漏(lou)磁場有兩種拾取方(fang)法(fa)，既可以(yi)測量漏(lou)磁感應強度(du)的絕(jue)對值，也可以(yi)測量漏(lou)磁感應強度(du)的梯度(du)值。
磁(ci)(ci)場(chang)傳(chuan)感器的(de)(de)(de)作用是(shi)將(jiang)磁(ci)(ci)場(chang)轉(zhuan)換(huan)為(wei)電信號。按原理可(ke)分為(wei)體效應元件、面效應元件、P-N節注入(ru)和(he)表面復合效應元件、量子效應元件、磁(ci)(ci)致伸縮效應元件和(he)光(guang)纖(xian)磁(ci)(ci)傳(chuan)感器等。磁(ci)(ci)場(chang)傳(chuan)感器都是(shi)建立在(zai)(zai)各種(zhong)效應和(he)物理現象(xiang)的(de)(de)(de)基礎之上(shang)的(de)(de)(de)，表3-1給出(chu)了不同種(zhong)類磁(ci)(ci)場(chang)傳(chuan)感器的(de)(de)(de)測量范(fan)圍(wei)，它們的(de)(de)(de)敏感范(fan)圍(wei)差異(yi)較大。在(zai)(zai)具體應用過程中(zhong)，需(xu)要根據測量對象(xiang)的(de)(de)(de)特點來(lai)選擇適合的(de)(de)(de)傳(chuan)感器。
在不(bu)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(zu)傳(chuan)感器
各向(xiang)(xiang)(xiang)異性(xing)磁(ci)(ci)(ci)阻(zu)傳感器(qi) AMR（Anisotropic Magneto-Resistive sensors）由沉(chen)積在硅(gui)片上的(de)(de)坡莫合金(jin)（Ni80Fe20）薄(bo)膜(mo)形(xing)成電(dian)阻(zu)，沉(chen)積時(shi)(shi)外加磁(ci)(ci)(ci)場，形(xing)成易(yi)磁(ci)(ci)(ci)化軸方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)。易(yi)磁(ci)(ci)(ci)化軸方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)是(shi)指各向(xiang)(xiang)(xiang)異性(xing)的(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)體(ti)能獲得(de)最佳磁(ci)(ci)(ci)性(xing)能的(de)(de)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)，也(ye)就是(shi)無外界磁(ci)(ci)(ci)干擾(rao)時(shi)(shi)磁(ci)(ci)(ci)疇整(zheng)齊(qi)排列的(de)(de)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)。鐵磁(ci)(ci)(ci)材料的(de)(de)電(dian)阻(zu)與(yu)電(dian)流和磁(ci)(ci)(ci)化方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)夾角(jiao)有關，電(dian)流與(yu)磁(ci)(ci)(ci)化方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)平(ping)行時(shi)(shi)電(dian)阻(zu)R最大，電(dian)流與(yu)磁(ci)(ci)(ci)化方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)垂(chui)直時(shi)(shi)電(dian)阻(zu)Rmin最小，電(dian)流與(yu)磁(ci)(ci)(ci)化方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)成0角(jiao)時(shi)(shi)，電(dian)阻(zu)可表示為
R=Rmin+(Rmax-Rmin)cos2θ (3-2)
在磁阻傳感(gan)器中，為了消除溫(wen)度等(deng)外界因(yin)素(su)對(dui)輸出(chu)的(de)影響，一般由(you)4個相同(tong)的(de)磁阻元(yuan)件構成惠斯通電(dian)(dian)橋。理論分析與實踐表明(ming)，采用45°偏(pian)置磁場，當沿與易磁化軸垂直的(de)方向施加外磁場，且外磁場強度不太大時(shi)，電(dian)(dian)橋輸出(chu)與外加磁場強度呈線(xian)性關系。
2. 磁通門
