漏磁(ci)場有兩種拾取方法，既可以測(ce)量漏磁(ci)感應強(qiang)度的絕對值，也可以測(ce)量漏磁(ci)感應強(qiang)度的梯度值。
磁(ci)場(chang)(chang)傳(chuan)感(gan)器的(de)(de)作用是(shi)(shi)將磁(ci)場(chang)(chang)轉(zhuan)換(huan)為(wei)電信號(hao)。按原理可分為(wei)體效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)元(yuan)(yuan)件、面效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)元(yuan)(yuan)件、P-N節注入和(he)表面復(fu)合效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)元(yuan)(yuan)件、量(liang)子效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)元(yuan)(yuan)件、磁(ci)致伸縮效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)元(yuan)(yuan)件和(he)光纖磁(ci)傳(chuan)感(gan)器等。磁(ci)場(chang)(chang)傳(chuan)感(gan)器都是(shi)(shi)建立在各種效(xiao)(xiao)應(ying)(ying)和(he)物理現象(xiang)的(de)(de)基(ji)礎之上的(de)(de)，表3-1給出了不同(tong)種類磁(ci)場(chang)(chang)傳(chuan)感(gan)器的(de)(de)測(ce)量(liang)范圍，它們的(de)(de)敏感(gan)范圍差異較大。在具(ju)體應(ying)(ying)用過程(cheng)中，需要根據測(ce)量(liang)對象(xiang)的(de)(de)特點來選擇適合的(de)(de)傳(chuan)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(ge)向異性磁阻傳感器(qi)
各(ge)向異性(xing)磁(ci)(ci)阻(zu)傳(chuan)感器 AMR（Anisotropic Magneto-Resistive sensors）由沉積(ji)在硅片(pian)上的坡莫合金（Ni80Fe20）薄膜形(xing)成(cheng)(cheng)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)，沉積(ji)時外加磁(ci)(ci)場，形(xing)成(cheng)(cheng)易(yi)(yi)磁(ci)(ci)化(hua)(hua)軸(zhou)(zhou)方向。易(yi)(yi)磁(ci)(ci)化(hua)(hua)軸(zhou)(zhou)方向是指各(ge)向異性(xing)的磁(ci)(ci)體能獲得最佳(jia)磁(ci)(ci)性(xing)能的方向，也就是無外界磁(ci)(ci)干擾時磁(ci)(ci)疇整(zheng)齊(qi)排列的方向。鐵磁(ci)(ci)材(cai)料(liao)的電(dian)(dian)(dian)阻(zu)與電(dian)(dian)(dian)流(liu)和磁(ci)(ci)化(hua)(hua)方向的夾角(jiao)有關，電(dian)(dian)(dian)流(liu)與磁(ci)(ci)化(hua)(hua)方向平行時電(dian)(dian)(dian)阻(zu)R最大(da)，電(dian)(dian)(dian)流(liu)與磁(ci)(ci)化(hua)(hua)方向垂直時電(dian)(dian)(dian)阻(zu)Rmin最小，電(dian)(dian)(dian)流(liu)與磁(ci)(ci)化(hua)(hua)方向成(cheng)(cheng)0角(jiao)時，電(dian)(dian)(dian)阻(zu)可表(biao)示為
R=Rmin+(Rmax-Rmin)cos2θ (3-2)
在磁(ci)(ci)阻(zu)傳感器中，為了消(xiao)除溫度等外界(jie)因素對輸(shu)出(chu)的影響，一般由4個相同的磁(ci)(ci)阻(zu)元(yuan)件構成惠斯通電橋。理論分(fen)析與實踐表明，采(cai)用45°偏置磁(ci)(ci)場，當沿(yan)與易磁(ci)(ci)化軸垂直的方向(xiang)施(shi)加外磁(ci)(ci)場，且外磁(ci)(ci)場強度不太(tai)大時，電橋輸(shu)出(chu)與外加磁(ci)(ci)場強度呈線性(xing)關系(xi)。
2. 磁(ci)通(tong)門
磁通門傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)又稱為磁飽(bao)和式磁敏傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)，它是(shi)利用某些高(gao)磁導率的(de)軟(ruan)磁性(xing)材料（如坡莫合金）做磁心，以(yi)其在交直流磁場作用下的(de)磁飽(bao)和特性(xing)以(yi)及法拉第(di)電磁感(gan)應原理(li)研(yan)制的(de)磁場測(ce)量裝置。
