基于工频电磁场的铁磁性目标探测方法研究.pdf
《基于工频电磁场的铁磁性目标探测方法研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于工频电磁场的铁磁性目标探测方法研究.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、364第40 卷第6 期2023年6 月真机仿算文章编号:10 0 6-9 348 2 0 2 3)0 6-0 36 4-0 6基于工频电磁场的铁磁性目标探测方法研究张庆辉,杨成,张天序?(1.武汉工程大学电气信息学院,湖北武汉430 2 0 5;2.华中科技大学图像识别与人工智能研究所,湖北武汉430 0 7 0)摘要:由于科学技术的快速发展,世界各国建立了分布广泛的高压输电网络,可向周围空间发射稳定的5 0/6 0 Hz电磁场,频段电磁波受海洋等传播媒质的衰减作用非常小,工频电磁场可穿透海水并作用于铁磁性目标,利用工频电磁场与水下铁磁性目标相互作用引起的局部工频电磁异常可用于目标的探测。现
2、研究了工频电磁场的产生与空间分布,分析了工频电磁场与铁磁性目标相互作用机理,提出了利用工频电磁场探测水下铁磁性目标的研究方法,构建了输电线路产生工频电磁场对水下铁磁性目标相互作用模型,评估了探测水下铁磁性目标的可行性。同时研究了铁磁性目标的集肤效应,表明当工频电磁场遇到铁磁性目标时可在表面聚集,产生较为强烈的工频异常信号。结果表明,工频电磁场与铁磁性目标相互作用后可产生明显的局部工频电磁场异常信号,为后续工频电磁场探测水下目标提供了理论基础。关键词:工频电磁场;铁磁性目标;输电网络;建模仿真;电磁异常中图分类号:TP391.9文献标识码:BResearch on Ferromagnetic T
3、arget Detection MethodBased on Power Frequency Electromagnetic FieldZHANG Qing-hui,YANG Cheng,ZHANG Tian-xu?2(1.School of Electrical Information,Wuhan University of Engineering,Wuhan Hubei 430205,China;2.Institute of Image Recognition and Artificial Intelligence,Huazhong University of Science and Te
4、chnology,Wuhan Hubei 430070,China)ABSTRACT:Due to the rapid development of science and technology,countries around the world have established awidely distributed high-voltage transmission network,which can emit a stable 50/60Hz electromagnetic field to thesurrounding space.The electromagnetic wave i
5、n this frequency band has very little attenuation effect by propagationmedia such as ocean.The power frequency electromagnetic field can penetrate seawater and act on ferromagnetic tar-gets;The local power frequency electromagnetic anomaly caused by the interaction between power frequency electro-ma
6、gnetic field and underwater ferromagnetic target can be used for target detection.This paper studied the generationand spatial distribution of power frequency electromagnetic field,analyzed the interaction mechanism between powerfrequency electromagnetic field and ferromagnetic target,put forward th
7、e research method of detecting underwater fer-romagnetic target by power frequency electromagnetic field,constructed the interaction model of power frequency elec-tromagnetic field generated by transmission line on underwater feromagnetic target,and evaluated the feasibility of de-tecting underwater
8、 ferromagnetic target.At the same time,the skin effect of ferromagnetic target was also studied.Itshows that when power frequency electromagnetic field meets ferromagnetic target,it can gather on the surface andproduce strong power frequency abnormal signal.The results show that the interaction betw
