漏磁場(chang)有(you)兩種拾取方法，既可以(yi)測量漏磁感(gan)應強度(du)的絕對值，也(ye)可以(yi)測量漏磁感(gan)應強度(du)的梯度(du)值。
磁(ci)(ci)場(chang)(chang)傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)的作(zuo)用是將磁(ci)(ci)場(chang)(chang)轉(zhuan)換為電(dian)信(xin)號。按原理(li)可分為體(ti)效(xiao)應(ying)(ying)元件(jian)(jian)、面效(xiao)應(ying)(ying)元件(jian)(jian)、P-N節注入(ru)和表面復(fu)合效(xiao)應(ying)(ying)元件(jian)(jian)、量子效(xiao)應(ying)(ying)元件(jian)(jian)、磁(ci)(ci)致伸縮效(xiao)應(ying)(ying)元件(jian)(jian)和光纖磁(ci)(ci)傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)等。磁(ci)(ci)場(chang)(chang)傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)都是建立在各種效(xiao)應(ying)(ying)和物理(li)現象(xiang)(xiang)的基礎之上的，表3-1給(gei)出了不同(tong)種類磁(ci)(ci)場(chang)(chang)傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)的測量范(fan)圍，它(ta)們(men)的敏感(gan)(gan)(gan)范(fan)圍差異較大。在具(ju)體(ti)應(ying)(ying)用過程中，需(xu)要根據(ju)測量對象(xiang)(xiang)的特點(dian)來選擇(ze)適(shi)合的傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)。
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. 各向異性(xing)磁阻傳感器(qi)
各向異(yi)性磁(ci)(ci)阻(zu)(zu)傳(chuan)感器(qi) AMR（Anisotropic Magneto-Resistive sensors）由(you)沉積在硅片上(shang)的(de)(de)坡莫合金（Ni80Fe20）薄膜(mo)形成(cheng)電阻(zu)(zu)，沉積時外加磁(ci)(ci)場，形成(cheng)易磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)軸方(fang)(fang)(fang)向。易磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)軸方(fang)(fang)(fang)向是(shi)指各向異(yi)性的(de)(de)磁(ci)(ci)體能獲得最佳磁(ci)(ci)性能的(de)(de)方(fang)(fang)(fang)向，也就是(shi)無(wu)外界磁(ci)(ci)干擾時磁(ci)(ci)疇(chou)整(zheng)齊排(pai)列的(de)(de)方(fang)(fang)(fang)向。鐵磁(ci)(ci)材料的(de)(de)電阻(zu)(zu)與(yu)(yu)(yu)電流(liu)(liu)和磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)方(fang)(fang)(fang)向的(de)(de)夾(jia)角有關，電流(liu)(liu)與(yu)(yu)(yu)磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)方(fang)(fang)(fang)向平行時電阻(zu)(zu)R最大(da)，電流(liu)(liu)與(yu)(yu)(yu)磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)方(fang)(fang)(fang)向垂直時電阻(zu)(zu)Rmin最小(xiao)，電流(liu)(liu)與(yu)(yu)(yu)磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)方(fang)(fang)(fang)向成(cheng)0角時，電阻(zu)(zu)可表示為(wei)
R=Rmin+(Rmax-Rmin)cos2θ (3-2)
在磁阻(zu)傳(chuan)感器中，為了消除溫(wen)度(du)等外(wai)界因素(su)對輸出的(de)(de)影響，一般由4個相同的(de)(de)磁阻(zu)元件構成惠斯通電橋。理論分析(xi)與(yu)實踐表明(ming)，采用45°偏置磁場(chang)，當沿與(yu)易磁化(hua)軸垂直(zhi)的(de)(de)方向施加外(wai)磁場(chang)，且外(wai)磁場(chang)強度(du)不(bu)太大時(shi)，電橋輸出與(yu)外(wai)加磁場(chang)強度(du)呈線性關系。
2. 磁(ci)通(tong)門(men)
