漏磁場有兩種拾(shi)取方(fang)法，既可(ke)以(yi)測量(liang)(liang)漏磁感(gan)應強(qiang)度(du)的(de)絕對值，也(ye)可(ke)以(yi)測量(liang)(liang)漏磁感(gan)應強(qiang)度(du)的(de)梯(ti)度(du)值。
磁(ci)場傳(chuan)感(gan)器(qi)的作用是將磁(ci)場轉(zhuan)換為電信號。按原理可分為體效應(ying)元件、面(mian)效應(ying)元件、P-N節注入和(he)表面(mian)復(fu)合效應(ying)元件、量子(zi)效應(ying)元件、磁(ci)致伸(shen)縮效應(ying)元件和(he)光纖磁(ci)傳(chuan)感(gan)器(qi)等。磁(ci)場傳(chuan)感(gan)器(qi)都是建立在各種(zhong)效應(ying)和(he)物理現(xian)象的基礎之上的，表3-1給(gei)出了(le)不同種(zhong)類磁(ci)場傳(chuan)感(gan)器(qi)的測量范圍，它們的敏感(gan)范圍差異較大(da)。在具體應(ying)用過程中，需要根據測量對象的特點(dian)來選擇適合的傳(chuan)感(gan)器(qi)。
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. 各向異性磁阻傳感器
各(ge)向(xiang)異(yi)性(xing)磁阻(zu)(zu)傳感器 AMR（Anisotropic Magneto-Resistive sensors）由沉積(ji)在硅片(pian)上的(de)(de)坡莫合金（Ni80Fe20）薄膜(mo)形(xing)成電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)，沉積(ji)時外加磁場，形(xing)成易(yi)磁化軸(zhou)方(fang)(fang)向(xiang)。易(yi)磁化軸(zhou)方(fang)(fang)向(xiang)是(shi)指各(ge)向(xiang)異(yi)性(xing)的(de)(de)磁體能(neng)獲得(de)最佳磁性(xing)能(neng)的(de)(de)方(fang)(fang)向(xiang)，也就是(shi)無外界(jie)磁干(gan)擾時磁疇整(zheng)齊排列的(de)(de)方(fang)(fang)向(xiang)。鐵磁材料(liao)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)與(yu)電(dian)(dian)(dian)流和磁化方(fang)(fang)向(xiang)的(de)(de)夾角有關，電(dian)(dian)(dian)流與(yu)磁化方(fang)(fang)向(xiang)平(ping)行(xing)時電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)R最大，電(dian)(dian)(dian)流與(yu)磁化方(fang)(fang)向(xiang)垂直時電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)Rmin最小，電(dian)(dian)(dian)流與(yu)磁化方(fang)(fang)向(xiang)成0角時，電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)可(ke)表示為
R=Rmin+(Rmax-Rmin)cos2θ (3-2)
在磁(ci)(ci)阻傳(chuan)感器(qi)中，為了消除溫度等(deng)外(wai)界因素(su)對輸(shu)出的影(ying)響，一般由4個(ge)相同的磁(ci)(ci)阻元(yuan)件(jian)構成惠斯通電(dian)橋。理論分析與(yu)實踐表(biao)明，采用45°偏置磁(ci)(ci)場，當(dang)沿與(yu)易磁(ci)(ci)化軸垂直(zhi)的方向(xiang)施加外(wai)磁(ci)(ci)場，且(qie)外(wai)磁(ci)(ci)場強度不太大時，電(dian)橋輸(shu)出與(yu)外(wai)加磁(ci)(ci)場強度呈線性(xing)關系。
2. 磁通(tong)門
磁通(tong)門(men)傳感器又稱為磁飽(bao)和式磁敏傳感器，它是利(li)用某些高(gao)磁導率的軟(ruan)磁性材料（如坡(po)莫合(he)金）做磁心，以其在交(jiao)直(zhi)流磁場(chang)作用下(xia)的磁飽(bao)和特性以及法(fa)拉(la)第電磁感應原理(li)研制的磁場(chang)測(ce)量裝置。
這(zhe)種磁(ci)敏(min)傳感(gan)器的(de)最大特點是(shi)適合(he)測(ce)(ce)量零磁(ci)場(chang)附近的(de)弱磁(ci)場(chang)。傳感(gan)器體積小，重量輕，功(gong)耗(hao)低，不受磁(ci)場(chang)梯(ti)度影(ying)響(xiang)，測(ce)(ce)量的(de)靈敏(min)度可達0.01nT，并且可以(yi)和磁(ci)秤混合(he)使用(yong)。該(gai)裝置已普(pu)遍應用(yong)于航空、地(di)(di)面、測(ce)(ce)井等(deng)(deng)方面的(de)磁(ci)法勘(kan)探工作中。在軍事上，也可用(yong)于尋(xun)找地(di)(di)下武器（炮(pao)彈、地(di)(di)雷等(deng)(deng)）和反潛。還可用(yong)于預報天然(ran)地(di)(di)震(zhen)及空間(jian)磁(ci)測(ce)(ce)等(deng)(deng)。
