电气工程及其自动化112-博爱-2107171112022
摘要：恒定电场在电磁场课程中所占比例较小，但其应用却很广泛。直流电路的应用实质上就是恒定电流场的应用，只是把场限制在特定的线路中。现代大型铝电解槽，其工作电流达100kA。由于巨大电流所带来的电磁力作用于铝液问题，已成为国内外研究的重要课题。使电流场的应用理论又进一步丰富。实际电工设备如电缆头、高压套管、绝缘子、电机和变压器等的似稳电场与一些非电工程中的物理量的模拟都运用了恒定电场的理论。另外，跨步电压和接地电阻等等的计算都有用到恒定电场理论。
关键词：恒定；电场；磁场；
Abstract: A small proportion of落叶的忧伤 constant electric field in the electromagnetic field course,but its application is very extensive. Application of essence of DC circuit is a constant current field, the field is limited to a specific line. Modern large-scalealuminum reduction cell, the working current is up to 100kA. Because of the great current caused by
the electromagnetic force acting on the liquid aluminum,has become an important topic of research at home and abroad. The application of the theory of current field and further enrich. Simulation of electric field actualelectrical equipment such as cable head, high voltagebushing, insulator, motorandtransformer and somenonelectrical engineering physical quantities are applied in a constant electric field theory. In addition, the calculation step voltage and grounding resistance and so on 武汉一高校被下达窃电通知书are useful to the constant field theory.
Keywords: Constant magnetic field; electric field;
由于媒质具有导电性，在有电场存在的区域都有电流存在。电场恒定，则媒
质中的电流也恒定。这种与恒定电场同时存在的恒定电流区域称为恒定电流场。
恒定电场在电磁场课程中所占比例较小，但其应用却很广泛。直流电路的应三星笔记本r439
用实质上就是恒定电流场的应用，只是把场限制在特定的线路中。现代大型铝电
解槽，其工作电流达100kA。由于巨大电流所带来的电磁力作用于铝液问题，已
成为国内外研究的重要课题。使电流场的应用理论又进一步丰富。实际电工设备
如电缆头、高压套管、绝缘子、电机和变压器等的似稳电场与一些非电工程中的
物理量的模拟都运用了恒定电场的理论。另外，跨步电压和接地电阻等等的计算
都有用到恒定电场理论。
在输油管、水管等其他金属管道的无损检测和在线监测上，应用恒定电场的
在地质勘探、探矿采矿及油田的勘探等一系列重大问题上，恒定电场的理论
得到广泛的应用，形成了专门的学科——电法勘探。电法勘探的方法非常多，其
应用范围也在不断扩大，例如，一种利用电阻率法注入恒定电流场，探测堤坝漏
水的仪器在江、河、水库堤坝上得到广泛应用，它能探明重大漏水险情、蚁穴、
管涌及渗漏、临江侧集中渗漏进水点等，为及时抢护加固，预防大堤决口发挥了
重要作用，并为洪水过后彻底处理堤防隐患提供了科学依据。
在超导理论中，也涉及到恒定电场理论。
地震的准确预报是目前尚未解决的重大课题。目前，有日本科学家提出从地
电阻率的改变中来进行预报的思路受到广泛的重视。
1、裂纹测深仪
裂纹测深仪的应用场合在： （1）系统运行过程中使用——通过定时监测，
掌握构件上裂纹的发展状况，保证系统安全运行。用变针距探头，配合计算机通
讯，可实现设备安全或生产质量的在线检测和预报。（2）加工制造过程中使用
——根据测量结果和制造要求制定修补措施或决定对工件的取舍。 裂纹测深仪采用电位检测法。电位检测法又称电位差检测法或电导检测法，
其物理原理基于金属的导电性。它已应用到裂纹深度测量、板材厚度测量、焊缝
熔深检测、表面淬硬层、渗层深度和复合板结合层质量检测等诸多方面。
当一定值电流流经被检金属试件时，试件两端的电位差应服从欧姆定律：
U=IR，由于电流I 为恒定值，故电位差U 仅取决于试件的电阻R。电阻R 是受
材料中许多因素影响的，例如试件的几何形状、尺度、试件自身的材质、试件是
否有缺陷存在、缺陷的尺度、方向等。利用电位差与上述因素之间的对应关系可
以实现对试件几何尺寸的测量；可以用于材质检验；缺陷检测及对裂纹深度的测
