漏(lou)磁場有兩(liang)種拾取方法，既可以測量(liang)漏(lou)磁感應強(qiang)度(du)(du)的絕對值，也可以測量(liang)漏(lou)磁感應強(qiang)度(du)(du)的梯度(du)(du)值。
磁(ci)(ci)場傳(chuan)(chuan)感(gan)器的作(zuo)用是將磁(ci)(ci)場轉換為電信號。按原(yuan)理(li)可分為體效(xiao)(xiao)(xiao)應元件(jian)(jian)、面(mian)效(xiao)(xiao)(xiao)應元件(jian)(jian)、P-N節注入和(he)表(biao)面(mian)復合效(xiao)(xiao)(xiao)應元件(jian)(jian)、量(liang)(liang)子效(xiao)(xiao)(xiao)應元件(jian)(jian)、磁(ci)(ci)致伸縮(suo)效(xiao)(xiao)(xiao)應元件(jian)(jian)和(he)光纖磁(ci)(ci)傳(chuan)(chuan)感(gan)器等(deng)。磁(ci)(ci)場傳(chuan)(chuan)感(gan)器都是建(jian)立在各種效(xiao)(xiao)(xiao)應和(he)物理(li)現象的基礎之上的，表(biao)3-1給出(chu)了不同種類磁(ci)(ci)場傳(chuan)(chuan)感(gan)器的測量(liang)(liang)范(fan)圍(wei)，它們的敏(min)感(gan)范(fan)圍(wei)差(cha)異(yi)較大(da)。在具體應用過程中(zhong)，需要根據測量(liang)(liang)對(dui)象的特點來選擇適合的傳(chuan)(chuan)感(gan)器。
在不(bu)銹鋼管(guan)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(chuan)感器
各向(xiang)(xiang)(xiang)異性磁(ci)(ci)阻(zu)(zu)傳感器 AMR（Anisotropic Magneto-Resistive sensors）由沉積在硅片(pian)上的(de)(de)坡莫合(he)金（Ni80Fe20）薄(bo)膜形成電(dian)阻(zu)(zu)，沉積時外加磁(ci)(ci)場(chang)，形成易磁(ci)(ci)化(hua)軸方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)。易磁(ci)(ci)化(hua)軸方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)是(shi)指各向(xiang)(xiang)(xiang)異性的(de)(de)磁(ci)(ci)體能(neng)獲得(de)最(zui)佳磁(ci)(ci)性能(neng)的(de)(de)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)，也(ye)就(jiu)是(shi)無外界磁(ci)(ci)干擾時磁(ci)(ci)疇整齊排列(lie)的(de)(de)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)。鐵(tie)磁(ci)(ci)材料(liao)的(de)(de)電(dian)阻(zu)(zu)與電(dian)流和磁(ci)(ci)化(hua)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)夾角有(you)關，電(dian)流與磁(ci)(ci)化(hua)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)平行時電(dian)阻(zu)(zu)R最(zui)大，電(dian)流與磁(ci)(ci)化(hua)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)垂直時電(dian)阻(zu)(zu)Rmin最(zui)小，電(dian)流與磁(ci)(ci)化(hua)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)成0角時，電(dian)阻(zu)(zu)可表示為(wei)
R=Rmin+(Rmax-Rmin)cos2θ (3-2)
在磁(ci)(ci)(ci)阻(zu)傳感器中，為了消除溫度(du)等外界因素(su)對輸出的影響，一般(ban)由(you)4個相(xiang)同的磁(ci)(ci)(ci)阻(zu)元件構成惠斯(si)通電橋。理論分析(xi)與(yu)實踐表(biao)明，采用45°偏置磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)，當沿與(yu)易磁(ci)(ci)(ci)化軸垂(chui)直的方(fang)向施加(jia)(jia)外磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)，且外磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)強度(du)不太大時(shi)，電橋輸出與(yu)外加(jia)(jia)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)強度(du)呈線(xian)性關系。
