漏(lou)磁場有兩種拾(shi)取(qu)方(fang)法，既可(ke)以(yi)測量漏(lou)磁感應強(qiang)度的(de)絕(jue)對值，也可(ke)以(yi)測量漏(lou)磁感應強(qiang)度的(de)梯度值。

  磁(ci)(ci)場傳感(gan)器的(de)(de)作(zuo)用(yong)是將磁(ci)(ci)場轉(zhuan)換為電信號。按(an)原理(li)可分為體效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)元(yuan)件(jian)(jian)(jian)、面效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)元(yuan)件(jian)(jian)(jian)、P-N節注入(ru)和表(biao)面復合(he)(he)效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)元(yuan)件(jian)(jian)(jian)、量(liang)子效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)元(yuan)件(jian)(jian)(jian)、磁(ci)(ci)致伸縮效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)元(yuan)件(jian)(jian)(jian)和光纖磁(ci)(ci)傳感(gan)器等(deng)。磁(ci)(ci)場傳感(gan)器都是建(jian)立(li)在各種(zhong)效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)和物理(li)現象的(de)(de)基礎之上的(de)(de)，表(biao)3-1給(gei)出(chu)了不同(tong)種(zhong)類磁(ci)(ci)場傳感(gan)器的(de)(de)測(ce)量(liang)范圍(wei)，它們的(de)(de)敏感(gan)范圍(wei)差(cha)異較大。在具體應(ying)(ying)用(yong)過(guo)程中，需要根據測(ce)量(liang)對象的(de)(de)特(te)點來選擇適合(he)(he)的(de)(de)傳感(gan)器。

  在不銹鋼管漏磁檢測中，常使用的有下列幾種磁敏傳感器。

1. 各向異性(xing)磁(ci)阻傳感器

  各(ge)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)異性(xing)磁(ci)(ci)(ci)(ci)阻(zu)傳感(gan)器 AMR（Anisotropic Magneto-Resistive sensors）由沉積(ji)在(zai)硅(gui)片上的(de)坡(po)莫合(he)金（Ni80Fe20）薄膜形(xing)成電(dian)阻(zu)，沉積(ji)時(shi)外(wai)加磁(ci)(ci)(ci)(ci)場，形(xing)成易磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)軸方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)。易磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)軸方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)是指各(ge)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)異性(xing)的(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)體能獲得(de)最(zui)(zui)佳磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)能的(de)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)，也就是無外(wai)界磁(ci)(ci)(ci)(ci)干擾時(shi)磁(ci)(ci)(ci)(ci)疇(chou)整(zheng)齊排(pai)列的(de)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)。鐵磁(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)料(liao)的(de)電(dian)阻(zu)與電(dian)流和磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)夾(jia)角有關，電(dian)流與磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)平行(xing)時(shi)電(dian)阻(zu)R最(zui)(zui)大，電(dian)流與磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)垂直時(shi)電(dian)阻(zu)Rmin最(zui)(zui)小(xiao)，電(dian)流與磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)成0角時(shi)，電(dian)阻(zu)可表(biao)示為

  R=Rmin+(Rmax-Rmin)cos2θ   (3-2)

  在磁(ci)阻傳感器中(zhong)，為了消除溫度(du)等外(wai)界(jie)因(yin)素(su)對輸出(chu)的(de)(de)影響，一般由4個相同的(de)(de)磁(ci)阻元(yuan)件構(gou)成惠斯通電橋。理論分析(xi)與實踐表明，采用(yong)45°偏(pian)置磁(ci)場(chang)，當沿與易磁(ci)化軸垂直的(de)(de)方向施加外(wai)磁(ci)場(chang)，且外(wai)磁(ci)場(chang)強度(du)不太大(da)時，電橋輸出(chu)與外(wai)加磁(ci)場(chang)強度(du)呈線性關(guan)系。

2. 磁(ci)通(tong)門

  磁(ci)通門傳感器又稱為磁(ci)飽和式磁(ci)敏傳感器，它是利(li)用某些高(gao)磁(ci)導率的(de)軟磁(ci)性材料（如坡莫合金）做(zuo)磁(ci)心，以其在交直流(liu)磁(ci)場作用下的(de)磁(ci)飽和特(te)性以及法拉第電磁(ci)感應原理研制的(de)磁(ci)場測量(liang)裝置。

