【摘 要】
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瞬变电磁法又称时间域电磁法,它利用不接地回线或接地电源向待检测目标体发射一次电磁脉冲,并接受待检测目标体产生的二次磁场,达到金属检测的目的。瞬变电磁法作为一种利用快速变化的空间电磁场检测目标物体的技术,目前被广泛应用于安防、工程勘查等多个领域,起到了提高检测效率,节省人力物力的良好效果。
本文从瞬变电磁法的原理出发,根据瞬变电磁检测装置的共性,从此类装置的线圈系统入手,分析了线圈自身几何形状的影响,并且建立了线圈与待检测目标体的磁场耦合模型以及对应的电路模型;其次,针对接收线圈感应电压出现振荡的
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瞬变电磁法又称时间域电磁法,它利用不接地回线或接地电源向待检测目标体发射一次电磁脉冲,并接受待检测目标体产生的二次磁场,达到金属检测的目的。瞬变电磁法作为一种利用快速变化的空间电磁场检测目标物体的技术,目前被广泛应用于安防、工程勘查等多个领域,起到了提高检测效率,节省人力物力的良好效果。
本文从瞬变电磁法的原理出发,根据瞬变电磁检测装置的共性,从此类装置的线圈系统入手,分析了线圈自身几何形状的影响,并且建立了线圈与待检测目标体的磁场耦合模型以及对应的电路模型;其次,针对接收线圈感应电压出现振荡的问题,建立了计及线圈匝间电容参数的接收线圈电路模型,并在此模型基础上提出线圈寄生电容测量方法以及用于抑制振荡的阻尼电阻选取标准;第三,针对具有复杂耦合关系的检测对象,传统瞬变电磁法检测效果不佳的问题,在原有线圈系统上进行改进,引入去耦线圈以提高系统的分辨率;之后建立了此类去耦线圈系统的等效模型并指出其优势。
在有限元仿真方面,选取配网杆塔基座-底、拉、卡盘作为检测对象,针对传统瞬变电磁检测装置和改进后的检测装置线圈系统分别进行仿真;在传统检测装置仿真过程中,重点考虑了线圈系统摆放位置、耦合关系、线圈尺寸、检测对象埋深、发射电流变化率等因素对检测效果的影响;在引入去耦线圈的检测系统仿真过程中,除了考虑上述诸因素,还考虑了去耦效果对于检测精度的影响。仿真结果较好地说明了引入去耦线圈的必要性,印证了前文模型分析的结果。
在样机实现方面,本文采用FPGA作为控制核心提供控制触发信号,选用ARM处理器作为信号处理运算核心用于人机交互界面的刷新控制以及线圈系统感应电压信号的后处理部分。样机的人机交互界面使用SEGGER公司的emWin框架配合μC/OS-III系统实现,信号采集、界面刷新、波形调节、数据保存及处理等环节通过系统任务的形式完成。样机测试结果表明,引入去耦线圈后的瞬变电磁检测装置可以较好地完成配网杆塔基座等检测对象的分辨,达到了既定的检测目标。
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