3. 巨磁阻元件
物質(zhi)在(zai)一(yi)(yi)定(ding)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)作(zuo)用下電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)發生改變的(de)(de)現象，稱(cheng)為磁(ci)(ci)(ci)(ci)阻(zu)(zu)效應。磁(ci)(ci)(ci)(ci)性金屬和合(he)金材料(liao)一(yi)(yi)般都有(you)這種現象。一(yi)(yi)般情況下，物質(zhi)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)率在(zai)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)中(zhong)僅發生微小(xiao)的(de)(de)變化(hua)，但在(zai)某種條件下，電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)變化(hua)的(de)(de)幅度相當大(da)，比通常情況下高十余倍，稱(cheng)為巨磁(ci)(ci)(ci)(ci)阻(zu)(zu)效應（GMR）。這種效應來自(zi)(zi)于載(zai)流電(dian)(dian)(dian)子的(de)(de)不同(tong)自(zi)(zi)旋狀態與磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)的(de)(de)作(zuo)用不同(tong)，因而導致(zhi)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)值(zhi)的(de)(de)變化(hua)。GMR是一(yi)(yi)個量子力學(xue)效應，它是在(zai)層狀的(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性薄膜結(jie)構中(zhong)觀(guan)察到的(de)(de)，這種結(jie)構由鐵磁(ci)(ci)(ci)(ci)材料(liao)和非磁(ci)(ci)(ci)(ci)材料(liao)薄層交替疊合(he)而成。當鐵磁(ci)(ci)(ci)(ci)層的(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)矩相互(hu)平(ping)行時，載(zai)流子與自(zi)(zi)旋有(you)關(guan)的(de)(de)散(san)射最(zui)小(xiao)，材料(liao)有(you)最(zui)小(xiao)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)。當鐵磁(ci)(ci)(ci)(ci)層的(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)矩為反向平(ping)行時，與自(zi)(zi)旋有(you)關(guan)的(de)(de)散(san)射最(zui)強，材料(liao)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)最(zui)大(da)。
構成GMR磁(ci)(ci)(ci)頭和傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)核心元(yuan)(yuan)件(jian)是(shi)自(zi)旋閥(fa)（spin valve）元(yuan)(yuan)件(jian)。它的(de)(de)基本結構是(shi)由釘(ding)扎磁(ci)(ci)(ci)性(xing)(xing)(xing)層(ceng)(ceng)(ceng)（如Co）、Cu間隔層(ceng)(ceng)(ceng)和自(zi)由磁(ci)(ci)(ci)性(xing)(xing)(xing)層(ceng)(ceng)(ceng)（如NiFe等(deng)易(yi)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)）組成的(de)(de)多層(ceng)(ceng)(ceng)膜。由于(yu)釘(ding)扎磁(ci)(ci)(ci)性(xing)(xing)(xing)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)矩與自(zi)由磁(ci)(ci)(ci)性(xing)(xing)(xing)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)矩之間的(de)(de)夾角發生變化(hua)(hua)會導致SV-GMR元(yuan)(yuan)件(jian)的(de)(de)電阻值改(gai)變，進而(er)使(shi)(shi)輸出(chu)電流發生變化(hua)(hua)。