這種磁敏傳感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)最大特點是適合(he)測量零(ling)磁場附近的(de)(de)(de)弱(ruo)磁場。傳感(gan)器(qi)體積小，重量輕(qing)，功耗低，不(bu)受磁場梯(ti)度(du)影響，測量的(de)(de)(de)靈敏度(du)可(ke)達0.01nT，并且可(ke)以和(he)(he)磁秤(cheng)混(hun)合(he)使用。該裝(zhuang)置已(yi)普遍應用于(yu)航空、地(di)面(mian)(mian)、測井(jing)等(deng)方面(mian)(mian)的(de)(de)(de)磁法勘(kan)探工(gong)作中。在(zai)軍事上，也可(ke)用于(yu)尋找地(di)下武器(qi)（炮彈(dan)、地(di)雷等(deng)）和(he)(he)反潛。還可(ke)用于(yu)預(yu)報天然地(di)震及空間磁測等(deng)。
3. 巨磁(ci)阻元件(jian)
物質(zhi)在(zai)(zai)一(yi)定磁(ci)(ci)(ci)場作(zuo)用下電(dian)(dian)阻(zu)發(fa)生(sheng)改(gai)變(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)現(xian)象，稱為(wei)磁(ci)(ci)(ci)阻(zu)效應(ying)。磁(ci)(ci)(ci)性金屬和合金材料(liao)一(yi)般都(dou)有(you)這種(zhong)(zhong)現(xian)象。一(yi)般情(qing)況(kuang)下，物質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)阻(zu)率在(zai)(zai)磁(ci)(ci)(ci)場中僅發(fa)生(sheng)微小的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化，但在(zai)(zai)某種(zhong)(zhong)條件(jian)下，電(dian)(dian)阻(zu)變(bian)化的(de)(de)(de)(de)(de)幅度相當(dang)大(da)，比通常(chang)情(qing)況(kuang)下高(gao)十余倍，稱為(wei)巨磁(ci)(ci)(ci)阻(zu)效應(ying)（GMR）。這種(zhong)(zhong)效應(ying)來自于載流電(dian)(dian)子的(de)(de)(de)(de)(de)不同(tong)自旋(xuan)狀態與(yu)(yu)磁(ci)(ci)(ci)場的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用不同(tong)，因而(er)導致電(dian)(dian)阻(zu)值的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化。GMR是一(yi)個量子力(li)學(xue)效應(ying)，它是在(zai)(zai)層狀的(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)性薄(bo)膜(mo)結構中觀察到的(de)(de)(de)(de)(de)，這種(zhong)(zhong)結構由(you)鐵(tie)磁(ci)(ci)(ci)材料(liao)和非磁(ci)(ci)(ci)材料(liao)薄(bo)層交(jiao)替疊合而(er)成。當(dang)鐵(tie)磁(ci)(ci)(ci)層的(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)矩相互平行時(shi)，載流子與(yu)(yu)自旋(xuan)有(you)關的(de)(de)(de)(de)(de)散射最小，材料(liao)有(you)最小的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)阻(zu)。當(dang)鐵(tie)磁(ci)(ci)(ci)層的(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)矩為(wei)反向平行時(shi)，與(yu)(yu)自旋(xuan)有(you)關的(de)(de)(de)(de)(de)散射最強，材料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)阻(zu)最大(da)。
