漏磁場(chang)有兩種拾取方(fang)法(fa)，既可(ke)以測量漏磁感應(ying)(ying)強度的絕對值，也可(ke)以測量漏磁感應(ying)(ying)強度的梯度值。

  磁(ci)場(chang)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)作用是將磁(ci)場(chang)轉換(huan)為電信(xin)號。按原理(li)可分為體效應元(yuan)件(jian)、面(mian)效應元(yuan)件(jian)、P-N節注入和(he)(he)表(biao)(biao)面(mian)復(fu)合效應元(yuan)件(jian)、量子效應元(yuan)件(jian)、磁(ci)致(zhi)伸縮效應元(yuan)件(jian)和(he)(he)光纖磁(ci)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)等(deng)。磁(ci)場(chang)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)都是建(jian)立在各(ge)種(zhong)效應和(he)(he)物理(li)現(xian)象(xiang)的(de)(de)基礎之上的(de)(de)，表(biao)(biao)3-1給出了不同種(zhong)類磁(ci)場(chang)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)測量范圍(wei)，它們的(de)(de)敏感(gan)范圍(wei)差異較大。在具(ju)體應用過程中，需要根(gen)據測量對象(xiang)的(de)(de)特點來選擇適合的(de)(de)傳(chuan)(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(xing)磁阻傳感(gan)器

  各向異(yi)性(xing)磁(ci)(ci)(ci)(ci)阻傳感器 AMR（Anisotropic Magneto-Resistive sensors）由沉積在硅片上的(de)坡(po)莫合金（Ni80Fe20）薄膜形成電(dian)阻，沉積時外加磁(ci)(ci)(ci)(ci)場，形成易磁(ci)(ci)(ci)(ci)化軸方(fang)(fang)(fang)向。易磁(ci)(ci)(ci)(ci)化軸方(fang)(fang)(fang)向是指各向異(yi)性(xing)的(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)體能獲得最(zui)佳磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)能的(de)方(fang)(fang)(fang)向，也就(jiu)是無外界磁(ci)(ci)(ci)(ci)干擾時磁(ci)(ci)(ci)(ci)疇(chou)整齊(qi)排(pai)列的(de)方(fang)(fang)(fang)向。鐵(tie)磁(ci)(ci)(ci)(ci)材料的(de)電(dian)阻與(yu)電(dian)流(liu)和磁(ci)(ci)(ci)(ci)化方(fang)(fang)(fang)向的(de)夾角(jiao)有關(guan)，電(dian)流(liu)與(yu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化方(fang)(fang)(fang)向平行時電(dian)阻R最(zui)大，電(dian)流(liu)與(yu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化方(fang)(fang)(fang)向垂(chui)直時電(dian)阻Rmin最(zui)小，電(dian)流(liu)與(yu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化方(fang)(fang)(fang)向成0角(jiao)時，電(dian)阻可表示(shi)為

  R=Rmin+(Rmax-Rmin)cos2θ   (3-2)

  在磁阻傳(chuan)感(gan)器(qi)中，為(wei)了消除溫度(du)(du)等外(wai)界(jie)因素對輸出(chu)的影響(xiang)，一般由4個相同的磁阻元件構成惠斯通電(dian)橋。理論分析與(yu)實踐(jian)表(biao)明，采用45°偏置磁場(chang)，當沿(yan)與(yu)易磁化軸(zhou)垂(chui)直的方向施加外(wai)磁場(chang)，且外(wai)磁場(chang)強(qiang)度(du)(du)不太大時，電(dian)橋輸出(chu)與(yu)外(wai)加磁場(chang)強(qiang)度(du)(du)呈線性關系。

2. 磁通門

  磁(ci)(ci)通門傳感(gan)器(qi)又稱為磁(ci)(ci)飽(bao)和(he)式磁(ci)(ci)敏傳感(gan)器(qi)，它是利用某些(xie)高(gao)磁(ci)(ci)導率的(de)軟磁(ci)(ci)性(xing)材料（如坡莫合金）做磁(ci)(ci)心，以(yi)其(qi)在交直流磁(ci)(ci)場作用下的(de)磁(ci)(ci)飽(bao)和(he)特性(xing)以(yi)及法拉(la)第(di)電磁(ci)(ci)感(gan)應原理研制的(de)磁(ci)(ci)場測(ce)量(liang)裝置。

