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磁聚焦瞬变电磁技术设计与实现 扬勇王观军柳言国刘瑾杨为刚 [中国石化股份胜利油田分公司技术检测中心] 摘要：为克服瞬变电磁法检测埋地管道时局部腐蚀分辨率低、抗干扰能力差的缺点，本文利用磁信号聚焦技术对其进行改进。 首先，本文给出矩形载流线圈磁场空间分布的计算公式，并利用改进的遗传算法对线圈阵列进行了设计。根据实际检测需求， 设计了一种由三线圈组成的阵列，仿真结果表明阵列60％以上能量聚集于半径O．5m的圆形区域内。阵列激励磁场测量结果表明， 其聚集斑半径小于o．7m，与传统瞬变电磁检测仪相比极大提高了管道局部腐蚀分辨率。 关键词：磁聚焦；瞬变电磁；设计；实现 1引言 自2002年开始，胜利油田技术检测中心开始利用瞬变电磁(Tr蚰sientmethod，TEM)技术检测埋地金属管道 Elec唧etic 的剩余平均壁厚，其检测原理如图1所示。尽管瞬变电磁技术在现场检测、评价埋地金属管道剩余壁厚方面获得了成功，并且 现在为了提高工作效率、提高管道检测覆盖率，已经完成了全覆盖瞬变电磁检测技术的研制工作。但是在实际应用中发现，该 技术存在的问题主要有以下几个方面： (1)随着油田集输管道铺设里程的增加，埋地金属管道的并行现象日益严重，但瞬变电磁技术只能检测单根埋地管道或可 以视为单根(虽有并行现象，但间距大于3m以上)的管道； (2)利用传统瞬变电磁评价时，每个检测点的覆盖管段的范围大，无法对管道的局部腐蚀状态进行分析评价； (3)由于瞬变电磁技术利用的是电磁检测原理，因此极易受到城区高压线路工频噪声的干扰，当管道附近存在高压线路时 利用该技术检测得到的数据失真，无法反映管道实际腐蚀情况。 响应数据 图l瞬变电磁法管道检测原理示意图 为了解决传统瞬变电磁技术的上述问题，必须考虑更高精度、分辨率的瞬变电磁技术，而对激励信号的聚焦式加载发射是 一种行之有效的解决办法。磁场信号聚焦技术已经在医学领域中的生物组织电导率成像技术中获得研究和应用。 本文在前期研究基础上，利用遗传算法设计了一种由三个矩形载流线圈组成的聚焦阵列。理论计算和磁场测量结果表明， 本文设计的线圈阵列可以实现磁场聚焦功能，可用于局部埋地金属管道金属蚀失量检测。 2矩形载流线圈激励的空间磁场分布理论分析 载流线圈的空间磁场分布计算是电磁学中的一个常见问题，在各种形状的线圈中，具有轴对称性的圆形载流线圈研究的较多， 方法也多种多样，而对不具有轴对称性的矩形或者方形线圈则研究的较少。本文按文献[5]的方法将矩形线圈视为四段载流直 导线，分段进行计算然后进行叠加，得到矩形载流线圈的空间磁场分布。直导线在空间某点产生的磁场计算公式可以表示为： 1 ～ B：≠生(cosB—cos谚)(1) 4忍、 将矩形载流线圈视为四段载流直导线，利用公式(1)可以精确求解矩形载流线圈的磁场空间分布。中心点在(m，n，0)处 的矩形载流线圈如图2所示。其中AB=2l。，Bc=2l：，矩形线圈在空间点P(x，yz)产生的磁场可以如下计算。 Z 一 C ※叫U二 o，盅一 》一 图2矩形线圈磁场分布计算示意 首先计算BC边电流产生的磁感应强度B，由图可知 芦虿=√鬲jii丐1了可(2) cos忙os船Q=争2丽意器靠㈣ ，l+如一y c。s岛=…sPcQ一争= (4) 将式(2)、(3)和(4)代人式(1)中，可以得到： 驴丽岩霜(丽意浠+而焉靠](5) 吃Q≯。丽南 B胁=O (7) k磁‘意嵩寿 @ 其余各边磁场强度可以