摘要：极低频磁信号对金属管道、岩石等高磁导率介质穿透力极强,在石油、天然气管道检测工程中常作为移动机器人跟踪与定位用的磁场源.在管道移动机器人跟踪与定位实践中,不同类型的管道,其尺寸、壁厚等有较大差异且管道埋深也不尽相同,这就需要不同功率的极低频磁发射机.将管道环境下极低频磁信号的传播规律和信号发射接收工程应用相结合,提出一整套极低频磁发射机的逆向优化设计方法.首先,根据极低频信号接收机中所用检测算法的检测概率与信噪比之间的关系得到某一检测概率下的接收机需要的最低信噪比,继而得到接收机前端的最小磁感应强度.然后以接收机前端的最小磁感应强度为基点,反推管道内极低频磁发射机需要产生的最小磁感应强度,由此设计出满足磁场与几何尺寸约束的发射机线圈结构与电路拓扑.由该方法得出的设计结果,既能满足接收机对磁感应强度的要求,又能保证发射机供电电源的使用寿命远远超过要求的连续工作时长;同时当工况参数在一定范围内变化时,接收机前端的磁感应强度仍满足以高检测概率检测到极低频信号的要求.

关键词：管道检测 极低频信号检测 磁发射机 逆向设计 峰值信噪比 

单位：清华大学电力系统国家重点实验室 北京100084 机械科学研究总院 北京100044 江西省电力公司 南昌330077