運用SV-GMR元(yuan)(yuan)件(jian)的(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)，其檢(jian)(jian)測靈敏度(du)比使(shi)(shi)用MR元(yuan)(yuan)件(jian)的(de)(de)高(gao)幾個數量(liang)級，更容易(yi)集成化(hua)(hua)，封裝尺(chi)寸更小，可靠性(xing)(xing)(xing)更高(gao)。它不僅可以(yi)取代以(yi)前(qian)的(de)(de)MR傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)，還可以(yi)制(zhi)(zhi)成傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)陣(zhen)列，實(shi)現智(zhi)能(neng)化(hua)(hua)，用來表述通(tong)行(xing)車輛、飛機(ji)機(ji)翼、建筑防護裝置或(huo)管道系統中隱蔽缺陷的(de)(de)特征(zheng)，跟蹤地磁(ci)(ci)(ci)場的(de)(de)異(yi)常現象等(deng)。當前(qian)，GMR傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)已(yi)在液(ye)壓氣缸(gang)位(wei)置傳(chuan)感(gan)、真假(jia)紙幣識別、軸(zhou)承編碼(ma)、電流檢(jian)(jian)測與控(kong)制(zhi)(zhi)、旋轉位(wei)置檢(jian)(jian)測、車輛通(tong)行(xing)情況(kuang)檢(jian)(jian)測等(deng)領域(yu)得(de)到(dao)應用。
4. 霍爾元件(jian)
霍爾元(yuan)件(jian)在(zai)漏(lou)磁(ci)檢測中(zhong)應(ying)用(yong)較(jiao)為(wei)廣泛。霍爾元(yuan)件(jian)是由半導(dao)體材料制成的一種晶(jing)體。當給晶(jing)體材料通以電(dian)(dian)流并置于(yu)磁(ci)場之中(zhong)時，在(zai)晶(jing)體的兩(liang)面就(jiu)會產生電(dian)(dian)壓，電(dian)(dian)壓的大小與(yu)磁(ci)場強度成正比關系。
固體導電(dian)(dian)(dian)材(cai)料幾乎可以使(shi)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)暢(chang)通無阻(zu)地流過，就像(xiang)傳統的(de)臺球模型演示的(de)那樣，晶體點陣上的(de)離子(zi)(zi)不會(hui)使(shi)傳導電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)發生折射。當(dang)電(dian)(dian)(dian)流由晶體的(de)一端輸(shu)入時，電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)或(huo)者(zhe)相互之間發生折射，或(huo)者(zhe)向著晶體的(de)另一端折射。
根據固體物(wu)理理論可知，晶體上的電(dian)壓Vh為： Vh=RhIBz/b (3-3)
式(shi)中，1為(wei)所使用的(de)電流；Bz為(wei)磁場(chang)強(qiang)度(du)在垂直于(yu)電流方(fang)向上的(de)分量；b為(wei)晶體在磁場(chang)方(fang)向上的(de)厚(hou)度(du)；Rh為(wei)霍爾(er)系數。
一般情況下，如果晶體(ti)與磁場B之間(jian)成一定夾角，則(ze) B2=Beosθ。
由金(jin)屬制(zhi)成的霍(huo)爾(er)(er)元件并不是(shi)最好(hao)的，因(yin)為金(jin)屬的霍(huo)爾(er)(er)系(xi)(xi)數都很低。根據霍(huo)爾(er)(er)元件工作(zuo)原理(li)，霍(huo)爾(er)(er)系(xi)(xi)數越大，霍(huo)爾(er)(er)電壓也(ye)就越高。因(yin)此，在(zai)制(zhi)作(zuo)霍(huo)爾(er)(er)元件時(shi)，一般(ban)選用元素周期表中(zhong)第(di)II和第(di)IV族元素混合制(zhi)作(zuo)，而(er)且(qie)其對溫度的變化(hua)也(ye)最不敏感。此區域的元素，載流子(zi)一般(ban)為空位而(er)不是(shi)電子(zi)。
5. 感(gan)應(ying)線圈(quan)