2. 磁通門
磁(ci)通門(men)傳感器又(you)稱為磁(ci)飽(bao)和(he)式磁(ci)敏傳感器，它是利用某(mou)些高(gao)磁(ci)導率的(de)軟磁(ci)性(xing)材料（如坡(po)莫合金）做磁(ci)心(xin)，以(yi)其在交直流磁(ci)場作用下(xia)的(de)磁(ci)飽(bao)和(he)特性(xing)以(yi)及法拉第電(dian)磁(ci)感應原(yuan)理研制的(de)磁(ci)場測量裝置。
這種磁(ci)(ci)(ci)敏傳感器(qi)的最大特點(dian)是(shi)適合(he)測量零(ling)磁(ci)(ci)(ci)場附(fu)近(jin)的弱磁(ci)(ci)(ci)場。傳感器(qi)體積小，重(zhong)量輕(qing)，功(gong)耗低，不受磁(ci)(ci)(ci)場梯度影響，測量的靈敏度可(ke)達0.01nT，并且(qie)可(ke)以和磁(ci)(ci)(ci)秤(cheng)混合(he)使(shi)用(yong)(yong)。該裝置已普(pu)遍(bian)應用(yong)(yong)于航空、地(di)面(mian)、測井等方面(mian)的磁(ci)(ci)(ci)法勘探工作中(zhong)。在(zai)軍事上，也可(ke)用(yong)(yong)于尋找地(di)下武器(qi)（炮彈(dan)、地(di)雷(lei)等）和反潛(qian)。還可(ke)用(yong)(yong)于預報(bao)天然地(di)震及空間(jian)磁(ci)(ci)(ci)測等。
3. 巨磁阻元件
物(wu)(wu)質在一定磁(ci)場作用(yong)下(xia)(xia)(xia)電(dian)阻(zu)發生改變(bian)的(de)現象(xiang)(xiang)，稱(cheng)為(wei)磁(ci)阻(zu)效(xiao)應(ying)。磁(ci)性金屬和合金材料一般都(dou)有(you)(you)這種(zhong)(zhong)現象(xiang)(xiang)。一般情(qing)況下(xia)(xia)(xia)，物(wu)(wu)質的(de)電(dian)阻(zu)率在磁(ci)場中僅發生微小的(de)變(bian)化(hua)，但在某種(zhong)(zhong)條件下(xia)(xia)(xia)，電(dian)阻(zu)變(bian)化(hua)的(de)幅度相(xiang)當(dang)(dang)大，比通常(chang)情(qing)況下(xia)(xia)(xia)高十余(yu)倍，稱(cheng)為(wei)巨(ju)磁(ci)阻(zu)效(xiao)應(ying)（GMR）。這種(zhong)(zhong)效(xiao)應(ying)來(lai)自(zi)于載流(liu)(liu)電(dian)子的(de)不同自(zi)旋狀態與磁(ci)場的(de)作用(yong)不同，因而導致電(dian)阻(zu)值(zhi)的(de)變(bian)化(hua)。GMR是(shi)一個量子力(li)學效(xiao)應(ying)，它是(shi)在層狀的(de)磁(ci)性薄膜結(jie)構中觀察到的(de)，這種(zhong)(zhong)結(jie)構由(you)鐵磁(ci)材料和非(fei)磁(ci)材料薄層交(jiao)替(ti)疊合而成(cheng)。當(dang)(dang)鐵磁(ci)層的(de)磁(ci)矩相(xiang)互平行時，載流(liu)(liu)子與自(zi)旋有(you)(you)關(guan)的(de)散(san)射最(zui)小，材料有(you)(you)最(zui)小的(de)電(dian)阻(zu)。當(dang)(dang)鐵磁(ci)層的(de)磁(ci)矩為(wei)反向平行時，與自(zi)旋有(you)(you)關(guan)的(de)散(san)射最(zui)強，材料的(de)電(dian)阻(zu)最(zui)大。
構(gou)成GMR磁(ci)(ci)(ci)(ci)頭和傳感(gan)器(qi)(qi)的(de)核(he)心元(yuan)(yuan)件是(shi)自旋閥（spin valve）元(yuan)(yuan)件。它(ta)的(de)基本結構(gou)是(shi)由釘扎(zha)(zha)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)層(ceng)(ceng)（如Co）、Cu間隔層(ceng)(ceng)和自由磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)層(ceng)(ceng)（如NiFe等(deng)易磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)層(ceng)(ceng)）組成的(de)多(duo)層(ceng)(ceng)膜(mo)。