随着社会的进步和经济的发展,我国的城市化进程不断的加快,城市地下基础建设施工过程中引发的管线泄露问题层出不穷。因此,利用地球物理方法在施工前对地下金属管线先行探测至关重要。地球物理方法能够实现对城市地下金属管线的无损探测而越发受到人们关注,目前主流的地下金属管线无损地球物理探测技术有探地雷达法及频率域电磁法。探地雷达由于发射频率较高,在城市环境应用时探测深度有限,尤其是老城区地下金属管线埋深较大,难以获得好的探测效果。频率域电磁法可通过调整发射频率可以实现地下空间管道区域的全覆盖探测,在城市地下基建安全和高效施工方面有着极大的发展前景。频率域电磁探测技术应用于城市地下管线探测时存在两个主要问题:一是发射线圈与接收线圈存在较强的一次场互感耦合干扰,使得有效信号被一次场信号覆盖,甚至造成接收传感器的损坏;二是与野外环境相比,城市环境下噪声干扰极其严重,导致信号淹没在噪声中,难以提取有效的数据。针对上述问题,本文提出了基于谐振差分技术的城市地下金属管线电磁探测方法。针对发射线圈对接收线圈带来的耦合干扰采用了差分线圈的解决方案,通过差分平衡技术来削弱收发线圈之间的互感耦合影响;针对城市严重的噪声干扰问题,采用了LC谐振技术和锁相放大技术改善信噪比,实现了电磁信号的幅值和相位信息的有效提取。最后基于上述技术设计相应的频率域电磁地下管线探测原理样机系统,通过实验测试验证了系统的有效性。论文主要工作内容如下:（1）对频率域电磁探测方法进行了研究,阐述了频率域电磁装置的工作原理。基于等效电路模型对探测过程中金属目标的涡流响应进行了分析,同时对涡流传感器的特性进行研究,针对城市环境下频率电磁探测的局限性因素进行了讨论,主要是一次场耦合和城市噪声干扰问题。（2）针对一次场和低信噪比的问题,提出谐振差分技术。利用差分线圈搭配LC谐振技术,实现检测信号的高信噪比。首先对接收线圈感应电动势进行了理论推导,验证了探测模型中无金属异物时传感器的平衡状态。同时,通过配谐结构和非配谐结构的阻抗变化率分析,验证了配谐结构的高灵敏度特性。之后,基于ANSYS公司的有限元分析平台,来讨论不同金属材料下响应信号的变化趋势以及差分线圈参数对系统探测性能的影响。（3）针对城市噪声干扰严重,采集数据信号淹没在噪声中的问题,对微弱电磁数据的处理方法进行了研究。基于锁相放大技术在单频信号检测时具有优越滤波性能的考虑,设计了数字正交矢量型锁相放大器,进行噪声的滤除的同时,能够提取电磁信号中幅值和相位信息。在模拟二次场信号中分别加入仿真噪声和野外实际噪声来测试该锁相放大器提取信号的能力,为后期的数据解释提供了保障。（4）基于上述关键技术完成了频率域电磁探测仪器的设计。首先进行了发射机的硬件电路设计,主要包括振荡电路,全桥逆变电路,驱动电路,控制电路,实现激励源的可控发射;对接收机进行了设计,主要包括前置放大器,信号调理电路,低噪声电源,同时搭配选择的高速数据采集卡设计了上位机软件,实现了数据的采集,显示和存储。最后,完成了整体的系统设计,并结合室内探测实验,验证了探测系统的可靠性。实验结果表明,本文研究的基于谐振差分技术的电磁探测系统可针对城市地下金属管线进行有效探测,为城市建设规划、管线维护、应急抢险提供了可靠的数据保障。