CN104569627A - 船舶水下腐蚀相关静态磁场预测模型的验模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种船舶水下腐蚀相关静态磁场预测模型的验模方法，首先在实验室中模拟海水及海洋环境，按一定缩尺比构建船模及其外加电流阴极保护系统，测量船模下方的标量电位分布，藉此建立船模水下腐蚀相关静态磁场的水平电流线预测模型。然后在同样的实验环境下，加载水平电流线，替代船模，重复测量其下方相同位置处的标量电位，并同步测量水中磁场分布。将所测电流线的标量电位与船模的测量结果进行比较，证明场源等效的可行性；将所测磁场与预测模型的预测结果进行比较，证明预测模型预测过程的正确性。本发明通过比对电场分布说明场源等效的可行性，通过比对磁场分布证明预测过程的正确性，解决船舶水下腐蚀相关磁场预测模型的验模问题。

Description

船舶水下腐蚀相关静态磁场预测模型的验模方法

技术领域

本发明涉及属于船舶水下电磁场的特征预测领域，具体涉及一种船舶水下腐蚀相关静态磁场预测模型的验模方法。 

背景技术

船舶在海洋环境中航行时，由于建造材料的腐蚀以及所采取的防腐措施，船体周围的海水中将出现稳恒电流，称为腐蚀电流或防腐电流。腐蚀电流的主体部分从钢质船壳经海水流向铜质螺旋桨，再流经螺旋桨转轴，通过各种导电连接回到船壳，形成闭合回路；防腐电流的主体部分则从防腐系统的阳极流向被保护的船壳及螺旋桨，再经船壳或螺旋桨转轴，回到防腐系统的电源负极，形成闭合回路。这些电流在导电的海水中流动，必将带来相应的静态电场分布，同时，闭合的电流回路也将激发出空间中的稳恒磁场分布。船舶周围的这部分电磁信号，分别被称为腐蚀相关静态电场(static corrosion related electric field，简称CRE)及腐蚀相关静态磁场。

海水中船舶腐蚀相关静态磁场和材料的磁性所产生的磁场混杂在一起，实测时难以区分，因此目前，针对船舶CRM的分布特征往往采取建模预测的方式，主要建模思路有边界元建模和偶极子建模两种。通过分层导电媒质中的磁场分布表达式，便可以对船舶CRM的分布特征进行预测。但是实验室中难以对船模的腐蚀相关磁场和材料的磁性所产生的磁场进行区分，也因此导致无法通过测量船模的腐蚀相关磁场从而直接对预测模型进行验证。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种船舶水下腐蚀相关静态磁场预测模型的验模方法，可对船舶水下腐蚀相关静态磁场基于水平电流线的预测模型的有效性进行验证。

一种船舶水下腐蚀相关静态磁场预测模型的验模方法，包括以下步骤：

第一步，在实验室中模拟海水及海洋环境，按一定缩尺比构建船模及其ICCP系统，并在船模下方一定深度处的平面上设置电场传感器测量阵列，在水下设置零电位参考点；

第二步，沿电场传感器测量阵列的垂线方向水平移动船模，同步测量阵列中每一个电场传感器与零电位参考点的电势差，从而获得电场传感器测量阵列所在平面的标量电位分布；

第三步，根据第二步中电场传感器测量阵列所在平面的标量电位分布，拟合出船模水下腐蚀相关静态磁场的水平电流线预测模型的正负极坐标及电流大小；

第四步，取消船模及其ICCP系统，在实验室相同的海水及海洋环境中，在海水中设置用于替代船模及其ICCP系统的水平电流线并向水平电流线通直流电，所述水平电流线的正负极坐标和电流大小与第三步中计算出的水平电流线预测模型相同；

第五步，继续使用第一步中的电场传感器测量阵列及零电位参考点，沿电场传感器测量阵列的垂线方向水平移动水平电流线，测量阵列中每一个电场传感器与零电位参考点的电势差，获得水平电流线下方与第一步中位置相同的平面上的标量电位分布；