由于釘扎(zha)(zha)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)層(ceng)(ceng)的(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)矩與自由磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)層(ceng)(ceng)的(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)矩之間的(de)夾角發生變化(hua)會(hui)導(dao)致SV-GMR元(yuan)(yuan)件的(de)電(dian)阻值(zhi)改(gai)變，進而使輸出電(dian)流發生變化(hua)。運用(yong)SV-GMR元(yuan)(yuan)件的(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)傳感(gan)器(qi)(qi)，其檢(jian)(jian)測(ce)靈敏度比使用(yong)MR元(yuan)(yuan)件的(de)高(gao)幾(ji)個(ge)數(shu)量級(ji)，更(geng)容易集成化(hua)，封裝尺寸更(geng)小，可(ke)靠(kao)性(xing)更(geng)高(gao)。它(ta)不僅可(ke)以取(qu)代以前的(de)MR傳感(gan)器(qi)(qi)，還可(ke)以制成傳感(gan)器(qi)(qi)陣列(lie)，實(shi)現(xian)智能化(hua)，用(yong)來(lai)表述通行車(che)輛(liang)、飛機機翼、建筑防護(hu)裝置(zhi)或管(guan)道(dao)系統中隱蔽缺陷的(de)特征(zheng)，跟蹤地磁(ci)(ci)(ci)(ci)場的(de)異常現(xian)象等(deng)。當前，GMR傳感(gan)器(qi)(qi)已在(zai)液壓(ya)氣缸位(wei)置(zhi)傳感(gan)、真假紙幣識別、軸承編碼、電(dian)流檢(jian)(jian)測(ce)與控(kong)制、旋轉(zhuan)位(wei)置(zhi)檢(jian)(jian)測(ce)、車(che)輛(liang)通行情況檢(jian)(jian)測(ce)等(deng)領域得到應用(yong)。
4. 霍爾元件
霍(huo)(huo)爾(er)元(yuan)(yuan)件在(zai)漏磁檢測中應用較(jiao)為廣泛。霍(huo)(huo)爾(er)元(yuan)(yuan)件是(shi)由(you)半導體(ti)材(cai)料(liao)(liao)制成的一(yi)種晶體(ti)。當(dang)給(gei)晶體(ti)材(cai)料(liao)(liao)通以電(dian)流并置于磁場之中時，在(zai)晶體(ti)的兩面(mian)就會(hui)產(chan)生(sheng)電(dian)壓，電(dian)壓的大小與磁場強度成正比關(guan)系。
固體(ti)(ti)導電(dian)材料幾乎可以使(shi)電(dian)子(zi)暢通無阻地流過，就像傳(chuan)統的(de)臺球(qiu)模型演示的(de)那樣，晶(jing)體(ti)(ti)點陣上(shang)的(de)離子(zi)不會使(shi)傳(chuan)導電(dian)子(zi)發(fa)生折(zhe)(zhe)射(she)(she)。當電(dian)流由晶(jing)體(ti)(ti)的(de)一端輸入(ru)時，電(dian)子(zi)或者相互(hu)之間發(fa)生折(zhe)(zhe)射(she)(she)，或者向(xiang)著晶(jing)體(ti)(ti)的(de)另一端折(zhe)(zhe)射(she)(she)。
根據(ju)固體(ti)物理理論可知，晶(jing)體(ti)上的電壓Vh為： Vh=RhIBz/b (3-3)
式中，1為(wei)所使用的電(dian)流(liu)；Bz為(wei)磁場強度在垂(chui)直于電(dian)流(liu)方(fang)向上的分量；b為(wei)晶體(ti)在磁場方(fang)向上的厚度；Rh為(wei)霍爾系數(shu)。
一般情況下，如果晶體與(yu)磁場B之間成一定夾角，則(ze) B2=Beosθ。
由金屬制成的(de)(de)霍(huo)爾(er)(er)元(yuan)件(jian)并不(bu)是(shi)最好的(de)(de)，因為(wei)金屬的(de)(de)霍(huo)爾(er)(er)系數都很低。根據(ju)霍(huo)爾(er)(er)元(yuan)件(jian)工(gong)作(zuo)原理，霍(huo)爾(er)(er)系數越大，霍(huo)爾(er)(er)電(dian)壓也(ye)就越高。因此，在制作(zuo)霍(huo)爾(er)(er)元(yuan)件(jian)時，一般選用元(yuan)素(su)周期表中(zhong)第(di)II和第(di)IV族元(yuan)素(su)混合制作(zuo)，而且其對溫度的(de)(de)變化(hua)也(ye)最不(bu)敏感(gan)。此區域的(de)(de)元(yuan)素(su)，載流(liu)子(zi)(zi)一般為(wei)空位而不(bu)是(shi)電(dian)子(zi)(zi)。
5. 感應線圈