感(gan)(gan)應(ying)線(xian)圈是鋼管漏(lou)磁(ci)檢測中應(ying)用(yong)最為廣(guang)泛的磁(ci)敏傳(chuan)感(gan)(gan)器，主要有(you)水平(ping)和垂直線(xian)圈兩種布置(zhi)方式，如圖(tu)3-2所示。根據提離(li)效應(ying)和法(fa)拉第電磁(ci)感(gan)(gan)應(ying)定律，為了使(shi)檢測信號與(yu)缺陷(xian)特征之間具有(you)良好的對(dui)應(ying)關系(xi)，感(gan)(gan)應(ying)線(xian)圈提離(li)距離(li)以及掃(sao)查(cha)速度(du)應(ying)盡量(liang)保持恒定。
水平線(xian)圈(quan)以速度(du)v穿越(yue)缺陷(xian)上(shang)部(bu)漏磁場時所產(chan)(chan)生的感應(ying)(ying)(ying)電動(dong)(dong)(dong)勢(shi)應(ying)(ying)(ying)為(wei)線(xian)圈(quan)前沿和尾部(bu)感應(ying)(ying)(ying)電動(dong)(dong)(dong)勢(shi)之(zhi)差。設線(xian)圈(quan)長(chang)度(du)為(wei)l、寬度(du)為(wei)2w、提離值為(wei)h1、匝數為(wei)，線(xian)圈(quan)前沿產(chan)(chan)生電動(dong)(dong)(dong)勢(shi)為(wei)SueR，線(xian)圈(quan)尾部(bu)產(chan)(chan)生電動(dong)(dong)(dong)勢(shi)為(wei)eL，線(xian)圈(quan)產(chan)(chan)生感應(ying)(ying)(ying)電動(dong)(dong)(dong)勢(shi)為(wei)Δe，根據法拉(la)第(di)電磁感應(ying)(ying)(ying)定律(lv)可得
此外，從圖3-3中可(ke)以看出(chu)，水平線圈(quan)(quan)輸出(chu)感(gan)應電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)勢本質為處(chu)于同一提離高度的前后(hou)導線在同一時(shi)(shi)刻的電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)勢差動(dong)(dong)(dong)(dong)輸出(chu)。因此，感(gan)應線圈(quan)(quan)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)勢輸出(chu)與線圈(quan)(quan)寬(kuan)度有關，并(bing)存在最佳寬(kuan)度使得線圈(quan)(quan)輸出(chu)最大感(gan)應電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)勢。此時(shi)(shi)，線圈(quan)(quan)運動(dong)(dong)(dong)(dong)至缺陷(xian)中間(jian)位置(zhi)，并(bing)且前沿產(chan)生(sheng)正向極值電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)勢而尾部(bu)產(chan)生(sheng)反向極值電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)勢，經過差動(dong)(dong)(dong)(dong)后(hou)可(ke)獲取最高感(gan)應電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)勢輸出(chu)。根據式(shi)（3-11），當x=0時(shi)(shi)，可(ke)獲得感(gan)應線圈(quan)(quan)位于缺陷(xian)中間(jian)位置(zhi)時(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)勢Δeo與線圈(quan)(quan)寬(kuan)度參(can)數(shu)w的關系(xi)式(shi)Δeo(w)，即(ji)
同樣，設(she)置缺(que)陷(xian)(xian)寬(kuan)度(du)(du)2b為(wei)0.5mm，深度(du)(du)d為(wei)0.75mm以及感應(ying)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)提離高度(du)(du)h1為(wei)0.25mm，根(gen)據(ju)式（3-13）可獲得(de)最(zui)佳線(xian)(xian)圈(quan)(quan)寬(kuan)度(du)(du)參(can)數(shu)wo為(wei)0.3253mm。根(gen)據(ju)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)最(zui)佳寬(kuan)度(du)(du)參(can)數(shu)重新計算感應(ying)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)前沿、尾部(bu)以及整體輸(shu)(shu)(shu)出(chu)感應(ying)電(dian)動(dong)勢曲線(xian)(xian)，如圖3-4所示。