漏磁場有兩種拾取(qu)方(fang)法，既(ji)可以(yi)測(ce)量漏磁感應(ying)強度的(de)絕對值，也可以(yi)測(ce)量漏磁感應(ying)強度的(de)梯度值。
磁場傳感(gan)器(qi)的(de)作(zuo)用(yong)是將磁場轉換(huan)為電信號。按原理可分(fen)為體效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)(ying)元(yuan)(yuan)(yuan)件、面(mian)效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)(ying)元(yuan)(yuan)(yuan)件、P-N節注入和(he)表(biao)面(mian)復合效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)(ying)元(yuan)(yuan)(yuan)件、量(liang)(liang)子效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)(ying)元(yuan)(yuan)(yuan)件、磁致伸(shen)縮效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)(ying)元(yuan)(yuan)(yuan)件和(he)光纖磁傳感(gan)器(qi)等(deng)。磁場傳感(gan)器(qi)都是建立在各種(zhong)效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)(ying)和(he)物理現象的(de)基礎(chu)之上的(de)，表(biao)3-1給出了不同種(zhong)類磁場傳感(gan)器(qi)的(de)測(ce)量(liang)(liang)范(fan)圍，它們的(de)敏感(gan)范(fan)圍差(cha)異較大。在具(ju)體應(ying)(ying)(ying)用(yong)過程中，需要(yao)根據測(ce)量(liang)(liang)對(dui)象的(de)特點(dian)來選(xuan)擇適合的(de)傳感(gan)器(qi)。
在不(bu)銹鋼管漏磁檢測中，常使用的有下列幾種磁敏傳感器。
1. 各向異性磁阻傳感器(qi)
各(ge)(ge)向(xiang)(xiang)異(yi)性(xing)磁(ci)(ci)阻(zu)傳感(gan)器 AMR（Anisotropic Magneto-Resistive sensors）由沉積在硅片上的坡(po)莫合金（Ni80Fe20）薄膜(mo)形(xing)成(cheng)電(dian)阻(zu)，沉積時外加(jia)磁(ci)(ci)場，形(xing)成(cheng)易磁(ci)(ci)化(hua)軸方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)。易磁(ci)(ci)化(hua)軸方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)是指各(ge)(ge)向(xiang)(xiang)異(yi)性(xing)的磁(ci)(ci)體能獲得最(zui)佳磁(ci)(ci)性(xing)能的方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)，也就是無外界磁(ci)(ci)干(gan)擾時磁(ci)(ci)疇整(zheng)齊排列(lie)的方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)。鐵磁(ci)(ci)材(cai)料的電(dian)阻(zu)與(yu)電(dian)流(liu)(liu)和磁(ci)(ci)化(hua)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)的夾角有(you)關，電(dian)流(liu)(liu)與(yu)磁(ci)(ci)化(hua)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)平行時電(dian)阻(zu)R最(zui)大，電(dian)流(liu)(liu)與(yu)磁(ci)(ci)化(hua)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)垂直時電(dian)阻(zu)Rmin最(zui)小，電(dian)流(liu)(liu)與(yu)磁(ci)(ci)化(hua)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)成(cheng)0角時，電(dian)阻(zu)可表示為
R=Rmin+(Rmax-Rmin)cos2θ (3-2)
在磁阻(zu)傳感器中，為了(le)消除溫度(du)等外(wai)(wai)界因(yin)素對輸出(chu)的(de)影響，一般由(you)4個相同的(de)磁阻(zu)元件構成(cheng)惠斯通電橋。理論分析與實踐(jian)表(biao)明，采用45°偏置磁場，當沿(yan)與易磁化軸垂直(zhi)的(de)方向施加外(wai)(wai)磁場，且外(wai)(wai)磁場強度(du)不太大時(shi)，電橋輸出(chu)與外(wai)(wai)加磁場強度(du)呈線性(xing)關系。
2. 磁通門(men)