  這(zhe)種磁(ci)(ci)(ci)敏(min)傳(chuan)感(gan)器的最大特點是適合測(ce)量零磁(ci)(ci)(ci)場(chang)附近的弱(ruo)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)。傳(chuan)感(gan)器體(ti)積小，重(zhong)量輕，功(gong)耗低，不受磁(ci)(ci)(ci)場(chang)梯度影響，測(ce)量的靈敏(min)度可(ke)達0.01nT，并且可(ke)以和磁(ci)(ci)(ci)秤(cheng)混合使用。該(gai)裝置已(yi)普遍應(ying)用于(yu)航空(kong)、地面、測(ce)井(jing)等方面的磁(ci)(ci)(ci)法(fa)勘探工作中。在軍(jun)事上，也可(ke)用于(yu)尋找地下武器（炮(pao)彈、地雷等）和反潛(qian)。還可(ke)用于(yu)預報天然地震(zhen)及(ji)空(kong)間(jian)磁(ci)(ci)(ci)測(ce)等。

3. 巨(ju)磁(ci)阻元件

  物質在一定(ding)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場作(zuo)用下(xia)電(dian)阻(zu)(zu)發生改變(bian)(bian)的(de)(de)(de)現象(xiang)，稱為(wei)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)阻(zu)(zu)效應(ying)。磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)性金(jin)屬(shu)和合(he)金(jin)材(cai)料(liao)一般都(dou)有(you)這(zhe)種(zhong)(zhong)現象(xiang)。一般情況(kuang)下(xia)，物質的(de)(de)(de)電(dian)阻(zu)(zu)率在磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場中僅(jin)發生微(wei)小的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化，但在某種(zhong)(zhong)條件(jian)下(xia)，電(dian)阻(zu)(zu)變(bian)(bian)化的(de)(de)(de)幅度相當大，比通常(chang)情況(kuang)下(xia)高十余倍(bei)，稱為(wei)巨磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)阻(zu)(zu)效應(ying)（GMR）。這(zhe)種(zhong)(zhong)效應(ying)來自于載流電(dian)子的(de)(de)(de)不同(tong)(tong)自旋(xuan)狀(zhuang)態與磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場的(de)(de)(de)作(zuo)用不同(tong)(tong)，因而導致電(dian)阻(zu)(zu)值的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化。GMR是一個(ge)量子力學效應(ying)，它(ta)是在層(ceng)狀(zhuang)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)性薄膜結(jie)構中觀察到的(de)(de)(de)，這(zhe)種(zhong)(zhong)結(jie)構由(you)鐵磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)料(liao)和非磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)料(liao)薄層(ceng)交替疊合(he)而成。當鐵磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)層(ceng)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)矩相互平行時，載流子與自旋(xuan)有(you)關(guan)的(de)(de)(de)散射(she)最小，材(cai)料(liao)有(you)最小的(de)(de)(de)電(dian)阻(zu)(zu)。當鐵磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)層(ceng)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)矩為(wei)反向平行時，與自旋(xuan)有(you)關(guan)的(de)(de)(de)散射(she)最強，材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)電(dian)阻(zu)(zu)最大。

