漏磁(ci)場有兩種拾取方法，既可以測量漏磁(ci)感(gan)應強度(du)(du)的絕對值(zhi)，也可以測量漏磁(ci)感(gan)應強度(du)(du)的梯度(du)(du)值(zhi)。
磁場(chang)(chang)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器的(de)(de)作用(yong)(yong)是將磁場(chang)(chang)轉換(huan)為電信號。按原理可分為體(ti)效(xiao)應元(yuan)(yuan)(yuan)件(jian)、面效(xiao)應元(yuan)(yuan)(yuan)件(jian)、P-N節(jie)注入和(he)表面復合效(xiao)應元(yuan)(yuan)(yuan)件(jian)、量子效(xiao)應元(yuan)(yuan)(yuan)件(jian)、磁致伸縮(suo)效(xiao)應元(yuan)(yuan)(yuan)件(jian)和(he)光纖(xian)磁傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器等。磁場(chang)(chang)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器都是建立在各種效(xiao)應和(he)物理現象的(de)(de)基礎(chu)之上的(de)(de)，表3-1給出(chu)了(le)不同種類磁場(chang)(chang)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器的(de)(de)測量范(fan)(fan)圍，它們的(de)(de)敏感(gan)(gan)(gan)范(fan)(fan)圍差異較大。在具體(ti)應用(yong)(yong)過程中，需要根(gen)據測量對象的(de)(de)特點來選擇適合的(de)(de)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)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. 各向異性磁阻傳(chuan)感器
各向(xiang)異(yi)性磁(ci)(ci)(ci)阻(zu)(zu)傳(chuan)感器 AMR（Anisotropic Magneto-Resistive sensors）由沉(chen)積在硅片上的(de)(de)坡莫合金（Ni80Fe20）薄膜(mo)形(xing)成(cheng)電(dian)阻(zu)(zu)，沉(chen)積時外(wai)加(jia)磁(ci)(ci)(ci)場，形(xing)成(cheng)易磁(ci)(ci)(ci)化(hua)軸方(fang)(fang)(fang)向(xiang)。易磁(ci)(ci)(ci)化(hua)軸方(fang)(fang)(fang)向(xiang)是指(zhi)各向(xiang)異(yi)性的(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)體能(neng)(neng)獲得最(zui)佳磁(ci)(ci)(ci)性能(neng)(neng)的(de)(de)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)，也就(jiu)是無(wu)外(wai)界磁(ci)(ci)(ci)干(gan)擾時磁(ci)(ci)(ci)疇整齊排列的(de)(de)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)。鐵磁(ci)(ci)(ci)材料(liao)的(de)(de)電(dian)阻(zu)(zu)與電(dian)流和磁(ci)(ci)(ci)化(hua)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)的(de)(de)夾角有關，電(dian)流與磁(ci)(ci)(ci)化(hua)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)平(ping)行(xing)時電(dian)阻(zu)(zu)R最(zui)大，電(dian)流與磁(ci)(ci)(ci)化(hua)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)垂直時電(dian)阻(zu)(zu)Rmin最(zui)小，電(dian)流與磁(ci)(ci)(ci)化(hua)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)成(cheng)0角時，電(dian)阻(zu)(zu)可表(biao)示為
R=Rmin+(Rmax-Rmin)cos2θ (3-2)