  這(zhe)種磁敏(min)傳感器的(de)(de)(de)最大特(te)點(dian)是(shi)適合(he)測(ce)量(liang)(liang)零磁場附近的(de)(de)(de)弱磁場。傳感器體(ti)積小，重量(liang)(liang)輕，功耗低，不受磁場梯度影響，測(ce)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)靈敏(min)度可(ke)達0.01nT，并且可(ke)以和(he)磁秤混合(he)使(shi)用。該裝置已(yi)普遍應用于航空、地面、測(ce)井等(deng)(deng)方(fang)面的(de)(de)(de)磁法勘探工作中。在(zai)軍(jun)事上，也(ye)可(ke)用于尋找(zhao)地下(xia)武器（炮(pao)彈、地雷等(deng)(deng)）和(he)反潛。還可(ke)用于預報天然地震及空間磁測(ce)等(deng)(deng)。

3. 巨磁阻元件

  物質在一定(ding)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)作(zuo)用下(xia)電(dian)阻(zu)(zu)發生改變(bian)的(de)(de)現象，稱(cheng)為磁(ci)(ci)(ci)阻(zu)(zu)效(xiao)應(ying)。磁(ci)(ci)(ci)性金屬和合金材料(liao)(liao)(liao)一般(ban)都有(you)這(zhe)種(zhong)(zhong)現象。一般(ban)情況下(xia)，物質的(de)(de)電(dian)阻(zu)(zu)率(lv)在磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)中僅(jin)發生微小(xiao)的(de)(de)變(bian)化(hua)，但在某種(zhong)(zhong)條件下(xia)，電(dian)阻(zu)(zu)變(bian)化(hua)的(de)(de)幅度相當(dang)(dang)大(da)，比通常情況下(xia)高十(shi)余(yu)倍(bei)，稱(cheng)為巨磁(ci)(ci)(ci)阻(zu)(zu)效(xiao)應(ying)（GMR）。這(zhe)種(zhong)(zhong)效(xiao)應(ying)來自(zi)(zi)于載(zai)流電(dian)子(zi)的(de)(de)不同自(zi)(zi)旋(xuan)狀態(tai)與(yu)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)的(de)(de)作(zuo)用不同，因而(er)(er)導致(zhi)電(dian)阻(zu)(zu)值的(de)(de)變(bian)化(hua)。GMR是(shi)一個量子(zi)力(li)學效(xiao)應(ying)，它是(shi)在層(ceng)狀的(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)性薄膜結(jie)構中觀察到的(de)(de)，這(zhe)種(zhong)(zhong)結(jie)構由鐵磁(ci)(ci)(ci)材料(liao)(liao)(liao)和非磁(ci)(ci)(ci)材料(liao)(liao)(liao)薄層(ceng)交(jiao)替(ti)疊合而(er)(er)成。當(dang)(dang)鐵磁(ci)(ci)(ci)層(ceng)的(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)矩相互(hu)平行時，載(zai)流子(zi)與(yu)自(zi)(zi)旋(xuan)有(you)關的(de)(de)散(san)射最(zui)小(xiao)，材料(liao)(liao)(liao)有(you)最(zui)小(xiao)的(de)(de)電(dian)阻(zu)(zu)。當(dang)(dang)鐵磁(ci)(ci)(ci)層(ceng)的(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)矩為反向平行時，與(yu)自(zi)(zi)旋(xuan)有(you)關的(de)(de)散(san)射最(zui)強(qiang)，材料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)電(dian)阻(zu)(zu)最(zui)大(da)。