磁通門傳感器(qi)又稱(cheng)為磁飽和(he)式磁敏(min)傳感器(qi)，它是利用某些高(gao)磁導率的(de)軟磁性(xing)材料（如坡莫(mo)合金）做磁心，以其在交直(zhi)流磁場(chang)作用下的(de)磁飽和(he)特性(xing)以及法拉(la)第電磁感應原理研制的(de)磁場(chang)測(ce)量裝置。
這種磁(ci)(ci)敏傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)的(de)最大特點(dian)是適(shi)合測量零磁(ci)(ci)場附近的(de)弱(ruo)磁(ci)(ci)場。傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)體(ti)積小，重(zhong)量輕，功耗低，不(bu)受磁(ci)(ci)場梯度影響，測量的(de)靈敏度可(ke)達0.01nT，并且可(ke)以和磁(ci)(ci)秤混合使(shi)用。該裝(zhuang)置(zhi)已普遍(bian)應用于(yu)航空、地(di)(di)面(mian)、測井等方(fang)面(mian)的(de)磁(ci)(ci)法勘探工作中。在軍事上，也可(ke)用于(yu)尋(xun)找地(di)(di)下(xia)武器(qi)（炮彈、地(di)(di)雷(lei)等）和反潛。還可(ke)用于(yu)預報天(tian)然地(di)(di)震及(ji)空間磁(ci)(ci)測等。
3. 巨磁(ci)阻元件(jian)
物質(zhi)在(zai)(zai)一定磁場作(zuo)用下電(dian)阻(zu)發(fa)生(sheng)(sheng)改變的(de)現(xian)象(xiang)(xiang)，稱(cheng)為(wei)磁阻(zu)效(xiao)應。磁性金屬(shu)和合金材(cai)(cai)料(liao)一般(ban)(ban)都有(you)這種(zhong)現(xian)象(xiang)(xiang)。一般(ban)(ban)情(qing)況下，物質(zhi)的(de)電(dian)阻(zu)率在(zai)(zai)磁場中僅(jin)發(fa)生(sheng)(sheng)微小的(de)變化(hua)，但(dan)在(zai)(zai)某(mou)種(zhong)條件下，電(dian)阻(zu)變化(hua)的(de)幅度相當大，比(bi)通常情(qing)況下高十余倍，稱(cheng)為(wei)巨磁阻(zu)效(xiao)應（GMR）。這種(zhong)效(xiao)應來自于載(zai)流電(dian)子(zi)的(de)不同自旋狀態與(yu)磁場的(de)作(zuo)用不同，因而導致(zhi)電(dian)阻(zu)值的(de)變化(hua)。GMR是一個量子(zi)力學效(xiao)應，它是在(zai)(zai)層狀的(de)磁性薄膜(mo)結(jie)(jie)構中觀察(cha)到的(de)，這種(zhong)結(jie)(jie)構由鐵磁材(cai)(cai)料(liao)和非磁材(cai)(cai)料(liao)薄層交替疊合而成。當鐵磁層的(de)磁矩相互平行(xing)時(shi)，載(zai)流子(zi)與(yu)自旋有(you)關的(de)散(san)射最(zui)(zui)小，材(cai)(cai)料(liao)有(you)最(zui)(zui)小的(de)電(dian)阻(zu)。當鐵磁層的(de)磁矩為(wei)反向平行(xing)時(shi)，與(yu)自旋有(you)關的(de)散(san)射最(zui)(zui)強，材(cai)(cai)料(liao)的(de)電(dian)阻(zu)最(zui)(zui)大。
構(gou)(gou)成GMR磁(ci)(ci)頭和傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)核心元(yuan)件(jian)是自(zi)旋閥（spin valve）元(yuan)件(jian)。它的(de)(de)(de)基(ji)本結(jie)構(gou)(gou)是由(you)釘扎(zha)磁(ci)(ci)性層(ceng)(ceng)（如Co）、Cu間(jian)隔層(ceng)(ceng)和自(zi)由(you)磁(ci)(ci)性層(ceng)(ceng)（如NiFe等易(yi)(yi)磁(ci)(ci)化(hua)層(ceng)(ceng)）組成的(de)(de)(de)多層(ceng)(ceng)膜。由(you)于釘扎(zha)磁(ci)(ci)性層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)矩與自(zi)由(you)磁(ci)(ci)性層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)矩之間(jian)的(de)(de)(de)夾角發生變化(hua)會導(dao)致SV-GMR元(yuan)件(jian)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)阻值改變，進而(er)使輸出電(dian)(dian)流(liu)發生變化(hua)。