在磁(ci)阻傳感器中，為了消除溫度等外(wai)(wai)(wai)(wai)界因(yin)素對輸出的(de)影(ying)響(xiang)，一(yi)般(ban)由(you)4個相(xiang)同(tong)的(de)磁(ci)阻元件(jian)構成惠斯通電橋。理論分析(xi)與實(shi)踐表(biao)明，采用(yong)45°偏置(zhi)磁(ci)場(chang)(chang)，當(dang)沿與易(yi)磁(ci)化軸垂直的(de)方向施加外(wai)(wai)(wai)(wai)磁(ci)場(chang)(chang)，且外(wai)(wai)(wai)(wai)磁(ci)場(chang)(chang)強(qiang)度不太大時，電橋輸出與外(wai)(wai)(wai)(wai)加磁(ci)場(chang)(chang)強(qiang)度呈(cheng)線性關系。
2. 磁通(tong)門
磁(ci)通(tong)門(men)傳感器(qi)又稱(cheng)為磁(ci)飽和(he)式磁(ci)敏傳感器(qi)，它是(shi)利用某(mou)些(xie)高磁(ci)導率(lv)的(de)軟磁(ci)性材料（如(ru)坡莫合金(jin)）做磁(ci)心(xin)，以其在交直流磁(ci)場作用下的(de)磁(ci)飽和(he)特性以及法拉第(di)電磁(ci)感應原理研制的(de)磁(ci)場測量裝置。
這(zhe)種(zhong)磁敏(min)傳感器的最大(da)特點是適合測量(liang)零磁場(chang)(chang)附近的弱(ruo)磁場(chang)(chang)。傳感器體積小，重量(liang)輕，功(gong)耗低，不受磁場(chang)(chang)梯度影響(xiang)，測量(liang)的靈敏(min)度可(ke)達0.01nT，并(bing)且可(ke)以和磁秤混合使(shi)用(yong)(yong)。該裝置已普遍應(ying)用(yong)(yong)于航空、地(di)面(mian)、測井等(deng)(deng)方面(mian)的磁法勘探(tan)工作中。在軍事上，也可(ke)用(yong)(yong)于尋(xun)找(zhao)地(di)下武(wu)器（炮(pao)彈、地(di)雷等(deng)(deng)）和反(fan)潛。還可(ke)用(yong)(yong)于預報天然(ran)地(di)震及(ji)空間磁測等(deng)(deng)。
3. 巨(ju)磁(ci)阻元件
物質(zhi)在(zai)一(yi)(yi)定磁(ci)(ci)場(chang)作用下(xia)電(dian)阻發(fa)生改變的(de)(de)(de)現象，稱(cheng)為(wei)(wei)磁(ci)(ci)阻效應。磁(ci)(ci)性金屬和合金材料一(yi)(yi)般都有(you)(you)這種(zhong)現象。一(yi)(yi)般情況下(xia)，物質(zhi)的(de)(de)(de)電(dian)阻率在(zai)磁(ci)(ci)場(chang)中(zhong)僅發(fa)生微小的(de)(de)(de)變化，但在(zai)某種(zhong)條件下(xia)，電(dian)阻變化的(de)(de)(de)幅度(du)相(xiang)當(dang)大，比通常情況下(xia)高十余倍(bei)，稱(cheng)為(wei)(wei)巨磁(ci)(ci)阻效應（GMR）。這種(zhong)效應來自(zi)(zi)于載流(liu)電(dian)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)自(zi)(zi)旋(xuan)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)與磁(ci)(ci)場(chang)的(de)(de)(de)作用不(bu)(bu)同(tong)，因而導(dao)致(zhi)電(dian)阻值的(de)(de)(de)變化。GMR是一(yi)(yi)個量子(zi)(zi)力學效應，它是在(zai)層(ceng)(ceng)狀(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)性薄(bo)膜結構中(zhong)觀察到(dao)的(de)(de)(de)，這種(zhong)結構由(you)鐵(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)材料和非磁(ci)(ci)材料薄(bo)層(ceng)(ceng)交(jiao)替疊合而成(cheng)。當(dang)鐵(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)矩(ju)相(xiang)互平(ping)行(xing)時(shi)，載流(liu)子(zi)(zi)與自(zi)(zi)旋(xuan)有(you)(you)關的(de)(de)(de)散(san)射(she)最小，材料有(you)(you)最小的(de)(de)(de)電(dian)阻。當(dang)鐵(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)矩(ju)為(wei)(wei)反(fan)向平(ping)行(xing)時(shi)，與自(zi)(zi)旋(xuan)有(you)(you)關的(de)(de)(de)散(san)射(she)最強，材料的(de)(de)(de)電(dian)阻最大。