  構成(cheng)(cheng)GMR磁(ci)(ci)(ci)(ci)頭和(he)傳(chuan)感(gan)器的(de)(de)(de)(de)核(he)心元(yuan)件(jian)(jian)是(shi)自旋(xuan)閥（spin valve）元(yuan)件(jian)(jian)。它的(de)(de)(de)(de)基本結構是(shi)由(you)(you)釘(ding)扎磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)層(ceng)（如Co）、Cu間隔層(ceng)和(he)自由(you)(you)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)層(ceng)（如NiFe等(deng)(deng)易磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)層(ceng)）組(zu)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)多層(ceng)膜。由(you)(you)于釘(ding)扎磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)矩(ju)與自由(you)(you)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)矩(ju)之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)夾角發生(sheng)變化(hua)會(hui)導致(zhi)SV-GMR元(yuan)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)電阻(zu)值改變，進而(er)使(shi)輸出電流發生(sheng)變化(hua)。運用(yong)(yong)SV-GMR元(yuan)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)傳(chuan)感(gan)器，其檢(jian)(jian)測(ce)靈敏度比使(shi)用(yong)(yong)MR元(yuan)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)高(gao)幾個數量級，更容易集成(cheng)(cheng)化(hua)，封(feng)裝尺寸更小，可靠性(xing)更高(gao)。它不僅可以取代(dai)以前的(de)(de)(de)(de)MR傳(chuan)感(gan)器，還可以制成(cheng)(cheng)傳(chuan)感(gan)器陣列，實現(xian)智能化(hua)，用(yong)(yong)來表述通行車輛(liang)、飛機(ji)機(ji)翼、建筑(zhu)防護(hu)裝置(zhi)或管道系統中隱蔽缺陷的(de)(de)(de)(de)特征，跟蹤地磁(ci)(ci)(ci)(ci)場的(de)(de)(de)(de)異(yi)常現(xian)象等(deng)(deng)。當(dang)前，GMR傳(chuan)感(gan)器已在(zai)液壓氣缸位置(zhi)傳(chuan)感(gan)、真(zhen)假紙(zhi)幣(bi)識別(bie)、軸(zhou)承(cheng)編(bian)碼、電流檢(jian)(jian)測(ce)與控制、旋(xuan)轉位置(zhi)檢(jian)(jian)測(ce)、車輛(liang)通行情(qing)況(kuang)檢(jian)(jian)測(ce)等(deng)(deng)領(ling)域得(de)到(dao)應用(yong)(yong)。

4. 霍爾(er)元件

  霍爾(er)元件(jian)在(zai)漏磁檢測中應(ying)用較(jiao)為廣泛。霍爾(er)元件(jian)是由半導體(ti)材料(liao)制成(cheng)的一種晶體(ti)。當(dang)給晶體(ti)材料(liao)通(tong)以電(dian)流并(bing)置于(yu)磁場之中時，在(zai)晶體(ti)的兩面(mian)就會產生電(dian)壓，電(dian)壓的大小與磁場強(qiang)度(du)成(cheng)正(zheng)比關系。

  固體導電(dian)(dian)材料幾乎(hu)可以使(shi)電(dian)(dian)子(zi)暢通無阻地流過，就像傳統的(de)臺球模型演(yan)示的(de)那樣，晶(jing)(jing)體點陣上的(de)離(li)子(zi)不(bu)會使(shi)傳導電(dian)(dian)子(zi)發生折(zhe)射。當(dang)電(dian)(dian)流由晶(jing)(jing)體的(de)一端(duan)輸入時，電(dian)(dian)子(zi)或者相(xiang)互(hu)之(zhi)間發生折(zhe)射，或者向著晶(jing)(jing)體的(de)另一端(duan)折(zhe)射。

  根據固體物(wu)理(li)理(li)論可知，晶體上的電壓Vh為(wei)： Vh=RhIBz/b  (3-3)

  式中，1為(wei)所使用的(de)電流(liu)；Bz為(wei)磁(ci)場強度在垂直于電流(liu)方向上(shang)的(de)分量；b為(wei)晶體(ti)在磁(ci)場方向上(shang)的(de)厚度；Rh為(wei)霍爾系(xi)數(shu)。

  一般情況下，如果(guo)晶體與磁場B之間(jian)成(cheng)一定夾角，則 B2=Beosθ。

  由金(jin)屬制成的(de)霍(huo)(huo)(huo)爾(er)元(yuan)件并不是最好的(de)，因(yin)為金(jin)屬的(de)霍(huo)(huo)(huo)爾(er)系數都很低。根據霍(huo)(huo)(huo)爾(er)元(yuan)件工作原理，霍(huo)(huo)(huo)爾(er)系數越(yue)大，霍(huo)(huo)(huo)爾(er)電壓也(ye)就越(yue)高。因(yin)此，在制作霍(huo)(huo)(huo)爾(er)元(yuan)件時，一(yi)(yi)般選(xuan)用元(yuan)素(su)周期表中第II和第IV族(zu)元(yuan)素(su)混合制作，而且其(qi)對(dui)溫度的(de)變化(hua)也(ye)最不敏(min)感。此區域的(de)元(yuan)素(su)，載(zai)流子一(yi)(yi)般為空(kong)位而不是電子。