量等等。
裂纹深度测量原理：当电流从被检工件的检验部位通过时，将形成一定的电
流、电位场。如工件表面存在裂纹，随着裂纹的形位、尺度的不同，它对电流电
位场的影响也不同。利用测量电位分布的方法来判断金属材料中裂纹的状况，是
电位法测量裂纹深度的依据。图5 所示是将四个电流电极（或称电流探针）分别
直线排列放置在工件的无裂纹部位（a）和有裂纹部位（b）时的电流、电位场。
一个恒定的电流通过电流探针A 和B 在工件中产生电流场和一个与材料的组成和
结构特性有关的电位分布，通过另一对电极c 和d 可以检测某两点间的电位差，
并在电压表上显示。假定与材料有关的影响因素和几何尺寸均相同，以相同的电
流分别在无裂纹和有裂纹的试样上测试，显然在测量极c 和d 之间无裂纹试样的
电位差与有裂纹试样的电位差之间的差异是由裂纹引起的。如果保持试验电流、
被检工件材质、厚度不变，而只有裂纹深度变化时，则该电位差是一个裂纹深度
的函数，通过标定可将电测系统取得的电位差信号转化成裂纹尺寸，从而实现裂
纹深度的测量。
一个探伤仪系统由电源、探头、测量回路、显示器构成。探头分向工件被检
部位通以恒定电流的电流探针和拾取电位差信号的测量探针。电源用于提供足够
大的高稳定激励电流，探头的电流探针在工件被检部位建立电场，测量探针拾取
电位信号，经测量回路放大供显示器显示。
2、电法勘探
根据地壳中各类岩石或矿体的电磁学性质（ 如导电性、导磁性、介电性）
和电化学特性的差异，通过对人工或天然电场、电磁场或电化学场的空间分布规
律和时间特性的观测和研究，寻不同类型有用矿床和查明地质构造及解决地质
问题的地球物理勘探方法。主要用于寻金属、非金属矿床、勘查地下水资源和
能源、解决某些工程地质及深部地质问题。电法勘探的方法，按场源性质可分为
人工场法（主动源法）、天然场法（被动源法）；按观测空间可分为航空电法、地
面电法、地下电法；按电磁场的时间特性可分为直流电法（时间域电法）、交流
电法（频率域电法）、过渡过程法（脉冲瞬变场法） ； 按产生异常电磁场的原因
可分为传导类电法、感应类电法；按观测内容可分为纯异常场法、总合场法等。
我国常用的电法勘探方法有电阻率法、充电法、激发极化法、自然电场法、大地
电磁测深法和电磁感应法等。
电法勘探中的电阻率法常用的几种方法有：电剖面法；电测深法；高密度电
阻率法。
电剖面法全称电阻率剖面法，采用固定电极距的电极排列，沿剖面线逐点供
电和测量，获得视电阻率剖面曲线。通过分析对比，了解地下岩、土层电性变化，
有效地解决某些地质问题。如追索构造破碎带，划分不同岩性陡立接触带，地下
暗河、溶洞等。现场工作方法：（1）联合剖面法；（2）对称四极法；（3）复合对
称四极法；（4）中间梯度法。
电测深法又称电阻率垂向测深法。它是对同一个测点，用一系列由小到大的
极距进行视电阻率测量，反应由浅至深的地层垂向变化情况。通过对现场实测曲
线进行分析和解释，可对观测点处垂向各地电性层的厚度和电阻率的大小。
电测深法最适合于解决产状近水平，具有明显性差异的下列工程地质问题：
（1）查明基岩埋深，确定覆盖层厚度，查明基岩风化层发育深度，划分有较明
显电性差异的第四纪分层等；（2）查寻岩溶发育带，确定具有明显电性差异的断
层破碎带，并了解其产状。现场工作方法：（1） 三极测深；（2）对称四极测深；
（3）环形测深。
高密度电阻率法又称高密度电法。它的基本原理与普通电阻率法相同，它集
中了电剖面法和电测深法的特点，由仪器的先进设计及资料处理能力及高密度电
法仪，能快速而准确地获取丰富的地下信息。一条高密度电法测线能了解地下一
个面状信息，通过合理布置测线，能三维勾划地质体，从而达到立体勘探。对解
决圈定岩溶大小、断层破碎带的追索等地质问题非常有效。
从恒定电场的应用角度，介绍一种常用的现场工作方法——对称四极测深，
对称四极剖面装置如图7 所示。
装置形式为四个金属电极AMNB 沿测线对称O 点分布。其中两根A、B 与
电源相接，分别向地表注入电流I 及－I，另两根M、N 与电压表相接用于测量
电压。则A、B 连线上任一点M 的电位为
故 A、B 非结构化数据管理连线上任意两点M、N 间的电位差为
根据上式，土壤电阻率ρ 就可以由电流I、电压MN U 和各点间的距离得出
简记为
式中，称为“布极常数”。这种运用四个电极进行的
土壤电阻率测量的方法，称为“四极法”。
运用“四极法”所测得的土壤电阻率，称为土壤的视电阻率，视电阻率含有
平均的意义。值得注意的是，虽然不同的土壤结构其视电阻率不同，然而当土壤
结构不变，布极方式与距离的配置不同时，所得的视电阻率也是不同的。这是因
为电流所流经的路径不同，所遇到的接地电阻不同之故。如图8 所示。
从图8 可以看出，固定测点距离MN 不变，当AB 之间距离较小时，亦即当
第一层土壤厚度时，大部分电流流经靠近地表的岩层土壤，四极法所测
得的视电阻ρ 几乎与靠近地表岩层的电阻率1
ρ 相等。当AB 增大时，使则相当一部分电流流经深部岩层土壤，这时深部的岩层的导电性能就会反应出
来，而2 1 ρ > matlab带通滤波器ρ 的情况下，那么测得的无锡毛小平ρ 就会大于1
ρ 而小于2 ρ 。若再加大AB 间
的距离第一层相对变薄，其作用可以忽略，此时，所测得的视电阻ρ 几乎与第二
层的土壤的电阻率2 ρ 相等了。
按此方法，若以距离的对数为横坐标，以相应测得的视电阻值为纵坐标，就