第六步，利用磁场传感器同步测量水平电流线周围任一直线上的磁场分布，所测的结果即为船模腐蚀相关静态磁场分布测量值；

第七步：将第五步中所测得的电流线的标量电位分布与第二步中所测得的船模的标量电位分布进行比较，证明采用水平电流线对带有ICCP系统的船模进行场源等效的可行性；

第八步，由第三步得到的水平电流线预测模型的正负极坐标、电流大小及磁场传感器位置坐标计算出磁场传感器所在直线的磁场分布，将其作为船模腐蚀相关静态磁场分布预测值；将船模腐蚀相关静态磁场分布测量值与船模腐蚀相关静态磁场分布预测值进行比较，证明预测模型预测过程的正确性。

上述技术方案中，所述第三步中的水平电流线预测模型是指根据船舶结构及防腐措施将场源等效为一根水平电流线，并将水平电流线视为首尾相接的水平直流电偶极子；所述水平电流线周围空间的电场、磁场分别等于所有电偶极子产生的电场、磁场的叠加；所述水平电流线的电流从其正极流出，流经海水并从其负极汇入；所述水平电流线正、负极坐标位置及电流大小是根据第二步中所测的标量电位分布进行场源参数反演获得。

上述技术方案中，所述实验室中模拟海水及海洋环境为三层海洋环境，分别为空气、海水、海床，所述位于海水中、方向沿正x方向的水平直流电偶极子(x0,y0,z0)所产生的水中标量电位和矢量磁场表达式分别为：

$\mathrm{\Φ}=\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{{\mathrm{\η}}^k\mathrm{Idx}(x-x_0)}{{4\mathrm{\π\σ}}_1}(\frac{1}{{r_{1k}}^3}+\frac{1}{{r_{2k}}^3})\right]+\underset{m=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{{\mathrm{\η}}^m\mathrm{Idx}(x-x_0)}{{4\mathrm{\π\σ}}_1}(\frac{1}{{r_{1m}}^3}+\frac{1}{{r_{2m}}^3})\right]$

$A=\frac{\mathrm{Idx}}{{4\mathrm{\πR}}_0}i+\frac{\mathrm{Idx}}{4\mathrm{\π}}\·\frac{x-x_0}{{\mathrm{\ρ}}^2}k-\frac{\mathrm{Idx}}{4\mathrm{\π}}\·\frac{x-x_0}{{\mathrm{\ρ}}^2}\·\left\{\begin{array}{c}\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}[\frac{{\mathrm{\η}}^k(z-2\mathrm{kD}+z_0)}{r_{1k}}+\frac{{\mathrm{\η}}^k(z-2\mathrm{kD}-z_0)}{r_{2k}}]\\ +\underset{m=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{{\mathrm{\η}}^m(z+2\mathrm{mD}-z_0)}{r_{1m}}\right]+\underset{m=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{{\mathrm{\η}}^m(z+2\mathrm{mD}+z_0)}{r_{2m}}\right]\end{array}\right\}k$

其中：ρ＝[(x-x₀)²+(y-y₀)²]^1/2

R₀＝[ρ²+(z-z₀)²]^1/2

r_1k＝[ρ²+(z-2kD+z₀)²]^1/2

r_2k＝[ρ²+(z-2kD-z₀)²]^1/2

r_1m＝[ρ²+(z+2mD-z₀)²]^1/2

r_2m＝[ρ²+(z+2mD+z₀)²]^1/2

$\mathrm{\η}=\frac{{\mathrm{\σ}}_1-{\mathrm{\σ}}_2}{{\mathrm{\σ}}_1+{\mathrm{\σ}}_2}$

σ₁,σ₂分别为海水和海床的电导率；D为海水深度；场点坐标为(x,y,z)；k＝1,2,…；m＝1,2,…。

上述技术方案中，所述水平电流线为直流电源、导线、设置于海水中的两个铂片电极和海水形成的回路；所述第四步向水下水平电流线通直流电是通过上述回路实现的，直流电源的电流从正极流出经导线传递至铂片电极，电流经海水汇入另一个铂片电极并经导线流回直流电源负极；所述 两个铂片电极背面相对平行放置于海水中，两个铂片电极的背面涂覆有绝缘漆且设置有焊盘，两个铂片电极的焊盘通过导线分别与直流电源的正负极连接，所述导线设置有绝缘护套。

