漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)場有兩種拾取方法，既可以測量漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)感應(ying)(ying)強(qiang)度的絕對值，也(ye)可以測量漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)感應(ying)(ying)強(qiang)度的梯度值。
磁場(chang)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器的作用(yong)是將磁場(chang)轉換為(wei)(wei)電信號。按原理可分為(wei)(wei)體效(xiao)(xiao)應(ying)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)件、面(mian)效(xiao)(xiao)應(ying)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)件、P-N節(jie)注(zhu)入和(he)表(biao)面(mian)復合(he)效(xiao)(xiao)應(ying)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)件、量子效(xiao)(xiao)應(ying)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)件、磁致(zhi)伸縮效(xiao)(xiao)應(ying)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)件和(he)光纖磁傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器等。磁場(chang)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器都是建(jian)立(li)在各(ge)種效(xiao)(xiao)應(ying)和(he)物理現象(xiang)的基(ji)礎(chu)之上的，表(biao)3-1給出了不同種類(lei)磁場(chang)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器的測量范圍，它(ta)們(men)的敏感(gan)范圍差異較大(da)。在具體應(ying)用(yong)過程中，需要根據測量對象(xiang)的特(te)點(dian)來(lai)選(xuan)擇適合(he)的傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器。
在不銹(xiu)鋼管漏磁檢測中，常使用的有下列幾種磁敏傳感器。
1. 各向(xiang)異性磁阻傳感器
各向(xiang)(xiang)(xiang)異(yi)性(xing)磁(ci)(ci)(ci)阻傳感器(qi) AMR（Anisotropic Magneto-Resistive sensors）由沉積在硅片上的(de)坡莫合金（Ni80Fe20）薄膜形成(cheng)電阻，沉積時外加(jia)磁(ci)(ci)(ci)場，形成(cheng)易(yi)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)軸(zhou)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)。易(yi)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)軸(zhou)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)是指各向(xiang)(xiang)(xiang)異(yi)性(xing)的(de)磁(ci)(ci)(ci)體能獲得最佳磁(ci)(ci)(ci)性(xing)能的(de)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)，也就是無外界(jie)磁(ci)(ci)(ci)干擾時磁(ci)(ci)(ci)疇整齊排列的(de)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)。鐵磁(ci)(ci)(ci)材料的(de)電阻與(yu)電流(liu)(liu)和(he)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)的(de)夾角有關，電流(liu)(liu)與(yu)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)平行時電阻R最大，電流(liu)(liu)與(yu)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)垂(chui)直時電阻Rmin最小，電流(liu)(liu)與(yu)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)成(cheng)0角時，電阻可表示(shi)為
R=Rmin+(Rmax-Rmin)cos2θ (3-2)
在磁(ci)阻(zu)傳(chuan)感器中，為了(le)消(xiao)除溫度等外(wai)界因素對輸出的(de)影響(xiang)，一般由4個相同的(de)磁(ci)阻(zu)元件構(gou)成惠斯(si)通電(dian)橋(qiao)。理(li)論分析與實踐表明，采用45°偏(pian)置(zhi)磁(ci)場(chang)，當沿與易磁(ci)化軸垂直的(de)方(fang)向施加外(wai)磁(ci)場(chang)，且外(wai)磁(ci)場(chang)強度不(bu)太大時，電(dian)橋(qiao)輸出與外(wai)加磁(ci)場(chang)強度呈(cheng)線性關(guan)系。