5. 感應(ying)線圈

  感(gan)(gan)應(ying)線圈是鋼管漏磁檢測中應(ying)用最(zui)為廣泛的磁敏傳感(gan)(gan)器，主要有水平(ping)和(he)垂直線圈兩種布置(zhi)方(fang)式，如圖3-2所(suo)示。根據(ju)提離(li)效應(ying)和(he)法拉第電磁感(gan)(gan)應(ying)定(ding)律，為了使檢測信號與缺陷特征之間(jian)具(ju)有良(liang)好的對(dui)應(ying)關(guan)系(xi)，感(gan)(gan)應(ying)線圈提離(li)距(ju)離(li)以及掃查速度(du)應(ying)盡(jin)量保持恒定(ding)。

  水平(ping)線(xian)(xian)圈(quan)以速度v穿越缺陷上部漏(lou)磁(ci)場(chang)時所產生(sheng)的感應(ying)電(dian)(dian)(dian)動(dong)勢(shi)應(ying)為(wei)線(xian)(xian)圈(quan)前沿(yan)和(he)尾(wei)部感應(ying)電(dian)(dian)(dian)動(dong)勢(shi)之差。設線(xian)(xian)圈(quan)長度為(wei)l、寬度為(wei)2w、提離(li)值為(wei)h1、匝(za)數為(wei)，線(xian)(xian)圈(quan)前沿(yan)產生(sheng)電(dian)(dian)(dian)動(dong)勢(shi)為(wei)SueR，線(xian)(xian)圈(quan)尾(wei)部產生(sheng)電(dian)(dian)(dian)動(dong)勢(shi)為(wei)eL，線(xian)(xian)圈(quan)產生(sheng)感應(ying)電(dian)(dian)(dian)動(dong)勢(shi)為(wei)Δe，根據法拉第(di)電(dian)(dian)(dian)磁(ci)感應(ying)定律可(ke)得(de)

  此外(wai)，從圖3-3中(zhong)可(ke)以看出，水平線圈(quan)輸(shu)出感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)(shi)本質(zhi)為處(chu)于同一提(ti)離(li)高度(du)的前(qian)后導線在(zai)同一時(shi)刻的電(dian)動(dong)勢(shi)(shi)差動(dong)輸(shu)出。因此，感(gan)應(ying)線圈(quan)電(dian)動(dong)勢(shi)(shi)輸(shu)出與線圈(quan)寬(kuan)度(du)有關，并(bing)存(cun)在(zai)最佳寬(kuan)度(du)使得(de)線圈(quan)輸(shu)出最大(da)感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)(shi)。此時(shi)，線圈(quan)運動(dong)至缺陷(xian)中(zhong)間(jian)位置，并(bing)且(qie)前(qian)沿產(chan)生(sheng)正(zheng)向極(ji)值電(dian)動(dong)勢(shi)(shi)而尾部產(chan)生(sheng)反向極(ji)值電(dian)動(dong)勢(shi)(shi)，經(jing)過差動(dong)后可(ke)獲取最高感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)(shi)輸(shu)出。根(gen)據式(shi)（3-11），當x=0時(shi)，可(ke)獲得(de)感(gan)應(ying)線圈(quan)位于缺陷(xian)中(zhong)間(jian)位置時(shi)電(dian)動(dong)勢(shi)(shi)Δeo與線圈(quan)寬(kuan)度(du)參數w的關系(xi)式(shi)Δeo(w)，即