上述技术方案中，连接直流电源负极和铂片电极的导线分为两部分，其中一部分导线与连接直流电源正极和铂片电极的导线配合形成双绞线，另一部分导线水平设置于两个铂片电极之间。

本发明从场源等效的可行性及预测过程的正确性两个方面对船舶水下腐蚀相关静态磁场预测模型进行实验室验模，准确性高。本发明用水平电流线替代船模，解决了因实验室中难以对船模的腐蚀相关磁场和材料的磁性所产生的磁场进行区分，导致实验室中难以对船模的腐蚀相关磁场直接测量从而直接对预测模型进行验模的难题，具有现实的工程意义和较大的应用价值。本发明通过导线将直流电源两端连接于一对平行设置于海水中的铂片电极，利用海水实现两个铂片电极之间的导电，巧妙实现了水下水平电流线的加载。本发明验模过程中所需物理量为水下某平面上的标量电位，测量过程易于实现。

附图说明

图1是实测方法示意图

图2是测量坐标系建立示意图

图3是测量平面上的标量电位分布示意图

图4是水平电流线建模示意图

图5是实验室中水平电流线加载方式水平示意图

图6是铂片电极结构示意图

图7是水平电流线下方的标量电位分布示意图

图8是水平电流线下方的垂向磁场分布对比示意图

其中，1-铂片电极，11-铂片电极背面，12-铂片电极正面，2-海水，3-焊盘，4-导线，5-直流电源，6-空气，7-船模，8-测量电极。 

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

本发明提供了一种一种船舶水下腐蚀相关静态磁场预测模型的验模方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，如图1所示，在实验室中模拟海水及海洋环境，自配模拟海水电导率为σ₁＝0.0814S·m^-1。按1:100的缩比尺构建船模7及其ICCP系统。采用20个测量电极8，两两相距8cm，排成阵列，构成电场传感器的测量阵列，并将其布置于船模7下方水面下50cm处平面上，用于测量所在平面的标量电位分布。测量电极8采用上海雷磁公司218型Ag-AgCl参比电极。

第二步，测量电场传感器测量阵列上的标量电位分布。测量时，将参考电极固定在除船模7以外的水下固定点上，作为零电位参考点。保持测量电极8阵列不动，沿测量阵列的中垂线方向水平移动船模7。船模每移动10cm测量各测量电极和参考电极之间的电位差。取水面为z＝0平面，测量时的坐标建立如图2所示，测量电极8沿y轴布设，船模沿x轴移动。其中取测量起点为坐标原点O，z轴的正方向指向地心，x轴正方向为船头方向方向，y轴正方向指向船模右舷。船模7和测量电极8相对位置的改变形成多个测量点，测量点的分布使得在船模下方形成了一个网格状测量平面。测量平面上的标量电位分布如图3所示。

第三步，计算出船模水下腐蚀相关静态磁场的水平电流线预测模型。首先根据船舶结构及防腐措施进行场源等效，将船舶腐蚀相关静态磁场场源等效为一根水平电流线，将所述水平电流线视为首尾相接的水平直流电偶极子，所述水平电流线周围空间的电场、磁场分别等于所有电偶极子产生的电场、磁场的叠加。所述水平电流线的电流从其正极流出，流经海水并从其负极汇入，水平电流线正、负极坐标及电流大小待定。

再根据第二步中所测的标量电位分布进行场源参数反演，采用最小二乘法对模型参数进行拟合，得到电流线正、负极位置坐标及流过的电流大小，从而获得水平电流线的相关参数。具体过程如下：

如图4将船模等效为一根水平电流线。测量平面为船模下方一定面积的平面。考虑空气6、海水2、海床10三层海洋结构，海水深度为D。坐标系建立与第二步相同。

设水平电流线的起点为(x₀,y₀,z₀)，终点位置为(x₀+L,y₀,z₀)，x₀,y₀,z₀及L待定；电流方向沿x正方向，大小待定，设为I。为拟合出上述未知模型参数，需在测量平面上的p个场点(x_j,y_j,z_j)进行水下标量电位的测量，假设测量值分别为Φ_j，j从1到p，所述测量值可从如图6所示的测量平面上的标量电位分布中获得。