構(gou)成GMR磁頭和傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)核心元(yuan)件(jian)是自(zi)旋(xuan)閥(fa)（spin valve）元(yuan)件(jian)。它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)基本結構(gou)是由(you)釘扎磁性(xing)(xing)層(ceng)（如Co）、Cu間隔層(ceng)和自(zi)由(you)磁性(xing)(xing)層(ceng)（如NiFe等(deng)(deng)易(yi)磁化(hua)層(ceng)）組成的(de)(de)(de)(de)(de)多層(ceng)膜。由(you)于釘扎磁性(xing)(xing)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)磁矩(ju)(ju)與自(zi)由(you)磁性(xing)(xing)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)磁矩(ju)(ju)之間的(de)(de)(de)(de)(de)夾角發生變化(hua)會(hui)導致(zhi)SV-GMR元(yuan)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)阻值(zhi)改變，進而使(shi)輸出電(dian)流發生變化(hua)。運用SV-GMR元(yuan)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)磁傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)，其檢(jian)測靈敏度比使(shi)用MR元(yuan)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)高幾個(ge)數量級(ji)，更容易(yi)集成化(hua)，封(feng)裝(zhuang)(zhuang)尺寸更小，可(ke)靠性(xing)(xing)更高。它(ta)不僅可(ke)以(yi)取(qu)代(dai)以(yi)前的(de)(de)(de)(de)(de)MR傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)，還可(ke)以(yi)制(zhi)成傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)陣列，實現智能化(hua)，用來(lai)表述通(tong)行車(che)輛(liang)、飛機(ji)機(ji)翼、建筑防(fang)護裝(zhuang)(zhuang)置或管道系統中隱蔽缺陷的(de)(de)(de)(de)(de)特征，跟蹤(zong)地磁場(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)異常現象(xiang)等(deng)(deng)。當前，GMR傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)已在液壓氣缸位(wei)置傳(chuan)感(gan)(gan)、真假紙(zhi)幣(bi)識別(bie)、軸承編(bian)碼、電(dian)流檢(jian)測與控制(zhi)、旋(xuan)轉位(wei)置檢(jian)測、車(che)輛(liang)通(tong)行情況檢(jian)測等(deng)(deng)領域(yu)得(de)到(dao)應用。
4. 霍爾元(yuan)件
霍爾元(yuan)件(jian)在漏磁檢測中應用較為廣泛。霍爾元(yuan)件(jian)是由半導體(ti)材料制(zhi)成的一種晶(jing)體(ti)。當給晶(jing)體(ti)材料通以電流并置(zhi)于磁場之(zhi)中時，在晶(jing)體(ti)的兩面就會產生電壓，電壓的大小(xiao)與磁場強度成正比關系。
固體(ti)導電(dian)材料幾(ji)乎可以使電(dian)子(zi)暢通無阻地流(liu)過(guo)，就像傳統的臺球模型(xing)演示的那樣，晶(jing)體(ti)點陣上的離子(zi)不會(hui)使傳導電(dian)子(zi)發生(sheng)折(zhe)射。當電(dian)流(liu)由晶(jing)體(ti)的一(yi)端輸入時，電(dian)子(zi)或者相互(hu)之間發生(sheng)折(zhe)射，或者向著晶(jing)體(ti)的另一(yi)端折(zhe)射。
根據固體物(wu)理理論可知，晶體上的電壓Vh為： Vh=RhIBz/b (3-3)
式中(zhong)，1為(wei)(wei)所使用(yong)的電(dian)流；Bz為(wei)(wei)磁(ci)場強度(du)在垂直(zhi)于電(dian)流方(fang)向(xiang)上的分量；b為(wei)(wei)晶體在磁(ci)場方(fang)向(xiang)上的厚度(du)；Rh為(wei)(wei)霍爾系數(shu)。
一般情況下，如果晶體與磁場B之間成一定(ding)夾角，則 B2=Beosθ。
