CN109164401B - 一种测量感应磁场Zix的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量感应磁场Zix的方法，通过在双码头上搭建立柱，线圈下支线固定敷设，待船舶进入检测时，通过临时跨接上支线电缆，形成简易的纵向地磁模拟线圈，进而根据跨接不同形状线圈对应船舶不同位置，对船舶进入后的测量数据进行修正，最终计算得到纵向感应磁场Zix。突破了需搭建框架结构模拟地磁场测量Zix的局限性，在达到相同效果的情况下，大大降低了工程造价及施工难度，对以后磁性检测设施的建设提供新的思路，特别是对于磁性检测设施的升级改造，极大提高了工程建设的费效比。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁信号测试技术，特别涉及一种测量感应磁场Zix的方法。
背景技术
钢质船舶在地球磁场作用下，就会产生感应磁场，纵向感应磁场Zix(地球磁场沿船舶纵向作用时，船舶感应产生的磁场)是船舶在磁性检测设施进行磁性处理时所必须得到的磁场分量，纵向感应磁场Zix目前测量方法有以下两种：1、调向测量法——属于传统的方法，不敷设模拟线圈，通过N-S调向测量得到的；
2、地磁模拟法——目前普遍采用的技术，通过在双码头磁性检测设施搭建线圈框架，敷设纵向地磁模拟线圈，模拟产生均匀地磁场，进而通过测量分解，最终计算得到纵向感应磁场Zix。
如图1所示模拟地磁场测量船舶纵向感应磁场Zix示意图，沿船舶纵向绕类似螺线管的地磁模拟线圈，通过给地磁模拟线圈通电模拟产生模拟的地磁场，进而测量得到纵向感应磁场Zix，主要测量步骤如下：
1)在船舶进磁性检测设施前(无船舶)，且线圈不通电的情况下，测量得到“背景磁场”为H0；
2)在船舶进磁性检测设施前(无船舶)，且线圈通电的情况下，测量得到“背景磁场+线圈通电磁场”为H1；
3)在船舶进磁性检测设施后(有船舶)，且线圈不通电的情况下，测量得到“背景磁场+船舶磁场”为H2；
4)在船舶进磁性检测设施后(有船舶)，且线圈通电的情况下，测量得到“背景磁场+船舶磁场+线圈通电磁场+船舶感应磁场”为H3；
5)得到船舶感应磁场Zix＝(H3－H2)－(H1－H0)。
通过模拟地磁场测量纵向感应磁场Zix，取代了传统N-S调向测量，不仅减少了XC作业劳动强度，而且缩短了XC作业周期，提高了磁性检测设施的XC保障能力。
考虑地磁模拟线圈磁场均匀区，同时兼顾船舶的进出(船舶桅杆较高)，需搭建很高的框架来敷设纵向地磁模拟线圈，如图2所示为磁性检测设施整体结构图，纵向地磁模拟线圈敷设在码头框架上。
现有技术是搭建很高的框架结构，在其上固定敷设纵向地磁模拟线圈，优点是使用方便，但造价昂贵，施工周期长，难度较大，建造的性价比不高。特别是针对经费有限的磁性检测设施改造，急需研究满足工程使用要求的简易测量方案。
发明内容
本发明是针对现在模拟法测量船舶纵向感应磁场Zix建造成本及施工难度高的问题，提出了一种测量感应磁场Zix的方法，通过在双码头上搭建立柱，线圈下支线固定敷设，待船进入后，通过临时跨接上支线电缆，形成简易的纵向地磁模拟线圈，进而根据跨接线圈在船舶不同位置的形状，对船舶进入后的测量数据进行修正，最终计算得到纵向感应磁场Zix。本方案对以后磁性检测设施的建设提供了新的思路，特别是对于磁性检测设施的升级改造，在实现模拟地磁场测量感应磁场Zix功能的同时，提高了工程建设的费效比。