運用(yong)(yong)SV-GMR元(yuan)件(jian)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)，其(qi)檢測靈敏度比(bi)使用(yong)(yong)MR元(yuan)件(jian)的(de)(de)(de)高幾個數量級，更(geng)容易(yi)(yi)集(ji)成化(hua)，封裝(zhuang)尺寸更(geng)小，可(ke)(ke)靠性更(geng)高。它不僅可(ke)(ke)以取(qu)代(dai)以前的(de)(de)(de)MR傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)，還(huan)可(ke)(ke)以制(zhi)成傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)陣(zhen)列，實現智(zhi)能化(hua)，用(yong)(yong)來表述通行(xing)車輛(liang)、飛機機翼、建筑防護裝(zhuang)置(zhi)或管道系統中隱蔽缺陷(xian)的(de)(de)(de)特征，跟(gen)蹤地磁(ci)(ci)場的(de)(de)(de)異常現象(xiang)等。當前，GMR傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)已(yi)在液壓氣缸位(wei)置(zhi)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)、真假紙(zhi)幣識別、軸承編碼(ma)、電(dian)(dian)流(liu)檢測與控制(zhi)、旋轉位(wei)置(zhi)檢測、車輛(liang)通行(xing)情(qing)況檢測等領域得到應用(yong)(yong)。
4. 霍爾元(yuan)件
霍爾元件在漏磁檢測中應用較為(wei)廣泛。霍爾元件是由半導(dao)體(ti)材(cai)料制(zhi)成的(de)(de)(de)一(yi)種晶體(ti)。當(dang)給(gei)晶體(ti)材(cai)料通以(yi)電(dian)流并置(zhi)于磁場(chang)之中時，在晶體(ti)的(de)(de)(de)兩(liang)面就會產生電(dian)壓，電(dian)壓的(de)(de)(de)大小與磁場(chang)強度成正比關系。
固體導電(dian)材料幾乎可以使電(dian)子暢通無(wu)阻地流(liu)過，就(jiu)像(xiang)傳(chuan)統的臺球(qiu)模型演示的那樣，晶(jing)體點陣上的離(li)子不會(hui)使傳(chuan)導電(dian)子發生(sheng)折射(she)。當電(dian)流(liu)由(you)晶(jing)體的一端輸入時，電(dian)子或(huo)者(zhe)相互(hu)之間發生(sheng)折射(she)，或(huo)者(zhe)向著晶(jing)體的另(ling)一端折射(she)。
根(gen)據固體物(wu)理理論可知，晶體上的電壓Vh為(wei)： Vh=RhIBz/b (3-3)
式中，1為所使用(yong)的電流(liu)；Bz為磁(ci)場(chang)強度(du)在垂直于電流(liu)方(fang)向(xiang)上(shang)的分量(liang)；b為晶體在磁(ci)場(chang)方(fang)向(xiang)上(shang)的厚度(du)；Rh為霍爾系數(shu)。
一般(ban)情(qing)況下(xia)，如果晶體與磁場B之(zhi)間成(cheng)一定夾角，則 B2=Beosθ。
由金屬制(zhi)(zhi)成的(de)霍(huo)爾(er)(er)元(yuan)件并不是最(zui)(zui)好的(de)，因為金屬的(de)霍(huo)爾(er)(er)系(xi)數(shu)都(dou)很低。根據(ju)霍(huo)爾(er)(er)元(yuan)件工作原(yuan)理，霍(huo)爾(er)(er)系(xi)數(shu)越(yue)大，霍(huo)爾(er)(er)電(dian)壓(ya)也(ye)就越(yue)高。因此，在制(zhi)(zhi)作霍(huo)爾(er)(er)元(yuan)件時，一般選用元(yuan)素周期(qi)表(biao)中第II和第IV族(zu)元(yuan)素混合制(zhi)(zhi)作，而(er)且其對溫度(du)的(de)變化(hua)也(ye)最(zui)(zui)不敏感。此區域的(de)元(yuan)素，載流子一般為空位而(er)不是電(dian)子。
5. 感應(ying)線(xian)圈
感應(ying)線圈是(shi)鋼(gang)管漏磁檢測(ce)中應(ying)用最(zui)為(wei)廣泛的(de)磁敏(min)傳感器，主要有水平(ping)和(he)垂(chui)直線圈兩種布置方式，如圖3-2所(suo)示。根(gen)據提離效(xiao)應(ying)和(he)法拉第電磁感應(ying)定(ding)(ding)律，為(wei)了(le)使(shi)檢測(ce)信(xin)號與缺陷(xian)特征之間具(ju)有良好的(de)對應(ying)關系(xi)，感應(ying)線圈提離距離以及掃查速度應(ying)盡量(liang)保持恒定(ding)(ding)。