磁通門傳(chuan)感(gan)器又(you)稱為磁飽(bao)和式磁敏傳(chuan)感(gan)器，它是(shi)利用某些(xie)高磁導率的(de)軟磁性材料(liao)（如坡莫合金）做(zuo)磁心，以其(qi)在交直流磁場作用下的(de)磁飽(bao)和特性以及法拉第電磁感(gan)應原理研制的(de)磁場測量裝置。
這種磁(ci)(ci)敏傳(chuan)感器的最大特點是適合測(ce)量(liang)零磁(ci)(ci)場附近(jin)的弱(ruo)磁(ci)(ci)場。傳(chuan)感器體(ti)積小，重量(liang)輕(qing)，功耗低(di)，不(bu)受磁(ci)(ci)場梯度影(ying)響，測(ce)量(liang)的靈敏度可達(da)0.01nT，并且可以和磁(ci)(ci)秤混合使用(yong)(yong)。該(gai)裝(zhuang)置已普遍應用(yong)(yong)于航(hang)空、地(di)面(mian)、測(ce)井等方(fang)面(mian)的磁(ci)(ci)法(fa)勘探工作中。在(zai)軍事上(shang)，也可用(yong)(yong)于尋找地(di)下武器（炮(pao)彈、地(di)雷等）和反潛。還可用(yong)(yong)于預(yu)報天然(ran)地(di)震及空間磁(ci)(ci)測(ce)等。
3. 巨磁阻元(yuan)件(jian)
物質(zhi)在(zai)一(yi)(yi)定(ding)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場作(zuo)用下(xia)電(dian)(dian)阻(zu)(zu)發生改變的(de)(de)(de)現(xian)象，稱為(wei)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)阻(zu)(zu)效(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)。磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)性金屬和(he)合金材(cai)料一(yi)(yi)般都有這種現(xian)象。一(yi)(yi)般情況下(xia)，物質(zhi)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)阻(zu)(zu)率在(zai)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場中(zhong)僅(jin)發生微(wei)小(xiao)的(de)(de)(de)變化，但在(zai)某種條件(jian)下(xia)，電(dian)(dian)阻(zu)(zu)變化的(de)(de)(de)幅度相(xiang)當大(da)，比通常(chang)情況下(xia)高十(shi)余倍，稱為(wei)巨磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)阻(zu)(zu)效(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)（GMR）。這種效(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)來自于(yu)載流電(dian)(dian)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)不同自旋狀(zhuang)(zhuang)態(tai)與磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場的(de)(de)(de)作(zuo)用不同，因而導致電(dian)(dian)阻(zu)(zu)值(zhi)的(de)(de)(de)變化。GMR是一(yi)(yi)個量(liang)子(zi)(zi)力學(xue)效(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)，它是在(zai)層(ceng)狀(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)性薄膜結構中(zhong)觀察(cha)到(dao)的(de)(de)(de)，這種結構由鐵(tie)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)料和(he)非磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)料薄層(ceng)交替疊(die)合而成。當鐵(tie)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)層(ceng)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)矩相(xiang)互平行(xing)時(shi)，載流子(zi)(zi)與自旋有關的(de)(de)(de)散射最(zui)小(xiao)，材(cai)料有最(zui)小(xiao)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)阻(zu)(zu)。當鐵(tie)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)層(ceng)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)矩為(wei)反向平行(xing)時(shi)，與自旋有關的(de)(de)(de)散射最(zui)強，材(cai)料的(de)(de)(de)電(dian)(dian)阻(zu)(zu)最(zui)大(da)。