2. 磁(ci)通門
磁(ci)通門傳感器又稱為磁(ci)飽和式(shi)磁(ci)敏傳感器，它是利用某些高磁(ci)導率的(de)軟磁(ci)性材(cai)料（如(ru)坡莫合金）做磁(ci)心，以其(qi)在交(jiao)直流磁(ci)場(chang)作用下的(de)磁(ci)飽和特性以及法拉(la)第電磁(ci)感應原理研制的(de)磁(ci)場(chang)測量(liang)裝置。
這種磁(ci)(ci)敏(min)傳感(gan)器(qi)的(de)最大特點是(shi)適合(he)測(ce)量(liang)零磁(ci)(ci)場(chang)附近的(de)弱磁(ci)(ci)場(chang)。傳感(gan)器(qi)體積小，重量(liang)輕(qing)，功(gong)耗低，不受磁(ci)(ci)場(chang)梯度(du)影響(xiang)，測(ce)量(liang)的(de)靈敏(min)度(du)可(ke)(ke)達0.01nT，并且(qie)可(ke)(ke)以和磁(ci)(ci)秤混合(he)使用(yong)(yong)(yong)(yong)。該裝置已(yi)普遍應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)于航空(kong)、地面、測(ce)井等方面的(de)磁(ci)(ci)法(fa)勘探工作(zuo)中。在(zai)軍事上，也(ye)可(ke)(ke)用(yong)(yong)(yong)(yong)于尋找(zhao)地下武器(qi)（炮彈(dan)、地雷(lei)等）和反(fan)潛。還(huan)可(ke)(ke)用(yong)(yong)(yong)(yong)于預報天然(ran)地震及(ji)空(kong)間磁(ci)(ci)測(ce)等。
3. 巨磁阻元件
物質在(zai)一(yi)定(ding)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場作用下(xia)電(dian)(dian)阻(zu)發生(sheng)改變(bian)(bian)的(de)(de)(de)(de)現象，稱(cheng)為(wei)磁(ci)(ci)(ci)(ci)阻(zu)效(xiao)應(ying)。磁(ci)(ci)(ci)(ci)性金屬和合金材(cai)料(liao)(liao)一(yi)般(ban)都有(you)這(zhe)種(zhong)現象。一(yi)般(ban)情況下(xia)，物質的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)阻(zu)率在(zai)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場中(zhong)僅發生(sheng)微小的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)化，但在(zai)某種(zhong)條件下(xia)，電(dian)(dian)阻(zu)變(bian)(bian)化的(de)(de)(de)(de)幅度(du)相當大，比通常(chang)情況下(xia)高十余倍，稱(cheng)為(wei)巨磁(ci)(ci)(ci)(ci)阻(zu)效(xiao)應(ying)（GMR）。這(zhe)種(zhong)效(xiao)應(ying)來(lai)自于載(zai)流電(dian)(dian)子(zi)的(de)(de)(de)(de)不同自旋(xuan)狀態與(yu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場的(de)(de)(de)(de)作用不同，因而導(dao)致電(dian)(dian)阻(zu)值的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)化。GMR是一(yi)個量子(zi)力學效(xiao)應(ying)，它是在(zai)層(ceng)狀的(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性薄膜結(jie)(jie)構中(zhong)觀察(cha)到(dao)的(de)(de)(de)(de)，這(zhe)種(zhong)結(jie)(jie)構由(you)鐵磁(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)料(liao)(liao)和非磁(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)料(liao)(liao)薄層(ceng)交替(ti)疊(die)合而成。當鐵磁(ci)(ci)(ci)(ci)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)矩(ju)相互平行時，載(zai)流子(zi)與(yu)自旋(xuan)有(you)關的(de)(de)(de)(de)散(san)(san)射(she)(she)最(zui)小，材(cai)料(liao)(liao)有(you)最(zui)小的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)阻(zu)。當鐵磁(ci)(ci)(ci)(ci)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)矩(ju)為(wei)反(fan)向平行時，與(yu)自旋(xuan)有(you)關的(de)(de)(de)(de)散(san)(san)射(she)(she)最(zui)強，材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)阻(zu)最(zui)大。