從(cong)圖中可以看出(chu)，當線(xian)(xian)圈(quan)(quan)移(yi)動(dong)到(dao)(dao)缺(que)陷(xian)(xian)正上(shang)方時(shi)，線(xian)(xian)圈(quan)(quan)前沿感應(ying)電(dian)動(dong)勢輸(shu)(shu)(shu)出(chu)極小(xiao)值而尾部(bu)輸(shu)(shu)(shu)出(chu)極大(da)(da)值，經(jing)差動(dong)后水(shui)平線(xian)(xian)圈(quan)(quan)輸(shu)(shu)(shu)出(chu)電(dian)動(dong)勢達到(dao)(dao)最(zui)大(da)(da)值。檢測(ce)(ce)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)的(de)最(zui)優(you)寬(kuan)度(du)(du)參(can)數(shu)與缺(que)陷(xian)(xian)尺寸和傳(chuan)感器提離值有關。在實際生產過程中，可根(gen)據(ju)鋼管軋制過程中產生的(de)自(zi)然(ran)缺(que)陷(xian)(xian)特(te)征(zheng)對檢測(ce)(ce)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)寬(kuan)度(du)(du)進行(xing)優(you)化設(she)計，以達到(dao)(dao)最(zui)佳的(de)檢測(ce)(ce)效果。
下面進一步討論垂直線圈漏磁信號輸出(chu)特性。
如圖3-5所示，垂(chui)直線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)以速度，穿(chuan)越缺陷上部(bu)漏磁場時所產生的電(dian)動勢輸出應為(wei)(wei)(wei)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)頂部(bu)和底(di)部(bu)感應電(dian)動勢之差。設線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)長度為(wei)(wei)(wei)l、匝數(shu)為(wei)(wei)(wei)、寬度為(wei)(wei)(wei)2w、中心提離值為(wei)(wei)(wei)，線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)頂部(bu)產生電(dian)動勢為(wei)(wei)(wei)er，線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)底(di)部(bu)產生電(dian)動勢為(wei)(wei)(wei)eB，線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)產生整(zheng)體感應電(dian)動勢為(wei)(wei)(wei)Δe，根據法拉第電(dian)磁感應定律可得
從圖3-5中(zhong)可以看出(chu)，eт、eB和(he)e三者波(bo)形相似，垂(chui)直線(xian)(xian)圈(quan)(quan)輸出(chu)感應電(dian)動(dong)勢本(ben)質(zhi)為上(shang)下兩(liang)(liang)根導線(xian)(xian)在(zai)(zai)同一時刻的(de)電(dian)動(dong)勢差動(dong)輸出(chu)。在(zai)(zai)缺陷(xian)(xian)中(zhong)心(xin)位置，垂(chui)直線(xian)(xian)圈(quan)(quan)感應電(dian)動(dong)勢輸出(chu)為零，而在(zai)(zai)缺陷(xian)(xian)兩(liang)(liang)端附近感應電(dian)動(dong)勢具(ju)有最大(da)輸出(chu)值。垂(chui)直線(xian)(xian)圈(quan)(quan)頂部(bu)和(he)底部(bu)距離越(yue)大(da)，整體感應電(dian)動(dong)勢輸出(chu)越(yue)大(da)。因此，在(zai)(zai)條件(jian)允許的(de)情況下，垂(chui)直線(xian)(xian)圈(quan)(quan)應盡(jin)量貼近鋼管(guan)表面并可通過增大(da)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)的(de)寬(kuan)度來提(ti)高電(dian)動(dong)勢輸出(chu)。但在(zai)(zai)設(she)計線(xian)(xian)圈(quan)(quan)寬(kuan)度時必須考慮背(bei)(bei)景噪(zao)(zao)聲的(de)影響，垂(chui)直線(xian)(xian)圈(quan)(quan)寬(kuan)度越(yue)大(da)，線(xian)(xian)圈(quan)(quan)包(bao)含(han)的(de)背(bei)(bei)景噪(zao)(zao)聲越(yue)多(duo)，從而會(hui)降低(di)缺陷(xian)(xian)漏磁信號的(de)信噪(zao)(zao)比。
