南昌航空大学科技学院学士学位论文
_________________________________________________________________________________________________ 1.3课题研究的主要内容
管道无损检测的方法很多，但各有优劣。瞬变电磁勘探是其一种，它简单易行、信息丰富、精度较高、投资小、见效快和应用广等优点，所以应用领域不断扩大，近年已经在矿藏、 油气田、 土地含盐量勘探和地质填图等方面得到了广泛应用。对金属管道进行瞬变电磁检测，研究瞬变电磁响应与金属管道缺陷大小、类型之间的关系，以及瞬变电磁勘探系统的参数，如电流大小、频率、传感器结构等与距离的关系，为金属管道瞬变电磁检测规范的制定提供科学依据。
本论文结合任务需要，用WTEM-1Q浅部瞬变电磁勘探系统对埋地管道进行检测，得到信号。对这些信号进行筛选，获得对实验有用的信号，再对这些信号进行特征分析。
研究内容如下：
1、传感器的设计，选择中心回线的方式作为本课题的传感器装置，通过调整线圈的面积研究实验效果。
2、采用一系列的发射频率（4hz、8hz、16hz、32hz）对金属管道进行检测，通过实验检测结果的比较找到最佳的发射频率。
3、采用不同的高度对金属管道进行检测，通过实验检测结果的比较找到相 应线圈的最佳探测高度。
4、采用不同电压、电流对金属管道进行检测，通过实验结果比较分析，找到最佳探测电压、电流。
5、对不同类型的缺陷用同样的线圈及相同参数进行探测，分析结果。 6、分析得出最佳参数，利用这些参数探测另一金属管道b，利用结果验证参数的准确性。
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_________________________________________________________________________________________________ 2 实验原理及方案
2.1实验基本原理及说明
（1）瞬变电磁检测法原理
瞬变电磁法是利用不接地回线向地下发送一次脉冲磁场，在一次磁场间歇期间利
用同一回线或另一回线接收感应二次磁场，该二次磁场是由地下良导地质体受激励引起的涡流所产生的非稳磁场。
利用瞬变电磁法测定的是管体的物性差异。测量时，在正方形激励线框中通以脉冲电流，激励电流将在线框周围建立水平、垂直一次场，瞬间断电后，在线框周围包括被测管道内的有耗介质中激励起随时间衰变的涡旋电流，与涡流电流相关的二次磁场在线框接受圈中激起归一化电动势，它与管体的几何参数(尺寸、形状、空间位置) 和物理性质(导电率、导磁率、介电常数) 有关，而且还与观察点的位置以及管道输送物质的物理性质有关。
瞬变电磁法的工作过程分为发射、电磁感应、接收和数据处理四个部分，磁性源瞬变电磁测量装置由发射回线和接收回线两部分组成。发射回线利用脉冲电流供电；发射回线中的电流突然阶跃下降为零时，在其周围将产生急剧变化的磁场和电场。当发射回线中稳定电流突然切断后一段时间内，地下良导电矿体内将产生感应电流，从而利用接收回线接收感应而此磁场。 （2）工作装置
传感器的设计与制作是整个研究的关键内容之一。探头中检测线圈性能的好坏直接影响到研究效果。
2.1（a） 2.2(b)
图2.1（a）为重叠回线装置，图2.1（b）为中心回线装置。
重叠回线是发送回线（TX）与接收回线（RX）相重合敷设的装置。由于瞬变电磁检测法的供电和测量在时间上是相分开的，因此TX与RX可以共用一个回线，称之为
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_________________________________________________________________________________________________ 共圈回线.
瞬变电磁法的常用装置包括重叠回线装置、中心回线装置、偶极装置等。 重叠回线装置是最佳耦合装置，具有施工方便，信号强、较高的接收电平、好的穿透深度及异常便于分析解释的特点，得到的异常幅度大、形态简单，受旁侧影响小及横向分辨率高的特点。该装置的缺点是：接收回线只能水平放置，因此接收磁场垂直分量分辨率较低；设备笨重，铺设线圈时比较麻烦；难以避开干扰区。
中心回线组合装置为重叠回线装置的变形，与重叠回线装置相比，减小了接收回线的大小，但发射与接收回线的中心点相同，因此该装置与重叠回线装置共同称为同点装置。该装置具有同点装置共有的最佳耦合，异常幅度大，横向分辨率高等优点；此外，由于中心回线组合装置接收回线较小，因此可观测磁场的水平分量，相比于重叠回线装置提高了分辨率；而且接收回线可避开金属管道等人为良导体，在良导体分布较多的地区，数据质量优于重叠回线装置。中心回线装置是探测1km以内目标层的最佳装置。装置的缺点是受地质体的不均匀性影响较重叠回线大。 （3）瞬变电磁法发射与接收波形图
2.2 瞬变电磁法发射与接收波形图
激励电流在瞬变时产生二次磁场，该磁场在管中会产生感应涡流，该感应电流在接收线圈中又会产生一个随时间衰减的感应电压。
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_________________________________________________________________________________________________ 2.2实验方案
（1）管道缺陷示意图及说明
图2.3管道a缺陷示意图
如图2.3为管道缺陷示意图，为研究瞬变电磁法对金属管道的金属蚀失量的检测，金属管道做了人工处理，使其各部位的壁厚不同。实验中，每隔10cm对金属管道进行标号，作为一个桩点，管道共分40个桩点。其对应标号如图2.3所示。
横向缺陷 纵向缺陷
图2.4管道b缺陷示意图
如图2.4为另一管道（b）示意图， 研究对金属管道不同类型缺陷的探测结果，实验中，利用管道a分析结果的最佳参数：用发射线圈是匝数为10，边长为80cm的正方形线圈，接收线圈是匝数为20，边长为40cm的正方形线圈探测，供电电压为10.4v。 （2）实验方案
本实验中选用中心回线装置。由于中心回线装置分辨率相对高，接收回线可避开
金属管道等人为良导体，在良导体分布较多的地区，数据质量优于重叠回线装置，且是探测1km以内目标层的最佳装置。
本试验将采用两种不同大小的中心回线装置，其中大线圈的发射线圈是匝数为10，边长为100cm的正方形线圈，接收线圈是匝数为20，边长为50cm的正方形线圈；小线圈发射线圈是匝数为10，边长为80cm的正方形线圈，接收线圈是匝数为20，边长为40cm的正方形线圈。
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