構成(cheng)GMR磁頭和傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)核心元件是自(zi)(zi)旋閥（spin valve）元件。它的(de)基本結構是由(you)釘扎磁性層(ceng)(ceng)（如Co）、Cu間(jian)隔層(ceng)(ceng)和自(zi)(zi)由(you)磁性層(ceng)(ceng)（如NiFe等易(yi)(yi)磁化(hua)層(ceng)(ceng)）組成(cheng)的(de)多(duo)層(ceng)(ceng)膜。由(you)于釘扎磁性層(ceng)(ceng)的(de)磁矩與(yu)自(zi)(zi)由(you)磁性層(ceng)(ceng)的(de)磁矩之(zhi)間(jian)的(de)夾角發(fa)生變化(hua)會(hui)導(dao)致(zhi)SV-GMR元件的(de)電(dian)阻值改變，進而使(shi)輸出電(dian)流(liu)(liu)發(fa)生變化(hua)。運用(yong)(yong)SV-GMR元件的(de)磁傳(chuan)感(gan)器(qi)，其檢(jian)測(ce)(ce)靈敏度比使(shi)用(yong)(yong)MR元件的(de)高幾(ji)個數(shu)量級，更容(rong)易(yi)(yi)集成(cheng)化(hua)，封裝尺寸更小(xiao)，可靠性更高。它不僅可以(yi)取(qu)代以(yi)前的(de)MR傳(chuan)感(gan)器(qi)，還(huan)可以(yi)制成(cheng)傳(chuan)感(gan)器(qi)陣列(lie)，實現智能(neng)化(hua)，用(yong)(yong)來表述通行車(che)輛(liang)、飛機機翼(yi)、建(jian)筑防(fang)護(hu)裝置(zhi)或管道(dao)系統中隱蔽缺陷的(de)特征(zheng)，跟蹤地磁場的(de)異(yi)常現象(xiang)等。當前，GMR傳(chuan)感(gan)器(qi)已(yi)在液壓(ya)氣(qi)缸(gang)位置(zhi)傳(chuan)感(gan)、真(zhen)假紙幣識(shi)別、軸承(cheng)編(bian)碼(ma)、電(dian)流(liu)(liu)檢(jian)測(ce)(ce)與(yu)控制、旋轉位置(zhi)檢(jian)測(ce)(ce)、車(che)輛(liang)通行情況(kuang)檢(jian)測(ce)(ce)等領域得到應用(yong)(yong)。
4. 霍爾元(yuan)件(jian)
霍(huo)爾元件(jian)在(zai)漏磁檢測(ce)中應用較(jiao)為(wei)廣泛(fan)。霍(huo)爾元件(jian)是(shi)由半(ban)導體(ti)(ti)材料(liao)制成(cheng)的一種晶體(ti)(ti)。當給晶體(ti)(ti)材料(liao)通以電流并(bing)置于磁場(chang)之(zhi)中時，在(zai)晶體(ti)(ti)的兩面(mian)就會產(chan)生電壓，電壓的大小與磁場(chang)強(qiang)度成(cheng)正比關系。
固體(ti)(ti)導電(dian)(dian)材(cai)料幾(ji)乎可以使電(dian)(dian)子(zi)暢通無阻地流(liu)過，就像傳(chuan)統(tong)的臺球模(mo)型演示的那樣，晶體(ti)(ti)點陣上(shang)的離子(zi)不(bu)會(hui)使傳(chuan)導電(dian)(dian)子(zi)發(fa)生折射。當電(dian)(dian)流(liu)由晶體(ti)(ti)的一(yi)端(duan)(duan)輸(shu)入時(shi)，電(dian)(dian)子(zi)或者相互之間(jian)發(fa)生折射，或者向(xiang)著晶體(ti)(ti)的另一(yi)端(duan)(duan)折射。
根據固體物理理論可知(zhi)，晶體上的電(dian)壓(ya)Vh為： Vh=RhIBz/b (3-3)
式(shi)中，1為(wei)所(suo)使用的(de)電(dian)流(liu)；Bz為(wei)磁(ci)場(chang)強度在垂直于電(dian)流(liu)方向(xiang)上的(de)分量；b為(wei)晶體在磁(ci)場(chang)方向(xiang)上的(de)厚度；Rh為(wei)霍爾系數。
一般情況下(xia)，如果(guo)晶(jing)體與磁(ci)場(chang)B之間成一定(ding)夾(jia)角，則 B2=Beosθ。
由金屬制(zhi)成(cheng)的(de)霍(huo)(huo)爾(er)(er)元(yuan)(yuan)(yuan)件(jian)并不是(shi)最好的(de)，因為金屬的(de)霍(huo)(huo)爾(er)(er)系數(shu)都(dou)很低。根據(ju)霍(huo)(huo)爾(er)(er)元(yuan)(yuan)(yuan)件(jian)工(gong)作原理，霍(huo)(huo)爾(er)(er)系數(shu)越大，霍(huo)(huo)爾(er)(er)電壓也就越高。因此(ci)，在制(zhi)作霍(huo)(huo)爾(er)(er)元(yuan)(yuan)(yuan)件(jian)時，一(yi)般選用(yong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)周期(qi)表(biao)中(zhong)第II和第IV族元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)混合制(zhi)作，而且其(qi)對(dui)溫度的(de)變化(hua)也最不敏感(gan)。此(ci)區域的(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)，載流子一(yi)般為空(kong)位而不是(shi)電子。
