围空间存在磁场，而且这磁场在一定空间范围内可被探测到，因此如果能使地下管线带上电流，并且把它理想化为一无限长载流导线，便可以间接地测定地下管线的空间状态。在探查工作中通过发射装置对金属管道或电缆施加一次交变场源，对其激发而产生感应电流，在周围产生二次磁场，通过接收装置在地面测定二次磁场及其空间分布，然后根据这种磁场的分布特征来判断地下管线所在位置(水平、垂直)。

图1 电磁法工作原理示意图 (二) 仪器设备 1、 基本原理

由电磁法探查地下管线的工作原理可知，只要探测到地下管线在地面产生的电磁异常，便可得知地下管线的存在。要作好这一工作，探查人员除了要掌握一整套探查技术外，还必须要有合适的工具----管线探测仪，它就象战士打仗必须要有抢，外科医生手术时必须要有手术刀一样。目前市场上销售的各种型号管线仪，其结构设计、性能、操作、外形等虽各不相同，但工作原理相同，均是以电磁场理论为依据，电磁感应定律为理论基础设计而成，它们都是由发射机与接收机组成的发收系统。 (1) 发射机

发射机是由发射线圈及一套电子线路组成。其作用是向管线加一特殊频率的信号电流。电流施加可采用感应、直接、夹钳等方式。其中感应方式应用最广泛，见图2。

图2 感应发射示意图

根据电磁感应原理，在一个交变电磁场周围空间存在交变磁场，在交变磁场内如果有一导体穿过，就会在导体内部产生感应电动势；如果导体能够形成回路，导体内便有电流产生(见图1)，这一交变电流的大小与发射机内磁偶极所产生的交变磁场(一次场)的强度、导体周围介质的电性、导体的电阻率、导体与一次场源的距离有关。一次场越强。导体电阻率越小；导体与一次场源距离越近，则导体中的电流就越大，反之则越小。对一台具有某一功率的仪器来说，其一次场的强度是相对不变的，管线中产生的感应电流的大小主要取决于管线的导电性及场源(发射线圈)至管线的距离，其次还决定于周围介质的阻抗和管线仪的工作频率。 根据发射线圈面与地面之间所呈的状态，发射方式可分为水平发射和垂直发射两种： 1) 水平发射

发射机直立，发射线圈面与地面呈垂直状态进行水平发射。当发射线圈位于管线正上方时，它与地下管线耦合最强。有极大值。管线被感应产生圆柱状交变磁场(见图3)

图3 水平发射示意图 图4 垂直发射示意图 2) 垂直发射

发射机平卧(见图4)，发射线圈面与地面呈水平状态进行垂直发射。当发射线圈位于管线正上方时，它与地下管线不耦合，即不激发。当发射线圈位于离管线正上方h(埋深)距离时，它与地下管线耦合好，出现极值(见图5)。

图5 不同发射状态耦合系数M曲线示意图 (2) 接收机

接收机是由接收线圈及一套相应的电子线路和信号指示器组成(见图6)。其作用是在管线上方探测发射机施加到管线上的特定频率的电流信号----电磁异常。

图6 接收机测量原理框图

管线仪接收机从结构上可分为：单线圈结构、双线圈结构及多线圈组合结构(见图7)。单线圈结构又可分为单水平线圈及单垂直线圈。

图7 接收机线圈组合示意图 1) 单垂直线圈接收机

该接收机线圈主要接收管线所产生的磁场水平分量(见图8)。当线圈面与管线垂直并位于管线正上方时，仪器的响应信号最大，这不仅是因为线圈离管线近，线圈所在位置磁场强，还因为此时磁场方向与线圈平面垂直，通过线圈的磁通量最大[见图8中(2)]。当线圈位于管线正上方两侧时，仪器的响应信号会随着线圈远离管线而逐渐变小，这不仅是因为离管线远，线圈所在位置磁场变弱，还因为此时磁场方向与线圈平面不再垂直，使通过线圈的磁通量变小[见图8中(1)、(3)]。

图8 单垂直线圈接收示意图 2) 单水平线圈接收机

该接收机线圈主要接收管线所产生的磁场垂直分量(见图9)。当线圈面与管线平行并位于管线正上方时，仪器的响应信号最小，这主要是因为磁场方向与线圈平面平行，通过线圈的磁通量最小。见图9中(2)。当线圈位于管线正上方两侧位置时，仪器的响应信号会随着远离管线而逐渐增大，这是因为随着线圈远离管线，磁场方向与线圈平面不再平行，而成一定的角度，磁场垂直线圈平面的分量逐渐增大，从而使通过线圈的磁通量逐渐变大，同时随线圈