高頻 EMT 電磁層析成像系統應用案例

案例名稱：多孔介質鹽水滲流動態可視化監測平臺（某科院科研平臺落地項目）

一、項目背景

1. 低電導率鹽水對電磁場擾動信號微弱，常規低頻 EMT 信噪比不足，難以捕捉多孔介質孔隙內鹽分分布變化；

2. 傳統 EMT 線圈需配套獨立放大電路，系統結構復雜、信號損耗大；

3. 導電鹽水與磁性懸浮液信號相互干擾，無法單獨區分電導率、磁導率兩類介質特征；

4. 僅能采集單點數據，無動態層析成像能力，無法直觀觀測鹽水滲流全過程。

二、配套設備方案（成套高頻 EMT 產品）

1. 8 線圈高頻 EMT 環繞傳感器陣列

2. 一體化高頻采集主機

3. 配套成像分析軟件

三、實驗測試介質與工況設置

1. 纖維素海綿：孔隙率 0.5075，鹽水灌注速率 0.36mL/s；

2. 天然土壤試樣：孔隙率 0.4991，鹽水灌注速率 0.43mL/s；

3. 原木切片：孔隙率 0.3406，鹽水灌注速率 0.19mL/s；

4. 玻璃珠堆積層（5mm/8mm 粒徑）：孔隙率 0.5679~0.6186，用于靜態鹽分分布標定。

四、核心監測效果與產品差異化優勢

（一）信號解耦，獨立定量鹽分與磁性介質

1. 無磁性導電鹽水：虛部 Im (ΔV/V) 與介質電導率 σ 呈線性負相關，頻率越高，導電擾動信號越強；

2. 弱磁性非導電磁流體：實部 Re (ΔV/V) 與等效相對磁導率 μ?呈線性正相關。

   結合電磁場矢量擾動模型，可分別定量孔隙含鹽濃度、磁性顆粒含量，解決傳統低頻 EMT 無法區分導電 / 磁性介質的短板。

（二）動態層析成像，完整復現鹽水滲流全過程

• 0–30s 初期：鹽水僅浸潤試樣邊緣，成像亮度低；

• 40–60s 中期：鹽分持續向試樣中心擴散，高亮區域不斷擴張；

• 70–80s 末期：多孔結構逐步飽和，全域高亮，直觀對比海綿、土壤、木材三者滲流速率差異。

（三）雙維度定量數據，支撐量化研究分析

1. 成像像素定量：軟件自動統計圖像總像素值，數值隨滲流時間持續上漲，直接表征試樣內部鹽分累積總量；同等灌注條件下，海綿像素增長幅度＞土壤＞木材，與材料孔隙率規律匹配；

2. 線圈原始電信號定量：對向線圈 1-5 采集的虛部電壓隨滲流持續下降，遵循 Im (ΔV/V)∝?ωσ 規律，量化整體孔隙電導率提升幅度，實現 “圖像定性觀測 + 電信號精準定量" 雙重驗證。

（四）硬件核心優勢對比傳統 EMT

1. 高集成設計：省去單路獨立放大電路，簡化外部接線，降低設備調試、維護難度；

2. 突破低頻檢測盲區：1–5MHz 高頻方案解決低電導率鹽水微弱擾動檢測難題，適配低鹽多孔介質監測；

3. 無損非侵入式監測：傳感器環繞試樣外側，無需埋設電極、不破壞內部孔隙結構，試樣可循環重復實驗；

4. 一機多用：單套設備兼容土壤、木材、玻璃珠、海綿、磁性換熱流體等多類試樣，同時支持靜態標定、動態滲流兩大實驗場景。

五、落地應用價值

1. 科研平臺場景

2. 產業化拓展應用場景

1. 地下水鹽度、土壤鹽漬化監測；

2. 換熱系統磁性流體濃度在線監測；

3. 多孔介質內部液體遷移、污染物擴散檢測。

六、研究驗證結論（原文客觀結論）

1. 本套高頻 EMT 傳感器可實現 5MHz 下本體鹽水、多孔介質孔隙鹽水的穩定檢測；

2. 導電介質、磁性介質會產生差異化線圈響應，電壓變化虛部表征電導率擾動、實部表征磁導率擾動；

3. 可通過時序成像直觀呈現不同多孔介質內部鹽水動態滲流過程；

4. 滲流過程可依靠成像像素數值、線圈原始響應信號雙重維度量化表征；

5. 設備適用場景：地下水鹽度監測、換熱磁性流體監控、環境鹽漬化監測、多孔介質液體遷移檢測。

七、設備定制化可選方案

1. 傳感器尺寸：可定制不同規格環形線圈陣列，適配各類尺寸試樣；

2. 工作頻率：1–10MHz 頻段可調，適配不同電導率區間介質；

3. 功能拓展：便攜式采集主機、多通道同步陣列、三維成像擴展套件；

4. 軟件定制：數據對接、自動生成實驗報告、內置鹽分濃度反演模型。