将水平电流线视为是水平电偶极子首尾相接而成，单个水平电偶极子(方向指向正x方向，大小为Idx)在海水区域中产生的标量电位为：

$\mathrm{\Φ}=\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{{\mathrm{\η}}^k\mathrm{Idx}(x-x_0)}{{4\mathrm{\π\σ}}_1}(\frac{1}{{r_{1k}}^3}+\frac{1}{{r_{2k}}^3})\right]+\underset{m=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{{\mathrm{\η}}^m\mathrm{Idx}(x-x_0)}{{4\mathrm{\π\σ}}_1}(\frac{1}{{r_{1m}}^3}+\frac{1}{{r_{2m}}^3})\right]$

将上式沿水平电流线长度进行积分，即得到水平电流线在空间中的标量电位分布。因此水平电流线在第j个场点处产生的标量电位为：Φ_j＝f_jI；

其中： $f_j=\left\{\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\right[\frac{{\mathrm{\η}}^k}{{4\mathrm{\π\σ}}_1{r}_{1\mathrm{kj}}}+\frac{{\mathrm{\η}}^k}{{4\mathrm{\π\σ}}_1{r}_{2\mathrm{kj}}}]+\underset{m=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}[\frac{{\mathrm{\η}}^m}{{4\mathrm{\π\σ}}_1{r}_{1\mathrm{mj}}}+\frac{{\mathrm{\η}}^m}{{4\mathrm{\π\σ}}_1{r}_{2\mathrm{mj}}}\left]\right\}{|}_{x=x_0+L}$

$-\left\{\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\right[\frac{{\mathrm{\η}}^k}{{4\mathrm{\π\σ}}_1{r}_{1\mathrm{kj}}}+\frac{{\mathrm{\η}}^k}{{4\mathrm{\π\σ}}_1{r}_{2\mathrm{kj}}}]+\underset{m=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}[\frac{{\mathrm{\η}}^m}{{4\mathrm{\π\σ}}_1{r}_{1\mathrm{mj}}}+\frac{{\mathrm{\η}}^m}{{4\mathrm{\π\σ}}_1{r}_{2\mathrm{mj}}}\left]\right\}{|}_{x=x_0}$

当从1取到p，则可以得到p个方程，它们组成一个线性方程组。一般测量的场点较多，用最小二乘法解此矛盾方程组即可拟合在一定的拟合精度下出未知的模型参量，即电流线正、负极位置坐标及流过的电流大小。其中水平电流线正极坐标为(1.43m,0.72m,0.01m)，负极坐标为(0.8m,0.72m,0.01m)，电流大小为0.06A。

其中：ρ＝[(x-x₀)²+(y-y₀)²]^1/2

R₀＝[ρ²+(z-z₀)²]^1/2

r_1k＝[ρ²+(z-2kD+z₀)²]^1/2

r_2k＝[ρ²+(z-2kD-z₀)²]^1/2

r_1m＝[ρ²+(z+2mD-z₀)²]^1/2

r_2m＝[ρ²+(z+2mD+z₀)²]^1/2

$\mathrm{\η}=\frac{{\mathrm{\σ}}_1-{\mathrm{\σ}}_2}{{\mathrm{\σ}}_1+{\mathrm{\σ}}_2}$

σ₁,σ₂分别为海水和海床的电导率；D为海水深度；场点坐标为(x,y,z)；k＝1,2,…；m＝1,2,…。

第四步，取消船模及其ICCP系统，在实验室相同的海水及海洋环境中，利用直流电源和铂片电极在海水内设置水平电流线并向水平电流线通直流电，替代带有ICCP系统的船模，其中水平电流线正极坐标为(1.43m,0.72m,0.01m)，负极坐标为(0.8m,0.72m,0.01m)，电流大小为0.06A。