構成(cheng)GMR磁頭和傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器的(de)(de)(de)(de)核(he)心(xin)元件是(shi)自(zi)旋閥（spin valve）元件。它的(de)(de)(de)(de)基本結(jie)構是(shi)由釘扎(zha)(zha)磁性(xing)(xing)層(ceng)(ceng)（如Co）、Cu間隔層(ceng)(ceng)和自(zi)由磁性(xing)(xing)層(ceng)(ceng)（如NiFe等(deng)(deng)易(yi)磁化層(ceng)(ceng)）組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)多層(ceng)(ceng)膜。由于釘扎(zha)(zha)磁性(xing)(xing)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)磁矩(ju)與自(zi)由磁性(xing)(xing)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)磁矩(ju)之間的(de)(de)(de)(de)夾角發生變化會導(dao)致SV-GMR元件的(de)(de)(de)(de)電(dian)阻值改變，進而使輸出電(dian)流發生變化。運用(yong)SV-GMR元件的(de)(de)(de)(de)磁傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器，其(qi)檢測(ce)(ce)靈敏度比使用(yong)MR元件的(de)(de)(de)(de)高(gao)幾個數(shu)量級，更(geng)(geng)容(rong)易(yi)集(ji)成(cheng)化，封裝尺寸更(geng)(geng)小，可靠性(xing)(xing)更(geng)(geng)高(gao)。它不僅可以(yi)取(qu)代以(yi)前的(de)(de)(de)(de)MR傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器，還可以(yi)制成(cheng)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器陣列，實現智能化，用(yong)來表述通(tong)行車輛、飛(fei)機(ji)機(ji)翼(yi)、建筑防護裝置或管道系統中隱蔽缺陷的(de)(de)(de)(de)特征，跟蹤地磁場的(de)(de)(de)(de)異常(chang)現象等(deng)(deng)。當前，GMR傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器已在液壓(ya)氣缸位(wei)置傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)、真(zhen)假紙幣識別(bie)、軸承編碼、電(dian)流檢測(ce)(ce)與控制、旋轉位(wei)置檢測(ce)(ce)、車輛通(tong)行情況檢測(ce)(ce)等(deng)(deng)領域得到應用(yong)。
4. 霍(huo)爾元件
霍爾(er)元(yuan)件在漏磁檢測(ce)中(zhong)應(ying)用(yong)較為(wei)廣(guang)泛。霍爾(er)元(yuan)件是由半(ban)導體材(cai)料制成的(de)一(yi)種晶(jing)體。當(dang)給晶(jing)體材(cai)料通(tong)以電流并(bing)置(zhi)于磁場之中(zhong)時，在晶(jing)體的(de)兩面就會(hui)產(chan)生電壓(ya)，電壓(ya)的(de)大小與磁場強度(du)成正比關系。
固體導電(dian)材料幾乎可以使電(dian)子暢通無阻地流(liu)(liu)過，就像(xiang)傳統的臺球模型演示的那樣，晶體點陣上的離子不會使傳導電(dian)子發生(sheng)折(zhe)射。當電(dian)流(liu)(liu)由晶體的一(yi)端輸(shu)入時(shi)，電(dian)子或(huo)者相互(hu)之間(jian)發生(sheng)折(zhe)射，或(huo)者向著(zhu)晶體的另一(yi)端折(zhe)射。
根(gen)據固體(ti)物理(li)理(li)論可(ke)知，晶體(ti)上的電(dian)壓Vh為(wei)： Vh=RhIBz/b (3-3)
式中(zhong)，1為(wei)所使用(yong)的電(dian)流；Bz為(wei)磁場強(qiang)度在垂直于電(dian)流方向(xiang)上的分量；b為(wei)晶(jing)體在磁場方向(xiang)上的厚度；Rh為(wei)霍爾(er)系數(shu)。
一般(ban)情(qing)況(kuang)下，如(ru)果(guo)晶體與磁場B之間成一定夾角(jiao)，則 B2=Beosθ。
由金(jin)屬(shu)(shu)制成的霍(huo)爾元(yuan)(yuan)件(jian)并不是最好的，因為金(jin)屬(shu)(shu)的霍(huo)爾系數都很低。根據霍(huo)爾元(yuan)(yuan)件(jian)工作(zuo)原(yuan)理，霍(huo)爾系數越大，霍(huo)爾電壓(ya)也就越高。因此，在(zai)制作(zuo)霍(huo)爾元(yuan)(yuan)件(jian)時，一般(ban)選用元(yuan)(yuan)素周期表中第II和第IV族(zu)元(yuan)(yuan)素混合制作(zuo)，而且其(qi)對溫度(du)的變化也最不敏感。此區域(yu)的元(yuan)(yuan)素，載流子(zi)一般(ban)為空位(wei)而不是電子(zi)。