  構成(cheng)GMR磁(ci)頭和(he)(he)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)核心元(yuan)件(jian)(jian)是(shi)自旋閥（spin valve）元(yuan)件(jian)(jian)。它的(de)(de)基本結構是(shi)由釘扎磁(ci)性層(ceng)(ceng)(ceng)（如Co）、Cu間隔層(ceng)(ceng)(ceng)和(he)(he)自由磁(ci)性層(ceng)(ceng)(ceng)（如NiFe等(deng)(deng)易磁(ci)化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)）組(zu)成(cheng)的(de)(de)多層(ceng)(ceng)(ceng)膜。由于釘扎磁(ci)性層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)磁(ci)矩與(yu)自由磁(ci)性層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)磁(ci)矩之間的(de)(de)夾角發(fa)生變化(hua)會導致SV-GMR元(yuan)件(jian)(jian)的(de)(de)電阻值改變，進而使輸(shu)出電流發(fa)生變化(hua)。運(yun)用SV-GMR元(yuan)件(jian)(jian)的(de)(de)磁(ci)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)，其檢測靈(ling)敏度比使用MR元(yuan)件(jian)(jian)的(de)(de)高幾個數量級，更容易集(ji)成(cheng)化(hua)，封裝尺(chi)寸更小，可靠性更高。它不僅可以取代以前的(de)(de)MR傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)，還可以制成(cheng)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)陣列，實(shi)現(xian)智(zhi)能化(hua)，用來表述通(tong)行車輛、飛機(ji)機(ji)翼、建筑防護裝置(zhi)或管道系統中隱蔽缺陷(xian)的(de)(de)特征，跟蹤地磁(ci)場(chang)的(de)(de)異(yi)常(chang)現(xian)象等(deng)(deng)。當前，GMR傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)已在液(ye)壓氣缸位置(zhi)傳(chuan)感(gan)(gan)、真假紙幣識別、軸(zhou)承編(bian)碼、電流檢測與(yu)控制、旋轉位置(zhi)檢測、車輛通(tong)行情(qing)況檢測等(deng)(deng)領域得到應用。

4. 霍爾元件

  霍爾元件(jian)在漏(lou)磁檢測中應用較為廣(guang)泛。霍爾元件(jian)是由半導體材(cai)(cai)料制(zhi)成的一種晶體。當給(gei)晶體材(cai)(cai)料通以電(dian)流并置于磁場之中時，在晶體的兩面就會產生電(dian)壓(ya)，電(dian)壓(ya)的大小與(yu)磁場強度成正比關(guan)系(xi)。

  固(gu)體(ti)(ti)導電(dian)(dian)材料幾乎可以使電(dian)(dian)子(zi)暢(chang)通無阻地流(liu)過，就像傳統的(de)臺(tai)球(qiu)模型(xing)演(yan)示(shi)的(de)那樣，晶體(ti)(ti)點陣上的(de)離子(zi)不(bu)會使傳導電(dian)(dian)子(zi)發(fa)生折射。當電(dian)(dian)流(liu)由晶體(ti)(ti)的(de)一(yi)端輸(shu)入時，電(dian)(dian)子(zi)或(huo)者相互之間(jian)發(fa)生折射，或(huo)者向著晶體(ti)(ti)的(de)另一(yi)端折射。

  根據(ju)固體物理理論可知(zhi)，晶體上的電(dian)壓Vh為： Vh=RhIBz/b  (3-3)

  式中，1為(wei)所使用的電流；Bz為(wei)磁(ci)場(chang)(chang)強度在(zai)垂直(zhi)于電流方向(xiang)上(shang)的分(fen)量；b為(wei)晶體在(zai)磁(ci)場(chang)(chang)方向(xiang)上(shang)的厚度；Rh為(wei)霍(huo)爾系數(shu)。

  一般情況下，如果晶體與磁場B之間(jian)成一定夾角，則 B2=Beosθ。

  由金屬制成的(de)霍(huo)爾元(yuan)件(jian)(jian)并不(bu)是最好的(de)，因為金屬的(de)霍(huo)爾系數都很(hen)低。根(gen)據霍(huo)爾元(yuan)件(jian)(jian)工作(zuo)原理，霍(huo)爾系數越大，霍(huo)爾電壓也就越高。因此，在制作(zuo)霍(huo)爾元(yuan)件(jian)(jian)時，一(yi)般選用(yong)元(yuan)素周期表中第II和第IV族元(yuan)素混合制作(zuo)，而且其對溫度的(de)變化也最不(bu)敏(min)感。此區域的(de)元(yuan)素，載流子(zi)一(yi)般為空位(wei)而不(bu)是電子(zi)。

