EM Responses of Buried Conductive Pipes Calculated by 3-D Finite Element Method

3차원 FEM 모델링에 의한 수평 도전성 관로의 전자기 반응 특성

We have calculated and analyzed the electromagnetic responses of buried conductive pipes due to a horizontal magnetic dipole source on the pound using a three-dimensional (3-D) finite element method to provide useful guidelines for designing electromagnetic pipe locator and for field operation of the system. For single buried pipe, the horizontal component and the horizontal difference of the vertical component of magnetic field show peaks above the pipe. When comparing the width of response curves of both cases around the peak, horizontal difference of vertical component of magnetic field shows much narrower peak, 2 times narrower at a half of maximum amplitude, than that of horizontal component of magnetic field. Accordingly, we can pinpoint the horizontal location of pipe on the ground more accurately by measuring the horizontal difference of vertical component of magnetic fold. Moreover, it will have a merit in determining the depth of pipe, because the equation for depth estimation is defined just above the pipe. When there are two buried pipes separated by two meters with each other, the response of horizontal difference of vertical component of magnetic field has two separate peaks each of which is located above the pipe whereas horizontal magnetic field response has only one peak above the pipe just below the transmitter. Thus, when there exist more than a buried pipe, measuring the horizontal difference of vertical magnetic field can effectively detect not only the pipe under transmitter but also adjacent ones. The width of response curves also indicates higher resolving ability of horizontal difference of vertical component of magnetic field.

저주파수 전자탐사 관로 탐지기 개발 및 현장 운용시의 지침을 마련하기 위해 3차원 유한요소법을 이용해서 수평 자기 쌍극자 송신원에 의한 도전성 지하 매설 관로의 전자기 반응을 계산하고 그 특성을 분석하였다. 단일 관로의 전자기 반응은 수평 자기장 및 수직 자기장의 수평 차분치 모두 관로 직상부에서 최대값을 나타낸다. 반응 곡선에서 최대값의 1/2이 되는 위치의 폭은 수평 자기장의 경우 수직 자기장의 수평 차분치보다 2배 정도 넓으며, 이는 수직 자기장의 수평 차분치가 관로 위치 분해능이 높은 것을 의미한다. 그리고 관로의 심도 계산식이 관로의 직상부에서만 정의되기 때문에 분해능이 높은 수직 자기장의 수평 차분치를 측정하는 것이 관로 심도 결정시 유리할 것이다. 서로 2 m 떨어진 이중 관로의 전자기 반응은 수직 자기장의 수평 차분의 경우 송신기 하부 및 인접 관로의 상부 모두에서 반응 곡선의 피크가 보인다. 이에 반해 수평 자기장의 경우는 인접 관로에 의한 자기장은 송신기 하부 관로에 의한 자기장에 의해 상쇄되어 송신기 하부 관로에 의한 피크만 나온다. 이로 미루어 볼 때 지하에 다수의 관로가 인접하여 매설되어 있는 상황에서는 수직 자기장의 수평 차분을 측정함으로써 다수 관로의 탐지도 가능할 것으로 보인다. 그리고 반응 곡선의 폭을 비교할 때, 단일 관로에서와 마찬가지로 분해능은 수직 자기장의 수평 차분치를 측정하는 것이 수평 자기장을 측정하는 것에 비해 뛰어난 것으로 판단된다.