感應(ying)(ying)線圈(quan)是(shi)鋼管漏磁(ci)檢(jian)測中應(ying)(ying)用(yong)最(zui)為廣泛的(de)磁(ci)敏傳感器，主要有(you)水(shui)平和(he)垂直線圈(quan)兩種布置方式，如圖3-2所示。根據提離效應(ying)(ying)和(he)法拉(la)第電磁(ci)感應(ying)(ying)定(ding)律，為了使檢(jian)測信號與缺陷特征之間(jian)具(ju)有(you)良(liang)好的(de)對(dui)應(ying)(ying)關(guan)系(xi)，感應(ying)(ying)線圈(quan)提離距離以及掃(sao)查速度應(ying)(ying)盡量保持(chi)恒定(ding)。
水平線(xian)圈(quan)(quan)(quan)以速度v穿越缺陷上部漏磁場時所產(chan)(chan)(chan)生的(de)感(gan)應(ying)電(dian)動勢應(ying)為(wei)(wei)線(xian)圈(quan)(quan)(quan)前沿(yan)和尾部感(gan)應(ying)電(dian)動勢之差。設(she)線(xian)圈(quan)(quan)(quan)長度為(wei)(wei)l、寬度為(wei)(wei)2w、提離(li)值(zhi)為(wei)(wei)h1、匝數為(wei)(wei)，線(xian)圈(quan)(quan)(quan)前沿(yan)產(chan)(chan)(chan)生電(dian)動勢為(wei)(wei)SueR，線(xian)圈(quan)(quan)(quan)尾部產(chan)(chan)(chan)生電(dian)動勢為(wei)(wei)eL，線(xian)圈(quan)(quan)(quan)產(chan)(chan)(chan)生感(gan)應(ying)電(dian)動勢為(wei)(wei)Δe，根據法拉(la)第電(dian)磁感(gan)應(ying)定(ding)律可得
此外，從圖(tu)3-3中可(ke)以看出(chu)(chu)，水平(ping)線(xian)(xian)圈(quan)輸(shu)出(chu)(chu)感(gan)(gan)應(ying)電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)本質為處于同(tong)一提離(li)高度(du)(du)的(de)前后導線(xian)(xian)在同(tong)一時(shi)(shi)刻的(de)電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)差動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)輸(shu)出(chu)(chu)。因此，感(gan)(gan)應(ying)線(xian)(xian)圈(quan)電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)輸(shu)出(chu)(chu)與線(xian)(xian)圈(quan)寬(kuan)度(du)(du)有(you)關，并存在最(zui)佳寬(kuan)度(du)(du)使(shi)得線(xian)(xian)圈(quan)輸(shu)出(chu)(chu)最(zui)大感(gan)(gan)應(ying)電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)。此時(shi)(shi)，線(xian)(xian)圈(quan)運動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)至缺陷中間(jian)位置，并且前沿產生正向極值電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)而尾部產生反向極值電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)，經過差動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)后可(ke)獲取最(zui)高感(gan)(gan)應(ying)電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)輸(shu)出(chu)(chu)。根(gen)據(ju)式(shi)（3-11），當x=0時(shi)(shi)，可(ke)獲得感(gan)(gan)應(ying)線(xian)(xian)圈(quan)位于缺陷中間(jian)位置時(shi)(shi)電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)勢(shi)(shi)Δeo與線(xian)(xian)圈(quan)寬(kuan)度(du)(du)參(can)數w的(de)關系式(shi)Δeo(w)，即