5. 感應線(xian)圈
感(gan)應(ying)線(xian)圈是鋼(gang)管漏磁(ci)檢測(ce)中應(ying)用最為(wei)廣泛的磁(ci)敏傳感(gan)器，主(zhu)要(yao)有水平和(he)垂直線(xian)圈兩種布(bu)置方式，如圖(tu)3-2所示。根據提(ti)離(li)效(xiao)應(ying)和(he)法(fa)拉(la)第(di)電磁(ci)感(gan)應(ying)定律，為(wei)了使檢測(ce)信號與缺陷特(te)征(zheng)之間(jian)具有良好的對應(ying)關系，感(gan)應(ying)線(xian)圈提(ti)離(li)距離(li)以及掃查速度應(ying)盡量保持恒定。
水平(ping)線圈(quan)以速度v穿越缺陷上部(bu)漏磁(ci)場時所產生的(de)感(gan)應(ying)(ying)電動(dong)(dong)(dong)勢應(ying)(ying)為(wei)線圈(quan)前(qian)沿和尾(wei)部(bu)感(gan)應(ying)(ying)電動(dong)(dong)(dong)勢之差。設線圈(quan)長度為(wei)l、寬度為(wei)2w、提(ti)離(li)值為(wei)h1、匝數為(wei)，線圈(quan)前(qian)沿產生電動(dong)(dong)(dong)勢為(wei)SueR，線圈(quan)尾(wei)部(bu)產生電動(dong)(dong)(dong)勢為(wei)eL，線圈(quan)產生感(gan)應(ying)(ying)電動(dong)(dong)(dong)勢為(wei)Δe，根據法拉第(di)電磁(ci)感(gan)應(ying)(ying)定律可得
此(ci)外，從圖3-3中(zhong)可以(yi)看出(chu)(chu)，水平線(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)輸出(chu)(chu)感(gan)應(ying)電(dian)(dian)動勢本質為處(chu)于同一(yi)提離高(gao)度(du)的前后導(dao)線(xian)(xian)(xian)(xian)在同一(yi)時(shi)刻的電(dian)(dian)動勢差(cha)動輸出(chu)(chu)。因此(ci)，感(gan)應(ying)線(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)電(dian)(dian)動勢輸出(chu)(chu)與(yu)線(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)寬(kuan)度(du)有關(guan)，并存在最佳寬(kuan)度(du)使得(de)線(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)輸出(chu)(chu)最大(da)感(gan)應(ying)電(dian)(dian)動勢。此(ci)時(shi)，線(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)運動至缺陷中(zhong)間(jian)位(wei)置(zhi)，并且前沿(yan)產生(sheng)正向極值電(dian)(dian)動勢而尾部產生(sheng)反(fan)向極值電(dian)(dian)動勢，經過(guo)差(cha)動后可獲(huo)(huo)取最高(gao)感(gan)應(ying)電(dian)(dian)動勢輸出(chu)(chu)。根據(ju)式（3-11），當(dang)x=0時(shi)，可獲(huo)(huo)得(de)感(gan)應(ying)線(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)位(wei)于缺陷中(zhong)間(jian)位(wei)置(zhi)時(shi)電(dian)(dian)動勢Δeo與(yu)線(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)寬(kuan)度(du)參數w的關(guan)系式Δeo(w)，即(ji)
同樣，設置缺(que)陷寬度(du)2b為(wei)0.5mm，深度(du)d為(wei)0.75mm以(yi)及(ji)感(gan)(gan)應(ying)(ying)線(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)提離高度(du)h1為(wei)0.25mm，根據(ju)式（3-13）可(ke)獲得(de)最佳(jia)線(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)寬度(du)參(can)數wo為(wei)0.3253mm。根據(ju)線(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)最佳(jia)寬度(du)參(can)數重(zhong)新計算感(gan)(gan)應(ying)(ying)線(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)前沿、尾部以(yi)及(ji)整體輸(shu)(shu)出(chu)感(gan)(gan)應(ying)(ying)電動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)曲線(xian)(xian)(xian)(xian)，如圖3-4所(suo)示。