由金(jin)屬(shu)制(zhi)成的霍爾(er)(er)元件(jian)并不(bu)(bu)是最好的，因為(wei)金(jin)屬(shu)的霍爾(er)(er)系(xi)數(shu)都很低。根據霍爾(er)(er)元件(jian)工作原理，霍爾(er)(er)系(xi)數(shu)越大，霍爾(er)(er)電壓也就越高。因此，在制(zhi)作霍爾(er)(er)元件(jian)時，一般(ban)(ban)選(xuan)用(yong)元素(su)周期表中第II和第IV族元素(su)混合制(zhi)作，而(er)且其對溫(wen)度(du)的變(bian)化也最不(bu)(bu)敏感。此區域的元素(su)，載流子一般(ban)(ban)為(wei)空位而(er)不(bu)(bu)是電子。
5. 感應線圈
感(gan)(gan)(gan)應(ying)線圈(quan)是鋼(gang)管漏磁(ci)檢測中應(ying)用(yong)最為廣(guang)泛(fan)的磁(ci)敏傳感(gan)(gan)(gan)器，主要有水平和(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)和(he)法拉(la)第電磁(ci)感(gan)(gan)(gan)應(ying)定(ding)(ding)律，為了使檢測信號與缺陷特征之間具有良好(hao)的對(dui)應(ying)關系，感(gan)(gan)(gan)應(ying)線圈(quan)提離距離以及掃(sao)查速(su)度應(ying)盡量保持恒(heng)定(ding)(ding)。
水平線(xian)(xian)(xian)圈(quan)以(yi)速度(du)(du)v穿越缺陷上部(bu)漏磁場(chang)時所(suo)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)的(de)感(gan)應(ying)(ying)電動(dong)(dong)勢(shi)(shi)應(ying)(ying)為線(xian)(xian)(xian)圈(quan)前沿和尾部(bu)感(gan)應(ying)(ying)電動(dong)(dong)勢(shi)(shi)之差。設線(xian)(xian)(xian)圈(quan)長度(du)(du)為l、寬度(du)(du)為2w、提離值為h1、匝(za)數(shu)為，線(xian)(xian)(xian)圈(quan)前沿產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)電動(dong)(dong)勢(shi)(shi)為SueR，線(xian)(xian)(xian)圈(quan)尾部(bu)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)電動(dong)(dong)勢(shi)(shi)為eL，線(xian)(xian)(xian)圈(quan)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)感(gan)應(ying)(ying)電動(dong)(dong)勢(shi)(shi)為Δe，根據(ju)法拉第電磁感(gan)應(ying)(ying)定律可(ke)得
此外，從圖3-3中(zhong)可以看出(chu)，水(shui)平線(xian)(xian)圈輸(shu)出(chu)感(gan)(gan)應電(dian)動(dong)勢(shi)本(ben)質為處于同(tong)一提(ti)離高(gao)度(du)的(de)前后導線(xian)(xian)在同(tong)一時刻(ke)的(de)電(dian)動(dong)勢(shi)差動(dong)輸(shu)出(chu)。因(yin)此，感(gan)(gan)應線(xian)(xian)圈電(dian)動(dong)勢(shi)輸(shu)出(chu)與線(xian)(xian)圈寬(kuan)(kuan)度(du)有關(guan)，并存(cun)在最佳寬(kuan)(kuan)度(du)使得(de)線(xian)(xian)圈輸(shu)出(chu)最大感(gan)(gan)應電(dian)動(dong)勢(shi)。此時，線(xian)(xian)圈運動(dong)至缺陷中(zhong)間(jian)位置，并且前沿產生正向極(ji)(ji)值電(dian)動(dong)勢(shi)而尾(wei)部產生反向極(ji)(ji)值電(dian)動(dong)勢(shi)，經過差動(dong)后可獲取最高(gao)感(gan)(gan)應電(dian)動(dong)勢(shi)輸(shu)出(chu)。根據式（3-11），當x=0時，可獲得(de)感(gan)(gan)應線(xian)(xian)圈位于缺陷中(zhong)間(jian)位置時電(dian)動(dong)勢(shi)Δeo與線(xian)(xian)圈寬(kuan)(kuan)度(du)參(can)數w的(de)關(guan)系式Δeo(w)，即