磁(ci)(ci)(ci)(ci)通門傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器又稱為磁(ci)(ci)(ci)(ci)飽和式(shi)磁(ci)(ci)(ci)(ci)敏(min)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器，它是利用(yong)某些高磁(ci)(ci)(ci)(ci)導率的(de)軟磁(ci)(ci)(ci)(ci)性材(cai)料（如坡莫合(he)金）做磁(ci)(ci)(ci)(ci)心，以其在交直流(liu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)作用(yong)下的(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)飽和特性以及(ji)法拉第電磁(ci)(ci)(ci)(ci)感(gan)(gan)應原(yuan)理研制(zhi)的(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)測(ce)量裝(zhuang)置(zhi)。
這種磁敏傳感器的最大特點是適合測量零磁場附近的弱(ruo)磁場。傳感器體(ti)積小(xiao)，重量輕，功耗低，不受磁場梯(ti)度(du)(du)影響，測量的靈敏度(du)(du)可(ke)(ke)達0.01nT，并且可(ke)(ke)以和磁秤混合使用(yong)。該裝置已普遍(bian)應用(yong)于(yu)航空、地面(mian)(mian)、測井等方(fang)面(mian)(mian)的磁法(fa)勘探工作中。在(zai)軍事上，也(ye)可(ke)(ke)用(yong)于(yu)尋找地下武器（炮彈、地雷等）和反潛(qian)。還(huan)可(ke)(ke)用(yong)于(yu)預報天然(ran)地震及空間(jian)磁測等。
3. 巨(ju)磁阻(zu)元(yuan)件(jian)
物質在(zai)一(yi)定磁場作(zuo)用下(xia)電阻(zu)發(fa)生(sheng)改變(bian)的(de)(de)(de)(de)現象(xiang)，稱為(wei)(wei)磁阻(zu)效(xiao)應。磁性(xing)金屬和合(he)金材料(liao)一(yi)般(ban)都有(you)(you)這種現象(xiang)。一(yi)般(ban)情況(kuang)下(xia)，物質的(de)(de)(de)(de)電阻(zu)率在(zai)磁場中僅發(fa)生(sheng)微小的(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)，但在(zai)某種條(tiao)件下(xia)，電阻(zu)變(bian)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)幅度相當(dang)大，比通常情況(kuang)下(xia)高(gao)十余倍(bei)，稱為(wei)(wei)巨磁阻(zu)效(xiao)應（GMR）。這種效(xiao)應來自(zi)于載流電子(zi)的(de)(de)(de)(de)不同(tong)自(zi)旋(xuan)狀態與(yu)磁場的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用不同(tong)，因而導致電阻(zu)值的(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)。GMR是一(yi)個量(liang)子(zi)力(li)學效(xiao)應，它(ta)是在(zai)層狀的(de)(de)(de)(de)磁性(xing)薄(bo)膜結構(gou)中觀察到(dao)的(de)(de)(de)(de)，這種結構(gou)由鐵磁材料(liao)和非磁材料(liao)薄(bo)層交替疊合(he)而成。當(dang)鐵磁層的(de)(de)(de)(de)磁矩相互平行時(shi)(shi)，載流子(zi)與(yu)自(zi)旋(xuan)有(you)(you)關的(de)(de)(de)(de)散(san)(san)射(she)最(zui)小，材料(liao)有(you)(you)最(zui)小的(de)(de)(de)(de)電阻(zu)。當(dang)鐵磁層的(de)(de)(de)(de)磁矩為(wei)(wei)反(fan)向平行時(shi)(shi)，與(yu)自(zi)旋(xuan)有(you)(you)關的(de)(de)(de)(de)散(san)(san)射(she)最(zui)強，材料(liao)的(de)(de)(de)(de)電阻(zu)最(zui)大。
構成(cheng)GMR磁(ci)頭和傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器的(de)(de)核心元(yuan)(yuan)(yuan)件(jian)(jian)(jian)(jian)是自(zi)旋(xuan)閥（spin valve）元(yuan)(yuan)(yuan)件(jian)(jian)(jian)(jian)。它(ta)的(de)(de)基本結構是由(you)(you)釘(ding)扎磁(ci)性層(ceng)(ceng)(ceng)（如(ru)Co）、Cu間隔層(ceng)(ceng)(ceng)和自(zi)由(you)(you)磁(ci)性層(ceng)(ceng)(ceng)（如(ru)NiFe等(deng)易(yi)磁(ci)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)）組成(cheng)的(de)(de)多層(ceng)(ceng)(ceng)膜(mo)。