從圖中(zhong)可(ke)以(yi)看出(chu)，當線(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)移動(dong)(dong)(dong)到缺(que)陷正上(shang)方時(shi)，線(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)前沿感(gan)(gan)應(ying)(ying)電動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)輸(shu)(shu)出(chu)極小值而尾部輸(shu)(shu)出(chu)極大值，經差動(dong)(dong)(dong)后水(shui)平線(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)輸(shu)(shu)出(chu)電動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)達到最大值。檢(jian)測(ce)線(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)的最優(you)寬度(du)參(can)數與缺(que)陷尺寸和傳感(gan)(gan)器提離值有關。在(zai)實際生(sheng)產(chan)過程中(zhong)，可(ke)根據(ju)鋼管軋制(zhi)過程中(zhong)產(chan)生(sheng)的自然缺(que)陷特征對(dui)檢(jian)測(ce)線(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)寬度(du)進行優(you)化設計，以(yi)達到最佳(jia)的檢(jian)測(ce)效(xiao)果。
下(xia)面進一步討論垂直線圈漏磁信號(hao)輸出特性(xing)。
如圖3-5所(suo)示，垂直線(xian)圈(quan)(quan)以速度，穿越(yue)缺(que)陷上部(bu)(bu)漏磁(ci)場時所(suo)產生的電(dian)(dian)(dian)動勢(shi)輸(shu)出應(ying)為(wei)(wei)(wei)(wei)線(xian)圈(quan)(quan)頂部(bu)(bu)和底部(bu)(bu)感(gan)應(ying)電(dian)(dian)(dian)動勢(shi)之差。設(she)線(xian)圈(quan)(quan)長度為(wei)(wei)(wei)(wei)l、匝(za)數為(wei)(wei)(wei)(wei)、寬度為(wei)(wei)(wei)(wei)2w、中心(xin)提離值為(wei)(wei)(wei)(wei)，線(xian)圈(quan)(quan)頂部(bu)(bu)產生電(dian)(dian)(dian)動勢(shi)為(wei)(wei)(wei)(wei)er，線(xian)圈(quan)(quan)底部(bu)(bu)產生電(dian)(dian)(dian)動勢(shi)為(wei)(wei)(wei)(wei)eB，線(xian)圈(quan)(quan)產生整體感(gan)應(ying)電(dian)(dian)(dian)動勢(shi)為(wei)(wei)(wei)(wei)Δe，根據法拉第電(dian)(dian)(dian)磁(ci)感(gan)應(ying)定律(lv)可(ke)得
從圖3-5中(zhong)可以看出，eт、eB和e三者波形相似，垂直線(xian)(xian)圈輸(shu)(shu)(shu)出感應(ying)電(dian)動(dong)勢本(ben)質為(wei)上下兩(liang)根導線(xian)(xian)在同一時(shi)刻的(de)(de)電(dian)動(dong)勢差動(dong)輸(shu)(shu)(shu)出。在缺(que)陷(xian)中(zhong)心位(wei)置，垂直線(xian)(xian)圈感應(ying)電(dian)動(dong)勢輸(shu)(shu)(shu)出為(wei)零，而在缺(que)陷(xian)兩(liang)端附近感應(ying)電(dian)動(dong)勢具有最(zui)大輸(shu)(shu)(shu)出值。垂直線(xian)(xian)圈頂部和底部距離越(yue)(yue)大，整體感應(ying)電(dian)動(dong)勢輸(shu)(shu)(shu)出越(yue)(yue)大。因此，在條(tiao)件允許(xu)的(de)(de)情況(kuang)下，垂直線(xian)(xian)圈應(ying)盡量貼近鋼(gang)管表面(mian)并可通過(guo)增大線(xian)(xian)圈的(de)(de)寬(kuan)度(du)(du)來提(ti)高電(dian)動(dong)勢輸(shu)(shu)(shu)出。但在設計線(xian)(xian)圈寬(kuan)度(du)(du)時(shi)必須(xu)考慮(lv)背(bei)景噪(zao)聲(sheng)的(de)(de)影(ying)響，垂直線(xian)(xian)圈寬(kuan)度(du)(du)越(yue)(yue)大，線(xian)(xian)圈包(bao)含的(de)(de)背(bei)景噪(zao)聲(sheng)越(yue)(yue)多，從而會降低(di)缺(que)陷(xian)漏(lou)磁信號的(de)(de)信噪(zao)比。