5. 感應線圈

  感(gan)應(ying)(ying)線圈(quan)是鋼管(guan)漏(lou)磁檢測(ce)(ce)中應(ying)(ying)用最為廣(guang)泛的磁敏傳感(gan)器，主要(yao)有(you)水平和垂(chui)直線圈(quan)兩種布(bu)置(zhi)方式(shi)，如圖3-2所示。根據(ju)提離(li)效應(ying)(ying)和法拉第電磁感(gan)應(ying)(ying)定律，為了使檢測(ce)(ce)信(xin)號與缺陷特征之間具(ju)有(you)良好的對應(ying)(ying)關(guan)系，感(gan)應(ying)(ying)線圈(quan)提離(li)距離(li)以及掃查(cha)速度應(ying)(ying)盡量保持(chi)恒定。

  水平(ping)線(xian)圈以速度v穿(chuan)越缺陷上部漏磁場時所產(chan)生(sheng)(sheng)的感(gan)應(ying)電(dian)動勢(shi)(shi)(shi)應(ying)為(wei)線(xian)圈前沿和尾部感(gan)應(ying)電(dian)動勢(shi)(shi)(shi)之差(cha)。設線(xian)圈長(chang)度為(wei)l、寬(kuan)度為(wei)2w、提離值為(wei)h1、匝數為(wei)，線(xian)圈前沿產(chan)生(sheng)(sheng)電(dian)動勢(shi)(shi)(shi)為(wei)SueR，線(xian)圈尾部產(chan)生(sheng)(sheng)電(dian)動勢(shi)(shi)(shi)為(wei)eL，線(xian)圈產(chan)生(sheng)(sheng)感(gan)應(ying)電(dian)動勢(shi)(shi)(shi)為(wei)Δe，根(gen)據法拉第電(dian)磁感(gan)應(ying)定律可(ke)得(de)

  此(ci)(ci)外，從(cong)圖3-3中(zhong)(zhong)可(ke)以看出(chu)(chu)，水平線(xian)(xian)圈(quan)(quan)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)感(gan)(gan)應(ying)(ying)電(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)本質為處(chu)于同一提(ti)離高度(du)的(de)前(qian)后導(dao)線(xian)(xian)在同一時(shi)(shi)刻的(de)電(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)差動(dong)(dong)(dong)(dong)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)。因此(ci)(ci)，感(gan)(gan)應(ying)(ying)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)電(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)與線(xian)(xian)圈(quan)(quan)寬度(du)有關，并(bing)存在最佳(jia)寬度(du)使得線(xian)(xian)圈(quan)(quan)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)最大(da)感(gan)(gan)應(ying)(ying)電(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)。此(ci)(ci)時(shi)(shi)，線(xian)(xian)圈(quan)(quan)運動(dong)(dong)(dong)(dong)至(zhi)缺陷中(zhong)(zhong)間位置，并(bing)且前(qian)沿產(chan)生正向(xiang)極值電(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)而(er)尾部產(chan)生反向(xiang)極值電(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)，經(jing)過差動(dong)(dong)(dong)(dong)后可(ke)獲(huo)取最高感(gan)(gan)應(ying)(ying)電(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)。根據(ju)式(shi)（3-11），當(dang)x=0時(shi)(shi)，可(ke)獲(huo)得感(gan)(gan)應(ying)(ying)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)位于缺陷中(zhong)(zhong)間位置時(shi)(shi)電(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)Δeo與線(xian)(xian)圈(quan)(quan)寬度(du)參數w的(de)關系式(shi)Δeo(w)，即