水平線(xian)(xian)(xian)圈(quan)以速度(du)(du)v穿越(yue)缺陷(xian)上部漏磁(ci)場時所產(chan)(chan)生的(de)感應(ying)電動勢(shi)應(ying)為線(xian)(xian)(xian)圈(quan)前沿和尾(wei)部感應(ying)電動勢(shi)之差。設線(xian)(xian)(xian)圈(quan)長(chang)度(du)(du)為l、寬度(du)(du)為2w、提離值為h1、匝數為，線(xian)(xian)(xian)圈(quan)前沿產(chan)(chan)生電動勢(shi)為SueR，線(xian)(xian)(xian)圈(quan)尾(wei)部產(chan)(chan)生電動勢(shi)為eL，線(xian)(xian)(xian)圈(quan)產(chan)(chan)生感應(ying)電動勢(shi)為Δe，根(gen)據(ju)法拉第電磁(ci)感應(ying)定律可得
此(ci)外(wai)，從圖3-3中(zhong)可(ke)以(yi)看出，水(shui)平線(xian)(xian)圈(quan)(quan)輸(shu)(shu)(shu)出感(gan)(gan)(gan)應(ying)電動(dong)(dong)勢本質為(wei)處(chu)于同一(yi)提離高度的前后導(dao)線(xian)(xian)在同一(yi)時刻的電動(dong)(dong)勢差動(dong)(dong)輸(shu)(shu)(shu)出。因此(ci)，感(gan)(gan)(gan)應(ying)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)電動(dong)(dong)勢輸(shu)(shu)(shu)出與線(xian)(xian)圈(quan)(quan)寬度有關，并存在最佳寬度使得線(xian)(xian)圈(quan)(quan)輸(shu)(shu)(shu)出最大感(gan)(gan)(gan)應(ying)電動(dong)(dong)勢。此(ci)時，線(xian)(xian)圈(quan)(quan)運(yun)動(dong)(dong)至(zhi)缺(que)陷(xian)中(zhong)間(jian)位(wei)置，并且(qie)前沿產生正(zheng)向(xiang)極值電動(dong)(dong)勢而尾(wei)部產生反向(xiang)極值電動(dong)(dong)勢，經(jing)過差動(dong)(dong)后可(ke)獲(huo)取(qu)最高感(gan)(gan)(gan)應(ying)電動(dong)(dong)勢輸(shu)(shu)(shu)出。根據(ju)式（3-11），當x=0時，可(ke)獲(huo)得感(gan)(gan)(gan)應(ying)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)位(wei)于缺(que)陷(xian)中(zhong)間(jian)位(wei)置時電動(dong)(dong)勢Δeo與線(xian)(xian)圈(quan)(quan)寬度參(can)數(shu)w的關系式Δeo(w)，即(ji)
同樣(yang)，設置缺陷(xian)寬度(du)(du)(du)2b為0.5mm，深度(du)(du)(du)d為0.75mm以(yi)及感(gan)應線(xian)(xian)圈提(ti)(ti)離(li)高度(du)(du)(du)h1為0.25mm，根(gen)據式(shi)（3-13）可(ke)獲得最(zui)(zui)佳線(xian)(xian)圈寬度(du)(du)(du)參數(shu)wo為0.3253mm。根(gen)據線(xian)(xian)圈最(zui)(zui)佳寬度(du)(du)(du)參數(shu)重(zhong)新計算感(gan)應線(xian)(xian)圈前沿、尾部(bu)以(yi)及整(zheng)體輸(shu)出(chu)(chu)感(gan)應電動勢(shi)曲線(xian)(xian)，如圖3-4所示。從(cong)圖中可(ke)以(yi)看出(chu)(chu)，當線(xian)(xian)圈移動到缺陷(xian)正上方時，線(xian)(xian)圈前沿感(gan)應電動勢(shi)輸(shu)出(chu)(chu)極(ji)小(xiao)值(zhi)而尾部(bu)輸(shu)出(chu)(chu)極(ji)大值(zhi)，經差動后(hou)水平(ping)線(xian)(xian)圈輸(shu)出(chu)(chu)電動勢(shi)達到最(zui)(zui)大值(zhi)。檢測(ce)線(xian)(xian)圈的最(zui)(zui)優(you)寬度(du)(du)(du)參數(shu)與缺陷(xian)尺寸(cun)和傳感(gan)器提(ti)(ti)離(li)值(zhi)有關。在(zai)實際生(sheng)產(chan)過(guo)程中，可(ke)根(gen)據鋼管軋(ya)制過(guo)程中產(chan)生(sheng)的自然(ran)缺陷(xian)特征對檢測(ce)線(xian)(xian)圈寬度(du)(du)(du)進行優(you)化設計，以(yi)達到最(zui)(zui)佳的檢測(ce)效(xiao)果(guo)。