  同樣(yang)，設置缺(que)陷(xian)寬(kuan)度(du)2b為(wei)0.5mm，深度(du)d為(wei)0.75mm以(yi)及感(gan)應(ying)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)提(ti)(ti)離高度(du)h1為(wei)0.25mm，根據式（3-13）可(ke)獲得最(zui)(zui)佳線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)寬(kuan)度(du)參(can)(can)數(shu)wo為(wei)0.3253mm。根據線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)最(zui)(zui)佳寬(kuan)度(du)參(can)(can)數(shu)重(zhong)新計算感(gan)應(ying)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)前沿、尾(wei)部以(yi)及整體輸出(chu)感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢曲線(xian)(xian)，如圖3-4所示(shi)。從圖中(zhong)可(ke)以(yi)看出(chu)，當(dang)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)移(yi)動(dong)到(dao)缺(que)陷(xian)正上方時(shi)，線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)前沿感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢輸出(chu)極(ji)小值(zhi)而(er)尾(wei)部輸出(chu)極(ji)大(da)值(zhi)，經差動(dong)后水(shui)平線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)輸出(chu)電(dian)動(dong)勢達(da)到(dao)最(zui)(zui)大(da)值(zhi)。檢(jian)測(ce)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)的(de)(de)最(zui)(zui)優寬(kuan)度(du)參(can)(can)數(shu)與(yu)缺(que)陷(xian)尺寸和傳感(gan)器提(ti)(ti)離值(zhi)有關。在實際生產過(guo)程(cheng)中(zhong)，可(ke)根據鋼管軋制過(guo)程(cheng)中(zhong)產生的(de)(de)自(zi)然缺(que)陷(xian)特征對檢(jian)測(ce)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)寬(kuan)度(du)進行優化設計，以(yi)達(da)到(dao)最(zui)(zui)佳的(de)(de)檢(jian)測(ce)效果。

  下(xia)面進一步討論垂直線圈漏磁信號(hao)輸出(chu)特性。

  如圖(tu)3-5所示，垂直(zhi)線(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)以速度(du)，穿越缺(que)陷上部(bu)漏磁(ci)場時(shi)所產(chan)生(sheng)的電動(dong)勢輸(shu)出應為(wei)(wei)線(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)頂部(bu)和底部(bu)感應電動(dong)勢之差。設線(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)長度(du)為(wei)(wei)l、匝數為(wei)(wei)、寬度(du)為(wei)(wei)2w、中心提離值為(wei)(wei)，線(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)頂部(bu)產(chan)生(sheng)電動(dong)勢為(wei)(wei)er，線(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)底部(bu)產(chan)生(sheng)電動(dong)勢為(wei)(wei)eB，線(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)產(chan)生(sheng)整(zheng)體感應電動(dong)勢為(wei)(wei)Δe，根據法(fa)拉第電磁(ci)感應定律可(ke)得

  從圖3-5中(zhong)可以(yi)看出，eт、eB和(he)e三者波形(xing)相似，垂直(zhi)(zhi)線(xian)圈(quan)(quan)輸出感應(ying)電(dian)動勢(shi)本質(zhi)為上下兩根導線(xian)在同一時(shi)刻的(de)電(dian)動勢(shi)差動輸出。在缺陷(xian)中(zhong)心(xin)位置，垂直(zhi)(zhi)線(xian)圈(quan)(quan)感應(ying)電(dian)動勢(shi)輸出為零，而在缺陷(xian)兩端附近(jin)感應(ying)電(dian)動勢(shi)具有最(zui)大輸出值(zhi)。垂直(zhi)(zhi)線(xian)圈(quan)(quan)頂(ding)部(bu)和(he)底(di)部(bu)距離越(yue)(yue)大，整(zheng)體感應(ying)電(dian)動勢(shi)輸出越(yue)(yue)大。因此，在條件(jian)允許的(de)情況下，垂直(zhi)(zhi)線(xian)圈(quan)(quan)應(ying)盡(jin)量貼近(jin)鋼管表面并可通過增大線(xian)圈(quan)(quan)的(de)寬度來(lai)提高電(dian)動勢(shi)輸出。但在設(she)計線(xian)圈(quan)(quan)寬度時(shi)必須考(kao)慮(lv)背景噪(zao)聲(sheng)的(de)影(ying)響(xiang)，垂直(zhi)(zhi)線(xian)圈(quan)(quan)寬度越(yue)(yue)大，線(xian)圈(quan)(quan)包含的(de)背景噪(zao)聲(sheng)越(yue)(yue)多，從而會(hui)降低缺陷(xian)漏磁信號的(de)信噪(zao)比。