由(you)(you)于釘(ding)扎磁(ci)性層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)磁(ci)矩(ju)與自(zi)由(you)(you)磁(ci)性層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)磁(ci)矩(ju)之間的(de)(de)夾(jia)角發生變(bian)(bian)化(hua)(hua)會導致SV-GMR元(yuan)(yuan)(yuan)件(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)電阻值改變(bian)(bian)，進而使(shi)(shi)輸出電流發生變(bian)(bian)化(hua)(hua)。運用(yong)SV-GMR元(yuan)(yuan)(yuan)件(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)磁(ci)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器，其檢測靈敏度比使(shi)(shi)用(yong)MR元(yuan)(yuan)(yuan)件(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)高(gao)幾個數量級，更(geng)容(rong)易(yi)集成(cheng)化(hua)(hua)，封裝尺寸更(geng)小(xiao)，可(ke)靠性更(geng)高(gao)。它(ta)不僅可(ke)以(yi)取代以(yi)前的(de)(de)MR傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器，還(huan)可(ke)以(yi)制成(cheng)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器陣列，實現智能(neng)化(hua)(hua)，用(yong)來表述通行(xing)車輛、飛機機翼(yi)、建筑防護裝置(zhi)(zhi)或管道系統中隱蔽(bi)缺陷的(de)(de)特征，跟蹤地磁(ci)場的(de)(de)異常現象等(deng)。當前，GMR傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器已在(zai)液壓氣缸位置(zhi)(zhi)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)、真假紙(zhi)幣識別、軸(zhou)承編碼(ma)、電流檢測與控(kong)制、旋(xuan)轉位置(zhi)(zhi)檢測、車輛通行(xing)情況檢測等(deng)領域得到應(ying)用(yong)。
4. 霍爾元件
霍(huo)爾元(yuan)件(jian)在漏磁檢測中(zhong)(zhong)應用較為(wei)廣泛。霍(huo)爾元(yuan)件(jian)是由半導體(ti)材(cai)料制成(cheng)的一種晶(jing)體(ti)。當給晶(jing)體(ti)材(cai)料通(tong)以電流并置于磁場之中(zhong)(zhong)時，在晶(jing)體(ti)的兩面就會產(chan)生電壓，電壓的大小與磁場強度成(cheng)正比關(guan)系(xi)。
固體導電(dian)(dian)(dian)材料幾乎可以使電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)暢通(tong)無阻地流過(guo)，就像傳(chuan)統(tong)的臺球模型(xing)演示的那樣，晶體點陣(zhen)上的離(li)子(zi)(zi)不會使傳(chuan)導電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)發(fa)生折射(she)。當電(dian)(dian)(dian)流由(you)晶體的一端輸入時(shi)，電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)或者(zhe)相互(hu)之間發(fa)生折射(she)，或者(zhe)向著晶體的另(ling)一端折射(she)。
根據固體(ti)物理理論可知，晶體(ti)上的電壓Vh為： Vh=RhIBz/b (3-3)
式(shi)中，1為(wei)(wei)所使用的電(dian)流；Bz為(wei)(wei)磁場強度(du)在(zai)垂直于電(dian)流方向上的分(fen)量(liang)；b為(wei)(wei)晶(jing)體在(zai)磁場方向上的厚度(du)；Rh為(wei)(wei)霍爾系數。
一般情(qing)況下，如果晶體與磁(ci)場B之間成(cheng)一定夾角，則 B2=Beosθ。