本发明的技术方案为：一种测量感应磁场Zix的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)搭建测试系统：包括纵向地磁模拟线圈、高精度地磁模拟电源、磁传感器阵列和控制计算机，通过在双码头上固定距离间隔搭建一个个立柱，两码头上对应立柱位置如连接，其连接线将垂直于码头，此对应立柱形成一立柱组；每个立柱组之间通过水域铺线连接，固定敷设形成线圈下支线；每个立柱组之间通过空间跨接线连接，形成临时搭建的上支线电缆，线圈下支线和上支线电缆在立柱组上相通形成纵向地磁模拟线圈，用于产生纵向模拟地磁场；高精度地磁模拟电源给纵向地磁模拟线圈供电；磁传感器阵列铺设在磁性检测设施两码头对应立柱组之间底部水域中，测量不同状态下的标准测量深度磁场值；控制计算机控制高精度地磁模拟电源给线圈通电，采集磁传感器阵列采集的磁传感器磁场值，通过计算分析得到标准测量深度纵向感应磁场Zix；
2)测量感应磁场Zix的步骤如下：
2.1)在船舶进磁性检测设施前，且线圈不通电的情况下，读取磁传感器阵列测量值H0；
2.2)在船舶进磁性检测设施前，临时搭接上支线电缆，且线圈通电的情况下，读取磁传感器阵列测量值H1，然后拆除上支线跨界电缆；
2.3)在船舶进磁性检测设施后，且线圈不通电的情况下，读取磁传感器阵列测量值H2；
2.4)在船舶进磁性检测设施后，临时再搭接步骤2.2)相同的上支线电缆，且线圈通电的情况下，读取磁传感器阵列测量值，计算得到H3；
2.5)计算得到船舶产生的纵向感应磁场Zix：
Zix＝(H3－H2)－(H1－H0)。
所述临时搭建的上支线电缆形状是根据通过的船体结构及测试船体不同位置来设计搭建线形状，在每个立柱组上形成不同形状的线圈上支线，参考值以无船通过时上支线电缆的形状测得的测试值为基准，仿真计算各处跨接的临时上支线电缆上拱或下垂会对标准深度传感器测量点的影响，进而对不同位置传感器的实测值进行数学修正，最终计算得到H3。
本发明的有益效果在于：本发明测量感应磁场Zix的方法，通过在双码头上搭建立柱，突破了需搭建框架结构模拟地磁场测量Zix的局限性，在达到相同效果的情况下，大大降低了工程造价及施工难度，对以后磁性检测设施的建设提供新的思路，特别是对于磁性检测设施的升级改造，极大提高了工程建设的费效比。
附图说明
图1为框架式模拟地磁场测量纵向感应磁场Zix模型示意图；
图2为磁性检测设施框架整体结构图；
图3为本发明组成框图；
图4为本发明简易纵向线圈框架搭建过程示意图；
图5为本发明立柱相对船舶位置的侧视图；
图6为本发明线圈上支线在船舶上搭接的不同形状示意图
图7为本发明测量感应磁场Zix模型示意图；
图8为本发明感应磁场Zix仿真结果图；
图9为本发明应用实物图。
具体实施方式
模拟地磁场测量纵向感应磁场Zix简易方案的系统组成框图如图3所示，包括简易纵向地磁模拟线圈、高精度地磁模拟电源、磁传感器阵列和控制计算机。
简易纵向地磁模拟线圈：通过在双码头上固定距离间隔搭建一个个立柱，两码头上对应立柱位置如连接，其连接线将垂直于码头，此对应立柱形成一立柱组；如图4所示简易纵向线圈框架搭建过程示意图，每个立柱组之间通过水域铺线连接，固定敷设形成线圈下支线；待船舶进入检测时，每个立柱组之间通过空间跨接线连接，形成临时上支线电缆，线圈下支线和上支线电缆在立柱组上相通形成简易的纵向地磁模拟线圈，用于产生纵向模拟地磁场；高精度地磁模拟电源：作为稳定高精度的恒流源，为纵向地磁模拟线圈供电；磁传感器阵列：铺设在磁性检测设施两码头对应立柱组之间底部水域中，测量通电、不通电等不同状态下的标准测量深度(距船舶水线以下标准深度)磁场值，如图5为本发明立柱相对船舶位置的侧视图；控制计算机：控制高精度地磁模拟电源给线圈通电，采集磁传感器磁场值，最终通过计算分析得到标准测量深度纵向感应磁场Zix。