構(gou)(gou)成(cheng)GMR磁(ci)(ci)(ci)(ci)頭和傳感器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)核心元(yuan)件(jian)是自(zi)旋(xuan)閥(fa)（spin valve）元(yuan)件(jian)。它的(de)(de)(de)(de)基(ji)本(ben)結構(gou)(gou)是由(you)釘扎(zha)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)層(ceng)(ceng)（如Co）、Cu間(jian)隔(ge)層(ceng)(ceng)和自(zi)由(you)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)層(ceng)(ceng)（如NiFe等易磁(ci)(ci)(ci)(ci)化層(ceng)(ceng)）組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)多層(ceng)(ceng)膜(mo)。由(you)于(yu)釘扎(zha)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)矩與自(zi)由(you)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)矩之間(jian)的(de)(de)(de)(de)夾角發(fa)(fa)生(sheng)變(bian)化會導致SV-GMR元(yuan)件(jian)的(de)(de)(de)(de)電(dian)阻值(zhi)改變(bian)，進而使(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)流發(fa)(fa)生(sheng)變(bian)化。運(yun)用SV-GMR元(yuan)件(jian)的(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)傳感器(qi)(qi)，其(qi)檢(jian)測(ce)靈敏度比使(shi)用MR元(yuan)件(jian)的(de)(de)(de)(de)高幾個(ge)數(shu)量級(ji)，更(geng)容易集成(cheng)化，封裝尺寸(cun)更(geng)小，可靠性(xing)更(geng)高。它不僅可以取代以前的(de)(de)(de)(de)MR傳感器(qi)(qi)，還(huan)可以制成(cheng)傳感器(qi)(qi)陣(zhen)列，實現智能化，用來(lai)表述(shu)通(tong)行車(che)輛、飛機機翼(yi)、建筑(zhu)防護(hu)裝置或(huo)管(guan)道系(xi)統中(zhong)隱(yin)蔽缺陷的(de)(de)(de)(de)特(te)征(zheng)，跟蹤(zong)地磁(ci)(ci)(ci)(ci)場的(de)(de)(de)(de)異常現象(xiang)等。當前，GMR傳感器(qi)(qi)已(yi)在液壓氣缸位(wei)置傳感、真假紙幣識別、軸承編碼、電(dian)流檢(jian)測(ce)與控制、旋(xuan)轉位(wei)置檢(jian)測(ce)、車(che)輛通(tong)行情況檢(jian)測(ce)等領域(yu)得到應用。
4. 霍爾元(yuan)件
霍爾元件在(zai)漏磁(ci)檢測中應(ying)用較(jiao)為(wei)廣泛(fan)。霍爾元件是(shi)由半導體材(cai)料制(zhi)成(cheng)的(de)(de)一種晶體。當給晶體材(cai)料通以電流并置(zhi)于(yu)磁(ci)場(chang)之中時(shi)，在(zai)晶體的(de)(de)兩面就會產生電壓，電壓的(de)(de)大小與磁(ci)場(chang)強度成(cheng)正比關(guan)系。
固體導電(dian)材料幾(ji)乎可(ke)以使電(dian)子(zi)暢通(tong)無阻地流(liu)過，就像傳統(tong)的(de)臺球模型演示的(de)那樣，晶體點陣上的(de)離子(zi)不會(hui)使傳導電(dian)子(zi)發生(sheng)折(zhe)射。當電(dian)流(liu)由(you)晶體的(de)一端輸入時，電(dian)子(zi)或(huo)者(zhe)相互之(zhi)間發生(sheng)折(zhe)射，或(huo)者(zhe)向著晶體的(de)另(ling)一端折(zhe)射。
根據固(gu)體物理理論可知，晶(jing)體上的電壓Vh為(wei)： Vh=RhIBz/b (3-3)
式中，1為所(suo)使(shi)用的(de)電流；Bz為磁場強度在垂直于電流方向(xiang)上的(de)分量；b為晶體在磁場方向(xiang)上的(de)厚度；Rh為霍爾(er)系數。
一(yi)般(ban)情(qing)況下(xia)，如果(guo)晶(jing)體與磁場B之間成一(yi)定夾(jia)角，則(ze) B2=Beosθ。
由金屬(shu)制成的(de)霍(huo)(huo)(huo)爾(er)元(yuan)件(jian)并不(bu)是最(zui)好的(de)，因為金屬(shu)的(de)霍(huo)(huo)(huo)爾(er)系數都很(hen)低。根據霍(huo)(huo)(huo)爾(er)元(yuan)件(jian)工作原理(li)，霍(huo)(huo)(huo)爾(er)系數越(yue)大，霍(huo)(huo)(huo)爾(er)電壓也(ye)就(jiu)越(yue)高。因此，在制作霍(huo)(huo)(huo)爾(er)元(yuan)件(jian)時，一般選用元(yuan)素(su)(su)周期表(biao)中第II和(he)第IV族元(yuan)素(su)(su)混合制作，而(er)且其對(dui)溫度的(de)變化也(ye)最(zui)不(bu)敏(min)感(gan)。此區域的(de)元(yuan)素(su)(su)，載流子(zi)一般為空(kong)位而(er)不(bu)是電子(zi)。
5. 感(gan)應線(xian)圈