  同(tong)樣(yang)，設(she)置缺陷(xian)(xian)寬度2b為(wei)0.5mm，深度d為(wei)0.75mm以及(ji)感(gan)(gan)應(ying)線(xian)(xian)圈(quan)提離高度h1為(wei)0.25mm，根(gen)(gen)據(ju)式（3-13）可獲得最佳(jia)(jia)線(xian)(xian)圈(quan)寬度參數wo為(wei)0.3253mm。根(gen)(gen)據(ju)線(xian)(xian)圈(quan)最佳(jia)(jia)寬度參數重新計算感(gan)(gan)應(ying)線(xian)(xian)圈(quan)前(qian)沿、尾部以及(ji)整體輸(shu)出感(gan)(gan)應(ying)電動(dong)勢曲線(xian)(xian)，如圖3-4所示。從圖中可以看(kan)出，當線(xian)(xian)圈(quan)移動(dong)到(dao)缺陷(xian)(xian)正(zheng)上方時，線(xian)(xian)圈(quan)前(qian)沿感(gan)(gan)應(ying)電動(dong)勢輸(shu)出極小值(zhi)而尾部輸(shu)出極大值(zhi)，經差動(dong)后水平線(xian)(xian)圈(quan)輸(shu)出電動(dong)勢達到(dao)最大值(zhi)。檢測線(xian)(xian)圈(quan)的(de)最優(you)寬度參數與(yu)缺陷(xian)(xian)尺寸和(he)傳感(gan)(gan)器(qi)提離值(zhi)有關。在實際(ji)生產過(guo)程(cheng)(cheng)中，可根(gen)(gen)據(ju)鋼管軋制過(guo)程(cheng)(cheng)中產生的(de)自然缺陷(xian)(xian)特(te)征對檢測線(xian)(xian)圈(quan)寬度進行優(you)化設(she)計，以達到(dao)最佳(jia)(jia)的(de)檢測效果。

  下(xia)面進一步(bu)討論垂(chui)直線(xian)圈漏磁信(xin)號(hao)輸出(chu)特性。

  如圖3-5所示，垂直線圈以速度(du)，穿越(yue)缺陷上部漏磁場時所產生的電(dian)動(dong)勢(shi)輸出應為(wei)線圈頂(ding)部和底部感應電(dian)動(dong)勢(shi)之差。設(she)線圈長度(du)為(wei)l、匝數為(wei)、寬度(du)為(wei)2w、中心(xin)提離值為(wei)，線圈頂(ding)部產生電(dian)動(dong)勢(shi)為(wei)er，線圈底部產生電(dian)動(dong)勢(shi)為(wei)eB，線圈產生整體感應電(dian)動(dong)勢(shi)為(wei)Δe，根據法拉第電(dian)磁感應定律(lv)可得

  從圖3-5中可以看出，eт、eB和e三者波形相似，垂(chui)直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)(quan)輸(shu)(shu)出感應(ying)電(dian)動勢(shi)本質(zhi)為(wei)上(shang)下兩根導(dao)線(xian)(xian)在(zai)同一時(shi)刻的電(dian)動勢(shi)差動輸(shu)(shu)出。在(zai)缺(que)(que)(que)陷中心位置，垂(chui)直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)(quan)感應(ying)電(dian)動勢(shi)輸(shu)(shu)出為(wei)零，而在(zai)缺(que)(que)(que)陷兩端附近感應(ying)電(dian)動勢(shi)具有最大輸(shu)(shu)出值。垂(chui)直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)(quan)頂部和底部距(ju)離越大，整體感應(ying)電(dian)動勢(shi)輸(shu)(shu)出越大。因此(ci)，在(zai)條件(jian)允(yun)許的情況下，垂(chui)直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)(quan)應(ying)盡量貼近鋼(gang)管表面并可通過(guo)增大線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)(quan)的寬度來提高電(dian)動勢(shi)輸(shu)(shu)出。但在(zai)設計線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)(quan)寬度時(shi)必須考慮背景(jing)噪(zao)聲的影響，垂(chui)直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)(quan)寬度越大，線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)(quan)包含的背景(jing)噪(zao)聲越多，從而會降(jiang)低(di)缺(que)(que)(que)陷漏(lou)磁信號的信噪(zao)比。