由金(jin)屬制成的(de)(de)霍(huo)(huo)(huo)爾(er)(er)(er)元(yuan)(yuan)件并不是最(zui)好(hao)的(de)(de)，因(yin)為(wei)金(jin)屬的(de)(de)霍(huo)(huo)(huo)爾(er)(er)(er)系數(shu)(shu)都很低。根據霍(huo)(huo)(huo)爾(er)(er)(er)元(yuan)(yuan)件工作(zuo)(zuo)原理，霍(huo)(huo)(huo)爾(er)(er)(er)系數(shu)(shu)越(yue)大，霍(huo)(huo)(huo)爾(er)(er)(er)電壓也(ye)就越(yue)高(gao)。因(yin)此(ci)，在制作(zuo)(zuo)霍(huo)(huo)(huo)爾(er)(er)(er)元(yuan)(yuan)件時，一般選用元(yuan)(yuan)素周期(qi)表中第(di)II和(he)第(di)IV族(zu)元(yuan)(yuan)素混合制作(zuo)(zuo)，而且其對溫(wen)度的(de)(de)變(bian)化也(ye)最(zui)不敏感。此(ci)區(qu)域的(de)(de)元(yuan)(yuan)素，載(zai)流子(zi)一般為(wei)空位而不是電子(zi)。
5. 感應線(xian)圈
感(gan)(gan)(gan)(gan)應(ying)(ying)(ying)線圈是(shi)鋼(gang)管漏磁檢測中應(ying)(ying)(ying)用最為廣泛的磁敏傳感(gan)(gan)(gan)(gan)器，主(zhu)要有水(shui)平和垂直線圈兩種布(bu)置方(fang)式，如圖3-2所示。根(gen)據提離(li)效應(ying)(ying)(ying)和法拉(la)第電(dian)磁感(gan)(gan)(gan)(gan)應(ying)(ying)(ying)定(ding)律，為了使檢測信號與缺陷特征之間具(ju)有良好的對應(ying)(ying)(ying)關(guan)系，感(gan)(gan)(gan)(gan)應(ying)(ying)(ying)線圈提離(li)距離(li)以及(ji)掃查速度應(ying)(ying)(ying)盡量保持恒定(ding)。
水平線(xian)圈(quan)以速度v穿越(yue)缺陷上部漏磁場時所產(chan)(chan)生的(de)感應電(dian)(dian)動勢應為線(xian)圈(quan)前沿和(he)尾部感應電(dian)(dian)動勢之差。設線(xian)圈(quan)長度為l、寬度為2w、提離值為h1、匝數為，線(xian)圈(quan)前沿產(chan)(chan)生電(dian)(dian)動勢為SueR，線(xian)圈(quan)尾部產(chan)(chan)生電(dian)(dian)動勢為eL，線(xian)圈(quan)產(chan)(chan)生感應電(dian)(dian)動勢為Δe，根據法拉第電(dian)(dian)磁感應定律可得(de)
此外，從圖3-3中可(ke)以(yi)看出，水平線(xian)圈輸出感應(ying)電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)勢本質為(wei)處(chu)于(yu)同一(yi)提離(li)高度(du)的前后導線(xian)在(zai)同一(yi)時(shi)刻的電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)勢差(cha)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)輸出。因此，感應(ying)線(xian)圈電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)勢輸出與線(xian)圈寬(kuan)度(du)有(you)關(guan)，并(bing)存在(zai)最佳寬(kuan)度(du)使得(de)線(xian)圈輸出最大(da)感應(ying)電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)勢。此時(shi)，線(xian)圈運動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)至缺陷中間(jian)位(wei)置，并(bing)且前沿(yan)產生(sheng)正向極(ji)值電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)勢而尾部產生(sheng)反(fan)向極(ji)值電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)勢，經過差(cha)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)后可(ke)獲(huo)取最高感應(ying)電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)勢輸出。根據式（3-11），當x=0時(shi)，可(ke)獲(huo)得(de)感應(ying)線(xian)圈位(wei)于(yu)缺陷中間(jian)位(wei)置時(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)勢Δeo與線(xian)圈寬(kuan)度(du)參數w的關(guan)系式Δeo(w)，即