5. 感(gan)應(ying)線圈
感應(ying)線圈是(shi)鋼(gang)管漏磁檢測(ce)中應(ying)用最為廣泛的(de)磁敏傳(chuan)感器，主要有(you)(you)水平和垂直線圈兩種布(bu)置方式(shi)，如(ru)圖3-2所(suo)示(shi)。根據(ju)提離效應(ying)和法拉(la)第(di)電磁感應(ying)定律，為了使(shi)檢測(ce)信號與缺陷特(te)征(zheng)之間具有(you)(you)良好的(de)對應(ying)關系，感應(ying)線圈提離距(ju)離以及掃查速(su)度(du)應(ying)盡量保持恒(heng)定。
水(shui)平線(xian)圈(quan)以速度(du)(du)v穿越缺陷(xian)上部(bu)(bu)漏磁(ci)場時所產(chan)生(sheng)的感(gan)(gan)應電動勢(shi)應為(wei)線(xian)圈(quan)前沿(yan)和尾(wei)部(bu)(bu)感(gan)(gan)應電動勢(shi)之差。設線(xian)圈(quan)長度(du)(du)為(wei)l、寬(kuan)度(du)(du)為(wei)2w、提(ti)離值為(wei)h1、匝數(shu)為(wei)，線(xian)圈(quan)前沿(yan)產(chan)生(sheng)電動勢(shi)為(wei)SueR，線(xian)圈(quan)尾(wei)部(bu)(bu)產(chan)生(sheng)電動勢(shi)為(wei)eL，線(xian)圈(quan)產(chan)生(sheng)感(gan)(gan)應電動勢(shi)為(wei)Δe，根(gen)據法(fa)拉第電磁(ci)感(gan)(gan)應定律(lv)可得
此(ci)外，從圖3-3中(zhong)可(ke)以看出(chu)，水平(ping)線圈(quan)輸(shu)出(chu)感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)(shi)本質為處于(yu)同一(yi)提離高度(du)的前后(hou)導(dao)線在同一(yi)時刻(ke)的電(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)(shi)差動(dong)(dong)(dong)輸(shu)出(chu)。因此(ci)，感(gan)應(ying)線圈(quan)電(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)(shi)輸(shu)出(chu)與線圈(quan)寬(kuan)度(du)有關，并(bing)存在最佳寬(kuan)度(du)使得(de)線圈(quan)輸(shu)出(chu)最大感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)(shi)。此(ci)時，線圈(quan)運動(dong)(dong)(dong)至缺陷中(zhong)間位(wei)(wei)置，并(bing)且前沿產生正向(xiang)極值電(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)(shi)而尾(wei)部產生反向(xiang)極值電(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)(shi)，經過差動(dong)(dong)(dong)后(hou)可(ke)獲取最高感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)(shi)輸(shu)出(chu)。根(gen)據(ju)式（3-11），當x=0時，可(ke)獲得(de)感(gan)應(ying)線圈(quan)位(wei)(wei)于(yu)缺陷中(zhong)間位(wei)(wei)置時電(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)(shi)Δeo與線圈(quan)寬(kuan)度(du)參數w的關系式Δeo(w)，即
同樣，設(she)置缺陷(xian)寬度(du)(du)(du)2b為(wei)(wei)0.5mm，深度(du)(du)(du)d為(wei)(wei)0.75mm以及感(gan)(gan)應(ying)(ying)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)提離高度(du)(du)(du)h1為(wei)(wei)0.25mm，根(gen)據式（3-13）可獲得最(zui)(zui)佳線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)寬度(du)(du)(du)參(can)(can)數wo為(wei)(wei)0.3253mm。根(gen)據線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)最(zui)(zui)佳寬度(du)(du)(du)參(can)(can)數重新(xin)計算(suan)感(gan)(gan)應(ying)(ying)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)前沿、尾部(bu)以及整體輸(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)感(gan)(gan)應(ying)(ying)電動(dong)(dong)勢(shi)曲線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)，如圖(tu)3-4所示。