具体测量感应磁场Zix的流程如下：
1)在船舶进磁性检测设施前，且线圈不通电的情况下，读取磁传感器阵列测量值H0；
2)在船舶进磁性检测设施前，临时搭接上支线电缆，且线圈通电的情况下，读取磁传感器阵列测量值H1，然后拆除上支线跨界电缆；
3)在船舶进磁性检测设施后，且线圈不通电的情况下，读取磁传感器阵列测量值H2；
4)在船舶进磁性检测设施后，临时再搭接步骤2)相同形状的上支线电缆，且线圈通电的情况下，读取磁传感器阵列测量值，同时临时上支线电缆可根据通过的船体结构及测试船体不同位置来设计搭建线形状，在每个立柱组上形成不同形状的线圈上支线，参考值以无船通过时上支线电缆的形状测得的测试值为基准，仿真计算如图6所示线圈各处跨接的上支线电缆上拱或下垂会对标准深度传感器测量点的影响，进而对不同位置传感器的实测值进行数学修正，最终计算得到H3；
5)计算得到船舶产生的纵向感应磁场：
Zix＝(H3－H2)－(H1－H0)。
三、仿真试验及应用
通过建模仿真，利用地磁模拟线圈测量某型船舶纵向感应磁场Zix的效果见图6，由图6可知，使用纵向地磁模拟线圈测量得到的感应磁场与均匀地磁场下相比，形状吻合，幅值相当，测量的精度较高。
利用本方案搭建缩比物理模型测量纵向感应磁场Zix的效果见图7，物理模型试验的结果与仿真结果一致，使用纵向地磁模拟线圈测量得到的感应磁场与均匀地磁场下相比，形状吻合，幅值相当。
目前，本发明方案已成功应用，如图8，进一步验证了本发明方案测量Zix的可行性，可以满足工程需要。图9为本发明应用实物图。
Claims (2)
1.一种测量感应磁场Zix的方法，具体包括如下步骤：
1)搭建测试系统：包括纵向地磁模拟线圈、高精度地磁模拟电源、磁传感器阵列和控制计算机，通过在双码头上固定距离间隔搭建一个个立柱，两码头上对应立柱位置如连接，其连接线将垂直于码头，此对应立柱形成一立柱组；每个立柱组之间通过水域铺线连接，固定敷设形成线圈下支线；每个立柱组之间通过空间跨接线连接，形成临时搭建的上支线电缆，线圈下支线和上支线电缆在立柱组上相通形成纵向地磁模拟线圈，用于产生纵向模拟地磁场；高精度地磁模拟电源给纵向地磁模拟线圈供电；磁传感器阵列铺设在磁性检测设施两码头对应立柱组之间底部水域中，测量不同状态下的标准测量深度磁场值；控制计算机控制高精度地磁模拟电源给线圈通电，采集磁传感器阵列采集的磁传感器磁场值，通过计算分析得到标准测量深度纵向感应磁场Zix；其特征在于，
2)测量感应磁场Zix的步骤如下：
2.1)在船舶进磁性检测设施前，且线圈不通电的情况下，读取磁传感器阵列测量值H0；
2.2)在船舶进磁性检测设施前，临时搭接上支线电缆，且线圈通电的情况下，读取磁传感器阵列测量值H1，然后拆除上支线跨界电缆；
2.3)在船舶进磁性检测设施后，且线圈不通电的情况下，读取磁传感器阵列测量值H2；
2.4)在船舶进磁性检测设施后，临时再搭接步骤2.2)相同的上支线电缆，且线圈通电的情况下，读取磁传感器阵列测量值，计算得到H3；
2.5)计算得到船舶产生的纵向感应磁场Zix：
Zix＝(H3－H2)－(H1－H0)。
2.根据权利要求1所述测量感应磁场Zix的方法，其特征在于，所述临时搭建的上支线电缆形状是根据通过的船体结构及测试船体不同位置来设计搭建线形状，在每个立柱组上形成不同形状的线圈上支线，参考值以无船通过时上支线电缆的形状测得的测试值为基准，仿真计算各处跨接的临时上支线电缆上拱或下垂会对标准深度传感器测量点的影响，进而对不同位置传感器的实测值进行数学修正，最终计算得到H3。
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