感應線(xian)圈(quan)是鋼管漏磁檢測中應用最為廣泛的(de)磁敏傳(chuan)感器，主要有水平(ping)和(he)(he)垂(chui)直線(xian)圈(quan)兩種布(bu)置(zhi)方式(shi)，如(ru)圖3-2所示。根據提離效應和(he)(he)法拉第電磁感應定(ding)律，為了(le)使(shi)檢測信號與缺陷特征之間具有良好的(de)對(dui)應關系，感應線(xian)圈(quan)提離距離以(yi)及掃查速(su)度應盡量保(bao)持(chi)恒定(ding)。
水平線(xian)圈(quan)以速度v穿越缺陷上部(bu)漏磁場(chang)時所(suo)產(chan)(chan)生的感(gan)應(ying)電動勢(shi)應(ying)為(wei)(wei)(wei)(wei)線(xian)圈(quan)前(qian)沿和尾部(bu)感(gan)應(ying)電動勢(shi)之(zhi)差。設線(xian)圈(quan)長度為(wei)(wei)(wei)(wei)l、寬度為(wei)(wei)(wei)(wei)2w、提離(li)值為(wei)(wei)(wei)(wei)h1、匝數為(wei)(wei)(wei)(wei)，線(xian)圈(quan)前(qian)沿產(chan)(chan)生電動勢(shi)為(wei)(wei)(wei)(wei)SueR，線(xian)圈(quan)尾部(bu)產(chan)(chan)生電動勢(shi)為(wei)(wei)(wei)(wei)eL，線(xian)圈(quan)產(chan)(chan)生感(gan)應(ying)電動勢(shi)為(wei)(wei)(wei)(wei)Δe，根據法拉第電磁感(gan)應(ying)定(ding)律(lv)可(ke)得
此外，從圖3-3中可以(yi)看出(chu)，水平(ping)線(xian)圈(quan)輸(shu)出(chu)感(gan)(gan)(gan)(gan)應(ying)電(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)本質(zhi)為處于同一提離高度(du)的(de)(de)前(qian)后(hou)導線(xian)在同一時(shi)刻的(de)(de)電(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)差(cha)動(dong)(dong)(dong)輸(shu)出(chu)。因此，感(gan)(gan)(gan)(gan)應(ying)線(xian)圈(quan)電(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)輸(shu)出(chu)與線(xian)圈(quan)寬度(du)有關(guan)，并存在最(zui)佳寬度(du)使得(de)線(xian)圈(quan)輸(shu)出(chu)最(zui)大感(gan)(gan)(gan)(gan)應(ying)電(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)。此時(shi)，線(xian)圈(quan)運(yun)動(dong)(dong)(dong)至(zhi)缺陷(xian)中間位(wei)置，并且前(qian)沿(yan)產生正向極(ji)值(zhi)電(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)而尾部產生反向極(ji)值(zhi)電(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)，經過差(cha)動(dong)(dong)(dong)后(hou)可獲取最(zui)高感(gan)(gan)(gan)(gan)應(ying)電(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)輸(shu)出(chu)。根(gen)據式（3-11），當x=0時(shi)，可獲得(de)感(gan)(gan)(gan)(gan)應(ying)線(xian)圈(quan)位(wei)于缺陷(xian)中間位(wei)置時(shi)電(dian)動(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)Δeo與線(xian)圈(quan)寬度(du)參數w的(de)(de)關(guan)系式Δeo(w)，即
同樣(yang)，設置(zhi)缺(que)陷(xian)寬(kuan)(kuan)度2b為0.5mm，深度d為0.75mm以及(ji)感應線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)提離(li)(li)高度h1為0.25mm，根據式（3-13）可(ke)(ke)獲得最(zui)佳線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)寬(kuan)(kuan)度參(can)(can)數(shu)wo為0.3253mm。根據線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)最(zui)佳寬(kuan)(kuan)度參(can)(can)數(shu)重新計算感應線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)前沿(yan)(yan)、尾(wei)部以及(ji)整體輸出(chu)感應電動(dong)勢(shi)曲線(xian)(xian)(xian)，如圖(tu)3-4所示。