下面進(jin)一步討論(lun)垂直(zhi)線圈漏磁(ci)信(xin)號輸(shu)出特性。
如(ru)圖(tu)3-5所示(shi)，垂直線(xian)(xian)(xian)圈(quan)以(yi)速度(du)，穿(chuan)越缺(que)陷上部(bu)(bu)漏磁(ci)場時(shi)所產(chan)(chan)(chan)生的電動(dong)勢(shi)輸出(chu)應(ying)為(wei)(wei)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)頂(ding)部(bu)(bu)和底部(bu)(bu)感應(ying)電動(dong)勢(shi)之差。設線(xian)(xian)(xian)圈(quan)長度(du)為(wei)(wei)l、匝數為(wei)(wei)、寬度(du)為(wei)(wei)2w、中(zhong)心提離值為(wei)(wei)，線(xian)(xian)(xian)圈(quan)頂(ding)部(bu)(bu)產(chan)(chan)(chan)生電動(dong)勢(shi)為(wei)(wei)er，線(xian)(xian)(xian)圈(quan)底部(bu)(bu)產(chan)(chan)(chan)生電動(dong)勢(shi)為(wei)(wei)eB，線(xian)(xian)(xian)圈(quan)產(chan)(chan)(chan)生整體感應(ying)電動(dong)勢(shi)為(wei)(wei)Δe，根據(ju)法拉第電磁(ci)感應(ying)定律可得
從圖3-5中可以看出(chu)，eт、eB和(he)e三者波形相似，垂(chui)直(zhi)(zhi)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)輸出(chu)感(gan)應電(dian)(dian)(dian)動(dong)勢(shi)本質為上下兩根導線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)在同一時(shi)刻的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)動(dong)勢(shi)差(cha)動(dong)輸出(chu)。在缺(que)陷中心(xin)位置(zhi)，垂(chui)直(zhi)(zhi)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)感(gan)應電(dian)(dian)(dian)動(dong)勢(shi)輸出(chu)為零(ling)，而在缺(que)陷兩端附(fu)近感(gan)應電(dian)(dian)(dian)動(dong)勢(shi)具有最大(da)(da)(da)輸出(chu)值。垂(chui)直(zhi)(zhi)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)頂部和(he)底部距離越(yue)(yue)大(da)(da)(da)，整(zheng)體感(gan)應電(dian)(dian)(dian)動(dong)勢(shi)輸出(chu)越(yue)(yue)大(da)(da)(da)。因(yin)此，在條件允許的(de)(de)(de)情況(kuang)下，垂(chui)直(zhi)(zhi)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)應盡量貼(tie)近鋼管(guan)表面并(bing)可通(tong)過增大(da)(da)(da)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)的(de)(de)(de)寬度(du)來提高電(dian)(dian)(dian)動(dong)勢(shi)輸出(chu)。但在設(she)計線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)寬度(du)時(shi)必須考慮背(bei)景(jing)噪聲的(de)(de)(de)影(ying)響，垂(chui)直(zhi)(zhi)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)寬度(du)越(yue)(yue)大(da)(da)(da)，線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)包含的(de)(de)(de)背(bei)景(jing)噪聲越(yue)(yue)多，從而會降(jiang)低缺(que)陷漏磁信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)信(xin)噪比(bi)。