從圖(tu)中(zhong)可以看出(chu)(chu)，當線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)移(yi)動(dong)(dong)到缺陷(xian)正上方時，線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)前沿感(gan)(gan)應(ying)(ying)電動(dong)(dong)勢(shi)輸(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)極小值(zhi)(zhi)而尾部(bu)輸(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)極大(da)值(zhi)(zhi)，經差動(dong)(dong)后水平(ping)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)輸(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)電動(dong)(dong)勢(shi)達(da)到最(zui)(zui)大(da)值(zhi)(zhi)。檢測線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)的(de)最(zui)(zui)優(you)寬度(du)(du)(du)參(can)(can)數與缺陷(xian)尺寸和傳感(gan)(gan)器提離值(zhi)(zhi)有關。在實際生產過程中(zhong)，可根(gen)據鋼管軋制過程中(zhong)產生的(de)自(zi)然缺陷(xian)特征對(dui)檢測線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)寬度(du)(du)(du)進行優(you)化設(she)計，以達(da)到最(zui)(zui)佳的(de)檢測效(xiao)果。
下(xia)面進(jin)一步(bu)討論垂直線(xian)圈(quan)漏磁(ci)信號(hao)輸出特性。
如圖(tu)3-5所示，垂直線(xian)圈以(yi)速度(du)，穿越缺陷上部(bu)漏磁場時所產(chan)生的電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)輸(shu)出(chu)應(ying)為(wei)線(xian)圈頂部(bu)和底(di)(di)部(bu)感(gan)應(ying)電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)之差。設(she)線(xian)圈長度(du)為(wei)l、匝數為(wei)、寬度(du)為(wei)2w、中心提離值(zhi)為(wei)，線(xian)圈頂部(bu)產(chan)生電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)為(wei)er，線(xian)圈底(di)(di)部(bu)產(chan)生電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)為(wei)eB，線(xian)圈產(chan)生整(zheng)體感(gan)應(ying)電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)為(wei)Δe，根據法拉第電(dian)(dian)磁感(gan)應(ying)定律可得
從圖3-5中(zhong)可以看出(chu)，eт、eB和(he)e三(san)者波形相似(si)，垂直(zhi)線(xian)圈(quan)(quan)(quan)輸(shu)(shu)出(chu)感應電(dian)(dian)動(dong)(dong)勢(shi)(shi)本(ben)質為上下兩根導線(xian)在同一時刻的電(dian)(dian)動(dong)(dong)勢(shi)(shi)差動(dong)(dong)輸(shu)(shu)出(chu)。在缺陷(xian)中(zhong)心位置，垂直(zhi)線(xian)圈(quan)(quan)(quan)感應電(dian)(dian)動(dong)(dong)勢(shi)(shi)輸(shu)(shu)出(chu)為零，而在缺陷(xian)兩端附(fu)近感應電(dian)(dian)動(dong)(dong)勢(shi)(shi)具有最大(da)輸(shu)(shu)出(chu)值。垂直(zhi)線(xian)圈(quan)(quan)(quan)頂部(bu)和(he)底部(bu)距離(li)越大(da)，整(zheng)體感應電(dian)(dian)動(dong)(dong)勢(shi)(shi)輸(shu)(shu)出(chu)越大(da)。因此，在條件允許的情況下，垂直(zhi)線(xian)圈(quan)(quan)(quan)應盡量貼(tie)近鋼管表面(mian)并(bing)可通過(guo)增大(da)線(xian)圈(quan)(quan)(quan)的寬度來提高(gao)電(dian)(dian)動(dong)(dong)勢(shi)(shi)輸(shu)(shu)出(chu)。但在設計線(xian)圈(quan)(quan)(quan)寬度時必(bi)須考(kao)慮背景噪(zao)聲的影響，垂直(zhi)線(xian)圈(quan)(quan)(quan)寬度越大(da)，線(xian)圈(quan)(quan)(quan)包含的背景噪(zao)聲越多，從而會降低(di)缺陷(xian)漏磁信(xin)號的信(xin)噪(zao)比。