9、een power frequency elec-tromagnetic field and ferromagnetic target can produce obvious local power frequency electromagnetic field abnormalsignals,which provides a theoretical basis for the subsequent detection of underwater targets by power frequency elec-tromagnetic field.KEYWORDS:Power frequency
10、 electromagnetic field;Ferromagnetic target;Transmission grid;Modeling and收稿日期:2 0 2 1-0 8-2 6修回日期:2 0 2 1-0 9-0 6365simulation;Electromagnetic anomaly1弓引言由于科学技术的快速发展,世界各国建立了分布广泛的高压电网,支撑人类创造巨大的物质文明。同时也带来了一个充满人造工频电磁辐射的环境,对生态环境、地球的近地空间包括电离层产生了越来越大的影响。因此需要对高压电网产生的工频电磁场的传播方式及其空间分布规律展开科学研究。广泛分布在世界各地的低/中/
11、高压交流输/配/用电网络会在整个空间中产生工频电磁场,相当于一个规模庞大的工频电磁场辐射源,向空气、地下和海水中传播频率为5 0/60Hz电磁场。由于超低频/极低频在海水中衰减较小,工频电磁场可穿透海水并作用于铁磁性障碍物,使其周围空间中的背景工频电磁场分布情况发生变化,在局部产生了叠加在背景工频电磁场上的二次感应电磁场的异常电磁信号,该异常信号可在一定范围内的水下或空气介质中被电磁探测器捕捉到。因此,可以充分利用现有的工频电磁场发射源实现对水下铁磁性目标的探测。目前世界上还没有公开发表过利用工频电磁场探测水下铁磁性目标的研究。本文利用COMSOLMultiphysics多物理场仿真软件模拟工
12、频电磁场传播特性和工频电磁场与铁磁性目标相互作用后工频电磁场变化情况以及工频电磁场对铁磁性目标的集肤效应。2工频电磁场传播2.1工频电磁场产生机理工频电场、磁场是一种静态场,由5 0/6 0 Hz交流电网产生。电场的大小用电场强度来描述,磁场大小用磁感应强度来描述。如下图所示,在两条相距d的导线上施加电压U,则导线之间存在电场E;导线中通过电流I,则导体周围就存在磁场H。+Ed9(a)电场H(b)磁场图1电磁场的产生原理麦克斯韦方程组是表示场结构的定律,说明了带电体电场和磁场彼此之间相互联系和相互制约的规律。对于任意频段的电磁场而言,其传输方程均满足麦克斯韦方程组VD=paBVxE二at(1)
13、aDVxHJ十atV.B=0其中,H为磁场强度矢量,E为电场强度矢量,B为磁感应强度矢量,D为电位移矢量,J为传导电流密度,p为空间电荷密度在电磁场理论中提到的辅助方程是表示场与介质的关系的,称为介质的特征方程,一般为JQED&E(2)B=uH)其中,、8 v u 分别为介质的电导率、介电常数和导磁系数。求取一条通有5 0 Hz正弦交流电、长度为L的输电线在空间中任一点P处产生的工频电磁场,可将该输电线划分为若干个长度足够小的载流微元段I,进而将这些微元段近似等效为电偶极子单元。得到每个电偶极子在P点处产生的工频电磁场(E,B),则该条输电线在P点处产生的工频电磁场总场就等于这些电偶极子在P点
14、处产生的工频电磁场的矢量叠加LE=公E(3)LB=4B(4)412.2磁偶极子工频电磁场理论模型输电网是将发电厂的电能通过升降压变压器和电压较高的输电线路输送到用电区域,或在几个不同区域电网间互通能量,形成互联电网。由于输电线路结构十分复杂,考虑将整个输电网按区域分为若干个大型输电网络,形成分布式结构。每个大型输电网络又可按更小的区域分为若干个中型或小型子网络。两个变压器之间的输电线和地线以及对地的镜像组成了闭合的“环路”,可将其等效为一个磁偶极子。2.3磁偶极子工频电磁场空间传播利用COMSOLMultiphysics多物理场仿真软件,建立简单输电线路的磁偶极子空间电磁场计算模型。在该仿真软
15、件中,输电线路默认接地,即可与大地形成电流回路,等效于磁偶极子。输电线路设置为典型的10 0 0 kV,1kA的正弦交流电。在1kmx1kmx0.6km范围内建立仿真模型模型,其中上方为空气层,下方为陆地层。空气的电磁参数为:8,=1,=366electriccurrent*Transmissionlineground77777Ximage图2水平天线及其镜像1,g=0S/m,空气的电磁参数为:8=30,=1,=1.5S/m,8为介电常数,为磁导率,为电导率,输电线路位于空间域的中心轴,输电线长度为5 0 0 m,仿真模型如图3所示。1312air-ground5005500图3简单输电线路仿
16、真模型仿真计算得到该输电线路在空间中产生的工频电磁场,截取导线正上方10 m的平面,绘制该平面上的工频电磁场等值线图,如图4所示。从图中可以看出,电场等值线图在yoz面像数值0,磁场等值线图在xoz面像数值8,与磁偶极子产生的电磁场在空间中传播规律一致,可推断出输电线路可等效为磁偶极子模型仿真计算得到该输电线路在空间中产生的工频电磁场,截取导线正上方10 m的平面,绘制该平面上的工频电磁场切面图,如图5 所示。从图中可以看出在导线的两端其电场强度最大,而在导线周围磁感应强度最大。为了分析传输导线产生的电磁场矢量方向,绘制工频电磁场流线图,如图6 所示,电场矢量主要分布在x-0-y平面,磁场矢量
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 电磁场 铁磁性 目标 探测 方法 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。