人为因素形成的电磁场主要包括沿海工业设施产生的工频干扰、海上石油平台或海底管道等安装的用于防腐目的的阴极保护系统、测试场附近沉船(或较大金属)引起的电磁场异常及海洋电磁法勘探中采用的大功率人工场源等。
1.5.2.1 工频干扰
在海域附近的土地上测试大功率发电、输电和转换设施及电气设备,如发电厂、高压线路、变电站等,是电磁场中电力频率干扰的主要来源。以上设施会产生较强能量的50 Hz工频及其倍频电磁场。特别是在近岸区域,码头上的各种维护工作(例如电焊)会引起电场干扰,这些工作常常存在接地不良的问题,会使一部分电流流入海水中。还存在诸如陆基电车和火车车辆引起的电场扰动,这种扰动更加可变,并且更难以移除或抵消。
1.5.2.2 海上石油平台或海底管道
以海上石油平台为例,其阴极保护电流在某些情况下可达10 000 A,如此大的保护电流会在海水中产生较强的干扰电磁场。
此外,海底石油管道一般长达数百千米,管道各部分的腐蚀程度不同,导致海洋环境的不同部分具有不同电位,从而形成腐蚀电流并产生腐蚀性电场。
1.5.2.3 船体或较大金属腐蚀
某些区域存在沉船或较大金属体,由于构成这些沉船或者金属体的金属材料不止一种,根据电化学腐蚀理论,在海水环境中会产生腐蚀电场。
舰船处于水中的部分,还有船体外壳、龙骨、螺旋桨、船尾的凸出部分,以及吃水线上部、常被海水打湿的部分和舰船的上部建筑,尤其是货仓的底部和双层底等其他或多或少被海水打湿的地方都是受腐蚀程度大的部分。腐蚀就会产生腐蚀电流,进而产生腐蚀电磁场。此外,舰船电力系统的供电电流波动也会造成海水中产生交流电磁场。
1.5.2.4 海洋电磁法勘探(www.daowen.com)
近年来,人类开发海洋资源进程加速,海洋电磁法勘探成为国内外研究热点。海洋主动源电磁法一般采用水平电偶极子或共轴水平磁偶极子作为激励源,激发谐波信号或脉冲信号,其发射电流强度可达100 A至数千安,是现代海洋环境电磁场的重要组成部分,这部分场源是作为电磁法勘探作业的人工场源信号。
1.5.2.5 运动体电磁场
船舶和潜艇等海上航行的运动体,除了由于本身腐蚀原因和防腐措施产生的腐蚀相关电磁场外,还有一类电磁场不可忽视,这就是由于其运动对海水和地磁场造成的扰动而在海水中形成的电磁场。这类扰动主要产生于四个方面:
(1)舰船本身是金属体建造而成,在壳体表面不完全绝缘的情况下,运动金属体切割地磁场产生的感应电动势将在船体内形成体电流,并通过不绝缘船体表面在海水中形成传导电流,从而产生感应电磁场。
(2)舰船本身是磁性材料建造而成,铁磁性船体和船体内部件受地磁场磁化而产生磁性,当运动体航行时或者其内部金属运动部件(曲轴、螺旋桨等)运行时会引起空间磁通的变化而引起周边地磁环境的扰动,进而引发产生感应电场。
(3)船体运动引发海水的扰动,进而造成了类似于自然海水流动产生的感应电磁场,如1.4.4节所述。这类扰动又可分为围绕壳体的势流、湍流、涡流、表面流、内波等情况,不同情形造成的场源类型不同,衰减特性也有所差异。
(4)船体辐射的声场也会引发海水带电粒子的扰动,进而引发电磁场。声场在传播过程中对海水中带电荷粒子产生推力造成其运动,运动的带电粒子在地磁场中受洛伦兹力作用产生感应磁场;声场传播造成的质点运动还会破坏海水中中性离子云稳定状态,使得粒子呈现带电特性,当带有不同电荷的离子相对移动时,也会产生感应电场和磁场。
需要强调的是,运动体产生的电磁场强度大小虽然有限,但也超出了高灵敏度传感器的检测门限。由于这类电磁场和目标的运动联系密切,无论是作为背景噪声还是目标信源,都在弱低电磁场信号处理中扮演主要的角色。关于这方面的详细论述超出了本书范围,有兴趣的读者可阅读相关文献。
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