如图5所示，水下电流线为直流电源、导线、两个铂片电极和海水形成的回路。如图6所示将两个铂片电极1背面相对平行放置于海水2中，两个铂片电极的1背面涂覆有绝缘漆且设置有焊盘3，其中电极背面11涂覆有绝缘漆，电极正面12不涂覆绝缘漆。两个铂片电极的焊盘3通过导线4分别与位于空气6中直流电源5的正负极连接，所述导线4设置有绝缘护套。直流电源的电流从正极流出经导线传递至铂片电极，电流经海水汇入另一个铂片电极并经导线流回直流电源负极，实现水平电流线的通电。连接直流电源正极的铂片电极坐标为(1.43m,0.72m,0.01m)，连接直流电源负极的铂片电极坐标(0.8m,0.72m,0.01m)，流经回路的电流值为0.06A。连接直流电流负极和铂片电极的导线分为两部分，其中一部分导线与连接直流电流正极和铂片电极的导线配合形成双绞线，另一部分导线水平设置于两个铂片电极之间，有效避免因导线产生的电磁场影响，保证测量数据的准确性。

第五步，采用与第二步中相同的方法测量在水平电流线水面下50cm处平面上标量电位分布。采用第一步中布设于海水内的电场传感器测量阵列(20个测量电极8，两两相距8cm)。将参考电极(即零电位参考点)设置于与第二步中相同的固定点上，所述固定点位于除水平电流线以外的位置。沿电极阵列的垂线方向水平移动水平电流线。水平电流线每移动10cm利用电场传感器测量各测量电极和参考电极之间的电位差。水平电流线和测量 电极相对位置的改变形成多个测量点，测量点的分布使得在船模下方形成了一个网格状测量平面，通过电场传感器的对应读数获得测量平面上的标量电位分布。所得标量电位分布如图7所示。

第六步，利用磁场传感器测量空间中的磁场分布，即得到船模腐蚀相关静态磁场分布测量值。测量点可选取水平电流线周围能利用磁场传感器测量出磁场分布的任一位置。磁场分布测量时的坐标系设置为：z轴的正方向指向地心，x正方向指向水平电流线移动方向，y正方向指向水平电流线的右侧(模拟船模的右舷)。本实施例中采用CCY-1G型磁探测器测量竖直方向磁场，即垂向分量分布。磁场传感器的测量点深度z＝0.11m，实时测量水平电流线在x轴上移动产生的在y＝0.42m的直线上的垂向磁场分布，测量结果即为船模腐蚀相关静态磁场分布测量值，如图8所示。

第七步：将第五步中所测得的电流线的标量电位分布与第二步中所测得的船模的标量电位分布的测量结果进行比较，证明采用水平电流线替代带有ICCP系统的船模进行场源等效的可行性，即将所测电流线的标量电位分布(图7)与船模的标量电位分布(图3)进行比较，两者吻合程度较高，说明采用水平电流线进行场源等效是可行的。测量平面上的船模水下标量电位分布如图3所示。从图3、7可以明显看出带ICCP系统的船模水下标量电位分布的主体特征与水平电流线相似，因此采用水平电流线来模拟其绝大部分场分布特征是合理的。

第八步，将船模腐蚀相关静态磁场分布测量值与船模腐蚀相关静态磁场分布预测值进行比较，证明预测模型预测过程的正确性。

单个水平电偶极子在海水区域中产生的矢量磁位为：

$A=\frac{\mathrm{Idx}}{{4\mathrm{\πR}}_0}i+\frac{\mathrm{Idx}}{4\mathrm{\π}}\·\frac{x-x_0}{{\mathrm{\ρ}}^2}k-\frac{\mathrm{Idx}}{4\mathrm{\π}}\·\frac{x-x_0}{{\mathrm{\ρ}}^2}\·\left\{\begin{array}{c}\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}[\frac{{\mathrm{\η}}^k(z-2\mathrm{kD}+z_0)}{r_{1k}}+\frac{{\mathrm{\η}}^k(z-2\mathrm{kD}-z_0)}{r_{2k}}]\\ +\underset{m=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{{\mathrm{\η}}^m(z+2\mathrm{mD}-z_0)}{r_{1m}}\right]+\underset{m=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{{\mathrm{\η}}^m(z+2\mathrm{mD}+z_0)}{r_{2m}}\right]\end{array}\right\}k$