同樣(yang)，設置缺(que)(que)陷寬(kuan)度(du)(du)2b為(wei)0.5mm，深度(du)(du)d為(wei)0.75mm以及(ji)感(gan)(gan)應(ying)(ying)線(xian)(xian)圈提離(li)高度(du)(du)h1為(wei)0.25mm，根(gen)(gen)據(ju)式(shi)（3-13）可(ke)獲得(de)最(zui)佳(jia)線(xian)(xian)圈寬(kuan)度(du)(du)參(can)數wo為(wei)0.3253mm。根(gen)(gen)據(ju)線(xian)(xian)圈最(zui)佳(jia)寬(kuan)度(du)(du)參(can)數重新計算感(gan)(gan)應(ying)(ying)線(xian)(xian)圈前(qian)(qian)沿(yan)、尾部以及(ji)整體輸(shu)(shu)出(chu)感(gan)(gan)應(ying)(ying)電(dian)動勢(shi)(shi)曲(qu)線(xian)(xian)，如(ru)圖(tu)3-4所示。從圖(tu)中可(ke)以看出(chu)，當線(xian)(xian)圈移動到(dao)缺(que)(que)陷正上(shang)方(fang)時，線(xian)(xian)圈前(qian)(qian)沿(yan)感(gan)(gan)應(ying)(ying)電(dian)動勢(shi)(shi)輸(shu)(shu)出(chu)極小值而尾部輸(shu)(shu)出(chu)極大值，經差(cha)動后(hou)水平(ping)線(xian)(xian)圈輸(shu)(shu)出(chu)電(dian)動勢(shi)(shi)達(da)到(dao)最(zui)大值。檢(jian)測(ce)線(xian)(xian)圈的(de)最(zui)優(you)寬(kuan)度(du)(du)參(can)數與(yu)缺(que)(que)陷尺寸和傳感(gan)(gan)器提離(li)值有關。在實(shi)際生產過(guo)程中，可(ke)根(gen)(gen)據(ju)鋼管軋(ya)制過(guo)程中產生的(de)自然缺(que)(que)陷特征對檢(jian)測(ce)線(xian)(xian)圈寬(kuan)度(du)(du)進行優(you)化設計，以達(da)到(dao)最(zui)佳(jia)的(de)檢(jian)測(ce)效果。
下(xia)面進一步討論垂直線圈漏磁信號輸出特性。
如(ru)圖3-5所(suo)示，垂直(zhi)線(xian)圈(quan)以速度(du)，穿越缺(que)陷(xian)上(shang)部(bu)漏磁(ci)場(chang)時(shi)所(suo)產(chan)生的電動(dong)勢(shi)輸(shu)出應(ying)為線(xian)圈(quan)頂部(bu)和底(di)部(bu)感(gan)(gan)應(ying)電動(dong)勢(shi)之(zhi)差。設線(xian)圈(quan)長度(du)為l、匝數(shu)為、寬度(du)為2w、中心(xin)提(ti)離值為，線(xian)圈(quan)頂部(bu)產(chan)生電動(dong)勢(shi)為er，線(xian)圈(quan)底(di)部(bu)產(chan)生電動(dong)勢(shi)為eB，線(xian)圈(quan)產(chan)生整體感(gan)(gan)應(ying)電動(dong)勢(shi)為Δe，根據法拉第(di)電磁(ci)感(gan)(gan)應(ying)定律可得
從(cong)圖3-5中可以(yi)看出，eт、eB和e三者波形相似(si)，垂直(zhi)(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)輸(shu)出感應電動(dong)(dong)勢(shi)(shi)本質為(wei)上下兩根導(dao)線(xian)(xian)在(zai)同一(yi)時刻(ke)的電動(dong)(dong)勢(shi)(shi)差動(dong)(dong)輸(shu)出。在(zai)缺陷(xian)中心位置，垂直(zhi)(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)感應電動(dong)(dong)勢(shi)(shi)輸(shu)出為(wei)零(ling)，而在(zai)缺陷(xian)兩端(duan)附(fu)近(jin)感應電動(dong)(dong)勢(shi)(shi)具有最大輸(shu)出值(zhi)。垂直(zhi)(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)頂部和底部距(ju)離(li)越(yue)大，整(zheng)體感應電動(dong)(dong)勢(shi)(shi)輸(shu)出越(yue)大。因(yin)此，在(zai)條件允許的情況下，垂直(zhi)(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)應盡量貼近(jin)鋼管(guan)表面(mian)并可通(tong)過(guo)增大線(xian)(xian)圈(quan)的寬(kuan)(kuan)度(du)來(lai)提高電動(dong)(dong)勢(shi)(shi)輸(shu)出。但(dan)在(zai)設計線(xian)(xian)圈(quan)寬(kuan)(kuan)度(du)時必須考(kao)慮背景噪(zao)聲(sheng)的影響，垂直(zhi)(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)寬(kuan)(kuan)度(du)越(yue)大，線(xian)(xian)圈(quan)包含的背景噪(zao)聲(sheng)越(yue)多，從(cong)而會降低缺陷(xian)漏磁信號的信噪(zao)比。