從圖(tu)中(zhong)(zhong)可(ke)(ke)以看出(chu)，當線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)移動(dong)到(dao)缺(que)陷(xian)正上方時，線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)前沿(yan)(yan)感應電動(dong)勢(shi)輸出(chu)極小值而尾(wei)部輸出(chu)極大值，經差動(dong)后水平線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)輸出(chu)電動(dong)勢(shi)達到(dao)最(zui)大值。檢(jian)(jian)測線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)的最(zui)優寬(kuan)(kuan)度參(can)(can)數(shu)與缺(que)陷(xian)尺寸和傳感器提離(li)(li)值有關。在實際生產過程中(zhong)(zhong)，可(ke)(ke)根據鋼(gang)管軋制過程中(zhong)(zhong)產生的自(zi)然缺(que)陷(xian)特征對檢(jian)(jian)測線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)寬(kuan)(kuan)度進行優化設計，以達到(dao)最(zui)佳的檢(jian)(jian)測效果。
下(xia)面進一步討論垂直(zhi)線圈漏磁(ci)信號輸出特性。
如圖(tu)3-5所示，垂直線(xian)圈以速度，穿越缺陷上部(bu)漏磁(ci)場(chang)時(shi)所產(chan)生的電(dian)動勢輸出應(ying)為線(xian)圈頂部(bu)和底部(bu)感(gan)應(ying)電(dian)動勢之差。設線(xian)圈長度為l、匝數為、寬度為2w、中心提離值為，線(xian)圈頂部(bu)產(chan)生電(dian)動勢為er，線(xian)圈底部(bu)產(chan)生電(dian)動勢為eB，線(xian)圈產(chan)生整體感(gan)應(ying)電(dian)動勢為Δe，根(gen)據法拉第電(dian)磁(ci)感(gan)應(ying)定律(lv)可(ke)得
從圖3-5中可以看(kan)出(chu)(chu)，eт、eB和e三者波形(xing)相似(si)，垂直(zhi)(zhi)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)輸(shu)出(chu)(chu)感(gan)應電(dian)動(dong)勢(shi)(shi)(shi)本質為上(shang)下(xia)兩(liang)根導線(xian)(xian)(xian)在同(tong)一時刻的(de)(de)電(dian)動(dong)勢(shi)(shi)(shi)差動(dong)輸(shu)出(chu)(chu)。在缺陷中心位置(zhi)，垂直(zhi)(zhi)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)感(gan)應電(dian)動(dong)勢(shi)(shi)(shi)輸(shu)出(chu)(chu)為零，而在缺陷兩(liang)端附近感(gan)應電(dian)動(dong)勢(shi)(shi)(shi)具有(you)最大輸(shu)出(chu)(chu)值。垂直(zhi)(zhi)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)頂(ding)部(bu)和底部(bu)距(ju)離越(yue)大，整(zheng)體(ti)感(gan)應電(dian)動(dong)勢(shi)(shi)(shi)輸(shu)出(chu)(chu)越(yue)大。因此，在條(tiao)件(jian)允許的(de)(de)情況下(xia)，垂直(zhi)(zhi)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)應盡量(liang)貼(tie)近鋼管表面并可通過(guo)增大線(xian)(xian)(xian)圈(quan)的(de)(de)寬度(du)來提(ti)高電(dian)動(dong)勢(shi)(shi)(shi)輸(shu)出(chu)(chu)。但在設(she)計(ji)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)寬度(du)時必須考(kao)慮(lv)背景(jing)噪(zao)聲的(de)(de)影響，垂直(zhi)(zhi)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)寬度(du)越(yue)大，線(xian)(xian)(xian)圈(quan)包含的(de)(de)背景(jing)噪(zao)聲越(yue)多，從而會降低缺陷漏磁信(xin)號(hao)的(de)(de)信(xin)噪(zao)比。