相应的磁场为：

结合第三步所得水平电流线的正负极坐标及电流大小将上式沿水平电 流线长度进行积分，即计算出y＝0.42m，z＝0.11m时该海水及海洋环境下的磁场分布，取该直线上的垂向磁场分布曲线作为的船模腐蚀相关静态磁场分布预测值，将第六步所得测量值与预测值进行比较(图8)，两者吻合程度较高，说明预测模型预测过程是正确的。由此完成模型验证。

公式中各字符含义如下表：

字母	物理意义
		a	所选测量面积的长度的一半，单位为m
b	所选测量面积的宽度的一半，单位为m
		i	对划分网格沿长度方向进行编号，无单位
j	对划分网格沿宽度方向进行编号，无单位
		p	测量点书面，单位个
r	表示场点和源点之间的距离，单位m
		dx	x方向的微元
I	电流强度，单位A
		Φ	水下标量电位，单位为V/m
A	水下矢量磁位，单位为T·m
		i	x方向单位方向矢量，无单位
j	y方向单位方向矢量，无单位
		k	z方向单位方向矢量，无单位
x	纵向空间位置坐标，单位为m
		y	横向空间位置坐标，单位为m
z	垂向空间位置坐标，单位为m
		D	水深，单位为m
η	定义系数，无单位
		I	电流强度，单位为A
L	电流线长度，单位为m
		σ	电导率，单位为S·m-1

 

k	求和项数，无单位
		m	求和项数，无单位
R0	特定两点之间距离，单位为m
		ρ	径向距离，单位为m
∑	表示求和运算

Claims (5)

1.一种船舶水下腐蚀相关静态磁场预测模型的验模方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，在实验室中模拟海水及海洋环境，按一定缩尺比构建船模及其ICCP系统，并在船模下方一定深度处的平面上设置电场传感器测量阵列，在水下设置零电位参考点；

第二步，沿电场传感器测量阵列的垂线方向水平移动船模，同步测量阵列中每一个电场传感器与零电位参考点的电势差，从而获得电场传感器测量阵列所在平面的标量电位分布；

第三步，根据第二步中电场传感器测量阵列所在平面的标量电位分布，拟合出船模水下腐蚀相关静态磁场的水平电流线预测模型的正负极坐标及电流大小；

第四步，取消船模及其ICCP系统，在实验室相同的海水及海洋环境中，在海水中设置用于替代船模及其ICCP系统的水平电流线并向水平电流线通直流电，所述水平电流线的正负极坐标和电流大小与第三步中计算出的水平电流线预测模型相同；

第五步，继续使用第一步中的电场传感器测量阵列及零电位参考点，沿电场传感器测量阵列的垂线方向水平移动水平电流线，测量阵列中每一个电场传感器与零电位参考点的电势差，获得水平电流线下方与第一步中位置相同的平面上的标量电位分布；

第六步，利用磁场传感器同步测量水平电流线周围任一直线上的磁场分布，所测的结果即为船模腐蚀相关静态磁场分布测量值；

第七步：将第五步中所测得的电流线的标量电位分布与第二步中所测得的船模的标量电位分布进行比较，证明采用水平电流线对带有ICCP系统的船模进行场源等效的可行性；

第八步，由第三步得到的水平电流线预测模型的正负极坐标、电流大小及磁场传感器位置坐标计算出磁场传感器所在直线的磁场分布，将其作为船模腐蚀相关静态磁场分布预测值；将船模腐蚀相关静态磁场分布测量值与船模腐蚀相关静态磁场分布预测值进行比较，证明预测模型预测过程的正确性。

2.根据权利要求1所述的船舶水下腐蚀相关静态磁场预测模型的验模方法，其特征在于所述第三步中的水平电流线预测模型是指根据船舶结构及防腐措施将场源等效为一根水平电流线，并将水平电流线视为首尾相接的水平直流电偶极子；所述水平电流线周围空间的电场、磁场分别等于所有电偶极子产生的电场、磁场的叠加；所述水平电流线的电流从其正极流出，流经海水并从其负极汇入；所述水平电流线正、负极坐标位置及电流大小是根据第二步中所测的标量电位分布进行场源参数反演获得。

