随着现代工业化科技水平的不断进步,石油和天然气等能源扮演着极其重要的角色,而管道是承载石油天然气等化工原料运输、存储的主要介质,在使用过程中受土壤、空气、水等酸碱环境侵蚀,经常发生腐蚀、变形、应力集中等现象,油气管道健康状况不容乐观,潜在危险也在急剧增加,保障油气管道安全稳定运行对国防工业、国民经济的发展具有重要意义。对于油气田站场内部管道而言,也面临着腐蚀风险,由于该区域管道口径不一且外表面含有包覆层或涂有防腐漆,对于传统的涡流、超声、渗透、射线以及漏磁等无损检测检测方式已不再适用。低频电磁检测技术是近年来快速发展的一种新兴无损检测方法,主要采用可变磁化强度的非饱和交流磁化方式完成对被检材料内部及外部腐蚀缺陷的检测,具有剩磁小、设备轻盈、使用便捷等优势,且可根据被检材料自身属性（材质、厚度等）适当调整激励幅值、驱动频率等参数,有效增加了励磁方式的多样性。开展基于低频电磁检测技术对油气田站场内部管道的全面检测主要面临以下三个问题:一是由于励磁方式的多样性和非饱和磁化的特点,无法对油气管道表面缺陷腐蚀程度进行准确地预测和评估;二是无法区分当前所检出缺陷位于油气管道上表面还是下表面,给后期油气管道的维护带来不便;三是由于提离高度的增加,针对含包覆层油气管道外表面缺陷（壁损、焊缝、较大腐蚀点）形成的低频漏磁场极其微弱,检测较为困难。综上所述,论文主要基于低频电磁技术对油气田站场内部管道进行检测的相关问题,开展了大量理论计算、仿真分析、实验验证的工作。论文首先从麦克斯韦方程组角度出发,推导并建立了低频空间电磁场电势、磁势等矢量扩散方程,并详细阐述了外加激励磁场在被检试件缺陷与空气分界面处的磁折射效应,为缺陷处低频漏磁场分布形态的分析提供理论基础。同时论证了低频电磁技术检测机理,并引入基于励磁线圈和感应式磁传感器检测线圈组合的双空芯线圈互感数学模型,对检测线圈输出电压及相位的影响因素进行了理论推导计算,为后续实验平台的搭建、实验参数的设置以及检测数据的分析处理提供了强有力的理论支撑。论文基于感应式磁传感器检测线圈输出信号与其几何中心点处磁场强度呈线性关系的原理,构建了检测线圈数学模型并给出具体尺寸关系。结合低频电磁检测机理设计开发了低频电磁检测实验系统,详细阐述了检测系统组成结构和工作机制,同时基于STM32控制器完成了多通道阵列励磁探头、激励电路、信号调理采样电路及存储读取一体化电路模块的系统化设计,嵌入四参数正弦拟合算法,通过实验验证了系统检测结果与理论研究的一致性,体现出所开发低频电磁检测实验系统的高稳定性和高可靠性,为低频电磁无损检测技术的进一步发展提供了优良的实验基础。论文基于磁偶极子理论推导并建立了不同类型缺陷（V形、梯形、半圆形和矩形凹槽裂纹缺陷）低频漏磁场分布模型,并设计了由高灵敏度磁阻传感器和感应式磁传感器检测线圈组成的复合阵列探头作为低频漏磁场有效拾取介质,更多的收集缺陷特征。实验结果表明,所建立磁偶极子数值模型可用于分析磁阻传感器输出切向及法向分量上下包络差值曲线变化趋势,且在不同励磁条件下（改变激励幅值、驱动频率、提离值）得到的切向分量包络差值曲线单峰变化值ΔH（x）、法向分量包络差值曲线双峰变化值ΔH（y）均与沿着检测方向的缺陷横截面积呈线性正相关,为后期对被检材料表面缺陷腐蚀程度的评估提供理论基础。论文从分辨油气管道检出缺陷所处位置（上表面或下表面）的角度,提出在感应式磁传感器检测线圈阵列探头中嵌入自发自收高频涡流线圈阵列,利用集肤效应完成对缺陷位置的判断。通过理论计算得到涡流线圈相关影响因素（线圈厚度h、内外径差值（r1-r2）、匝数N等）,讨论了涡流检测线圈与感应式磁传感器检测线圈相互间的影响机制,并通过实验验证了低频励磁场存在对涡流线圈的干扰。在此基础上,提出电压频率积的概念,在本文实验环境下给出了单通道涡流线圈识别被检材料表面10%壁厚缺陷的极限励磁条件（电压频率积约为760VHz）。实验结果表明,涡流检测线圈基本不会影响感应式磁传感器检测线圈检测结果,并允许低频励磁线圈根据被检材料属性在较大范围内调整。论文构建了含包覆层的多层导体（金属保护层、腐蚀缺陷等）油气管道低频脉冲涡流检测技术数学模型,并通过理论推导得到激励线圈在探头区域的矢量磁位分布,指出了相关影响因素。此外,提出基于利兹线绕制脉冲涡流检测线圈,并建立了利兹线数学分析模型,给出了其涡流损耗与激励频率、线圈匝数、股数和线径等参数之间的相互依存关系,并采用相等截面积、同一匝数和同材质的铜导线线圈作为对比实验,结果表明,利兹线检测线圈相对于铜导线,品质因素得到显著提高,优化了信噪比,并实现了在较大频率范围内降低了涡流损耗。