同樣，設(she)置(zhi)缺(que)陷(xian)寬(kuan)度(du)2b為(wei)0.5mm，深度(du)d為(wei)0.75mm以及感應線圈(quan)提(ti)離(li)高(gao)度(du)h1為(wei)0.25mm，根據(ju)式（3-13）可獲得(de)最(zui)佳(jia)線圈(quan)寬(kuan)度(du)參數(shu)(shu)wo為(wei)0.3253mm。根據(ju)線圈(quan)最(zui)佳(jia)寬(kuan)度(du)參數(shu)(shu)重新計算感應線圈(quan)前沿、尾(wei)部(bu)以及整體輸(shu)出感應電動(dong)(dong)勢(shi)曲線，如圖3-4所示(shi)。從圖中(zhong)(zhong)可以看(kan)出，當線圈(quan)移動(dong)(dong)到(dao)缺(que)陷(xian)正上(shang)方時，線圈(quan)前沿感應電動(dong)(dong)勢(shi)輸(shu)出極小值(zhi)(zhi)而尾(wei)部(bu)輸(shu)出極大值(zhi)(zhi)，經差動(dong)(dong)后水平線圈(quan)輸(shu)出電動(dong)(dong)勢(shi)達到(dao)最(zui)大值(zhi)(zhi)。檢(jian)測(ce)線圈(quan)的(de)最(zui)優(you)(you)寬(kuan)度(du)參數(shu)(shu)與缺(que)陷(xian)尺寸(cun)和傳感器提(ti)離(li)值(zhi)(zhi)有關。在實際生產(chan)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)，可根據(ju)鋼管(guan)軋制過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)產(chan)生的(de)自然缺(que)陷(xian)特征對檢(jian)測(ce)線圈(quan)寬(kuan)度(du)進行優(you)(you)化設(she)計，以達到(dao)最(zui)佳(jia)的(de)檢(jian)測(ce)效果。
下面進一(yi)步討論垂直線圈漏磁(ci)信(xin)號輸(shu)出特性(xing)。
如(ru)圖3-5所示(shi)，垂直線(xian)(xian)圈(quan)以(yi)速度(du)，穿越缺(que)陷(xian)上部(bu)漏磁場時(shi)所產生(sheng)的電(dian)動勢(shi)輸出應(ying)為(wei)線(xian)(xian)圈(quan)頂(ding)部(bu)和底(di)部(bu)感(gan)(gan)應(ying)電(dian)動勢(shi)之(zhi)差。設線(xian)(xian)圈(quan)長度(du)為(wei)l、匝數(shu)為(wei)、寬度(du)為(wei)2w、中心提離值為(wei)，線(xian)(xian)圈(quan)頂(ding)部(bu)產生(sheng)電(dian)動勢(shi)為(wei)er，線(xian)(xian)圈(quan)底(di)部(bu)產生(sheng)電(dian)動勢(shi)為(wei)eB，線(xian)(xian)圈(quan)產生(sheng)整體(ti)感(gan)(gan)應(ying)電(dian)動勢(shi)為(wei)Δe，根據法拉第電(dian)磁感(gan)(gan)應(ying)定律可得
從圖3-5中(zhong)可(ke)以看出(chu)，eт、eB和(he)e三者波(bo)形(xing)相(xiang)似，垂(chui)(chui)(chui)直(zhi)線(xian)圈(quan)輸(shu)出(chu)感(gan)(gan)(gan)應電動(dong)勢本(ben)質為(wei)上下兩根導線(xian)在同一時(shi)刻的(de)(de)(de)電動(dong)勢差動(dong)輸(shu)出(chu)。在缺(que)陷(xian)(xian)中(zhong)心位(wei)置，垂(chui)(chui)(chui)直(zhi)線(xian)圈(quan)感(gan)(gan)(gan)應電動(dong)勢輸(shu)出(chu)為(wei)零，而在缺(que)陷(xian)(xian)兩端(duan)附近(jin)感(gan)(gan)(gan)應電動(dong)勢具有最大(da)(da)輸(shu)出(chu)值(zhi)。垂(chui)(chui)(chui)直(zhi)線(xian)圈(quan)頂部(bu)和(he)底部(bu)距(ju)離(li)越大(da)(da)，整體(ti)感(gan)(gan)(gan)應電動(dong)勢輸(shu)出(chu)越大(da)(da)。因此(ci)，在條件允許的(de)(de)(de)情況下，垂(chui)(chui)(chui)直(zhi)線(xian)圈(quan)應盡量貼近(jin)鋼管表面(mian)并可(ke)通過增大(da)(da)線(xian)圈(quan)的(de)(de)(de)寬(kuan)度(du)來提(ti)高電動(dong)勢輸(shu)出(chu)。但在設計線(xian)圈(quan)寬(kuan)度(du)時(shi)必須考慮背景噪聲的(de)(de)(de)影響，垂(chui)(chui)(chui)直(zhi)線(xian)圈(quan)寬(kuan)度(du)越大(da)(da)，線(xian)圈(quan)包含的(de)(de)(de)背景噪聲越多，從而會降低缺(que)陷(xian)(xian)漏(lou)磁信號的(de)(de)(de)信噪比(bi)。