同樣，設置缺(que)陷寬度(du)(du)(du)2b為0.5mm，深度(du)(du)(du)d為0.75mm以及感(gan)應(ying)線(xian)(xian)圈提離(li)高度(du)(du)(du)h1為0.25mm，根據式（3-13）可(ke)獲得最(zui)(zui)佳(jia)線(xian)(xian)圈寬度(du)(du)(du)參數(shu)wo為0.3253mm。根據線(xian)(xian)圈最(zui)(zui)佳(jia)寬度(du)(du)(du)參數(shu)重新計算感(gan)應(ying)線(xian)(xian)圈前(qian)沿、尾部以及整體輸(shu)(shu)出感(gan)應(ying)電動(dong)勢曲線(xian)(xian)，如圖3-4所示。從圖中可(ke)以看出，當線(xian)(xian)圈移(yi)動(dong)到(dao)(dao)缺(que)陷正(zheng)上方時，線(xian)(xian)圈前(qian)沿感(gan)應(ying)電動(dong)勢輸(shu)(shu)出極小值而(er)尾部輸(shu)(shu)出極大值，經差動(dong)后(hou)水平線(xian)(xian)圈輸(shu)(shu)出電動(dong)勢達(da)(da)到(dao)(dao)最(zui)(zui)大值。檢測線(xian)(xian)圈的最(zui)(zui)優(you)寬度(du)(du)(du)參數(shu)與缺(que)陷尺寸(cun)和傳(chuan)感(gan)器提離(li)值有關。在實際生產(chan)過(guo)程中，可(ke)根據鋼管軋制過(guo)程中產(chan)生的自然缺(que)陷特(te)征(zheng)對檢測線(xian)(xian)圈寬度(du)(du)(du)進行優(you)化設計，以達(da)(da)到(dao)(dao)最(zui)(zui)佳(jia)的檢測效果。
下面進一步討論垂直線(xian)圈漏磁信號輸出特性。
如圖3-5所(suo)(suo)示，垂(chui)直線(xian)圈(quan)(quan)以速(su)度，穿越缺陷(xian)上部漏磁場時所(suo)(suo)產(chan)(chan)生的電動(dong)(dong)勢(shi)輸出應為(wei)線(xian)圈(quan)(quan)頂部和底部感(gan)(gan)應電動(dong)(dong)勢(shi)之(zhi)差。設線(xian)圈(quan)(quan)長度為(wei)l、匝數為(wei)、寬度為(wei)2w、中(zhong)心提離值為(wei)，線(xian)圈(quan)(quan)頂部產(chan)(chan)生電動(dong)(dong)勢(shi)為(wei)er，線(xian)圈(quan)(quan)底部產(chan)(chan)生電動(dong)(dong)勢(shi)為(wei)eB，線(xian)圈(quan)(quan)產(chan)(chan)生整體(ti)感(gan)(gan)應電動(dong)(dong)勢(shi)為(wei)Δe，根據法拉第(di)電磁感(gan)(gan)應定律可(ke)得
從(cong)圖3-5中(zhong)可以看出，eт、eB和e三者波形相(xiang)似，垂(chui)直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)輸出感應(ying)電(dian)動勢(shi)本質(zhi)為上(shang)下(xia)兩(liang)根(gen)導線(xian)(xian)在(zai)同一時刻的電(dian)動勢(shi)差動輸出。在(zai)缺陷(xian)中(zhong)心位置，垂(chui)直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)感應(ying)電(dian)動勢(shi)輸出為零，而(er)(er)在(zai)缺陷(xian)兩(liang)端附(fu)近(jin)(jin)感應(ying)電(dian)動勢(shi)具有(you)最大輸出值(zhi)。垂(chui)直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)頂部和底部距離越(yue)大，整(zheng)體感應(ying)電(dian)動勢(shi)輸出越(yue)大。因此，在(zai)條件允許的情(qing)況下(xia)，垂(chui)直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)應(ying)盡量(liang)貼近(jin)(jin)鋼管表面并可通過增大線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)的寬度來提高電(dian)動勢(shi)輸出。但在(zai)設(she)計線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)寬度時必須考(kao)慮背(bei)景噪(zao)聲的影響(xiang)，垂(chui)直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)寬度越(yue)大，線(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)包含的背(bei)景噪(zao)聲越(yue)多，從(cong)而(er)(er)會降低缺陷(xian)漏磁(ci)信號的信噪(zao)比。