3.根据权利要求2所述的船舶水下腐蚀相关静态磁场预测模型的验模方法，其特征在于所述实验室中模拟海水及海洋环境为三层海洋环境，分别为空气、海水、海床，所述位于海水中、方向沿正x方向的水平直流电偶极子Idx(x₀,y₀,z₀)所产生的水中标量电位和矢量磁场表达式分别为：

$\mathrm{\Φ}=\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{{\mathrm{\η}}^k\mathrm{Idx}(x-x_0)}{{4\mathrm{\π\σ}}_1}(\frac{1}{{r_{1k}}^3}+\frac{1}{{r_{2k}}^3})\right]+\underset{m=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{{\mathrm{\η}}^m\mathrm{Idx}(x-x_0)}{{4\mathrm{\π\σ}}_1}(\frac{1}{{r_{1m}}^3}+\frac{1}{{r_{2m}}^3})\right]$

$A=\frac{\mathrm{Idx}}{{4\mathrm{\πR}}_0}i+\frac{\mathrm{Idx}}{4\mathrm{\π}}\·\frac{x-x_0}{{\mathrm{\ρ}}^2}k-\frac{\mathrm{Idx}}{4\mathrm{\π}}\·\frac{x-x_0}{{\mathrm{\ρ}}^2}\·\left\{\begin{array}{c}\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}[\frac{{\mathrm{\η}}^k(z-2\mathrm{kD}+z_0)}{r_{1k}}+\frac{{\mathrm{\η}}^k(z-2\mathrm{kD}-z_0)}{r_{2k}}]\\ +\underset{m=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{{\mathrm{\η}}^m(z+2\mathrm{mD}-z_0)}{r_{1m}}\right]+\underset{m=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{{\mathrm{\η}}^m(z+2\mathrm{mD}+z_0)}{r_{2m}}\right]\end{array}\right\}k$

其中：ρ＝[(x-x₀)²+(y-y₀)²]^1/2

R₀＝[ρ²+(z-z₀)²]^1/2

r_1k＝[ρ²+(z-2kD+z₀)²]^1/2

r_2k＝[ρ²+(z-2kD-z₀)²]^1/2

r_1m＝[ρ²+(z+2mD-z₀)²]^1/2

r_2m＝[ρ²+(z+2mD+z₀)²]^1/2

$\mathrm{\η}=\frac{{\mathrm{\σ}}_1-{\mathrm{\σ}}_2}{{\mathrm{\σ}}_1+{\mathrm{\σ}}_2}$

σ₁,σ₂分别为海水和海床的电导率；D为海水深度；场点坐标为(x,y,z)；k＝1,2,…；m＝1,2,…。

4.根据权利要求1所述的船舶水下腐蚀相关静态磁场预测模型的验模方法，其特征在于所述水平电流线为直流电源(5)、导线(4)、设置于海水中的两个铂片电极(1)和海水形成的回路；所述第四步向水下水平电流线通直流电是通过上述回路实现的，直流电源(5)的电流从正极流出经导线(4)传递至铂片电极(1)，电流经海水汇入另一个铂片电极(1)并经导线(4)流回直流电源(5)负极；所述两个铂片电极(1)背面相对平行放置于海水中，两个铂片电极(1)的背面涂覆有绝缘漆(11)且设置有焊盘(3)，两个铂片电极(1)的焊盘(3)通过导线(4)分别与直流电源(5)的正负极连接，所述导线(4)设置有绝缘护套。

5.根据权利要求4所述的船舶水下腐蚀相关静态磁场预测模型的验模方法，其特征在于连接直流电源(5)负极和铂片电极(1)的导线分为两部分，其中一部分导线(4)与连接直流电源(5)正极和铂片电极(1)的导线配合形成双绞线，另一部分导线水平设置于两个铂片电极(1)之间。