漏磁場有兩種拾取方法，既可以測(ce)量漏磁感(gan)應強度的絕對值(zhi)，也可以測(ce)量漏磁感(gan)應強度的梯(ti)度值(zhi)。
磁場(chang)傳(chuan)感(gan)器的(de)(de)(de)作用(yong)是將(jiang)磁場(chang)轉換為電信號(hao)。按原理可分為體(ti)效(xiao)(xiao)應(ying)元件(jian)、面(mian)效(xiao)(xiao)應(ying)元件(jian)、P-N節(jie)注(zhu)入和表(biao)面(mian)復合效(xiao)(xiao)應(ying)元件(jian)、量(liang)子效(xiao)(xiao)應(ying)元件(jian)、磁致(zhi)伸縮效(xiao)(xiao)應(ying)元件(jian)和光纖磁傳(chuan)感(gan)器等。磁場(chang)傳(chuan)感(gan)器都是建立在(zai)各種(zhong)效(xiao)(xiao)應(ying)和物理現象(xiang)的(de)(de)(de)基(ji)礎之上的(de)(de)(de)，表(biao)3-1給(gei)出(chu)了(le)不同種(zhong)類磁場(chang)傳(chuan)感(gan)器的(de)(de)(de)測量(liang)范圍，它(ta)們的(de)(de)(de)敏感(gan)范圍差異較大。在(zai)具體(ti)應(ying)用(yong)過程(cheng)中，需要根據測量(liang)對象(xiang)的(de)(de)(de)特點來選(xuan)擇適(shi)合的(de)(de)(de)傳(chuan)感(gan)器。
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(zu)傳感器(qi)
各(ge)向(xiang)(xiang)異性磁(ci)(ci)(ci)(ci)阻(zu)(zu)(zu)傳感器(qi) AMR（Anisotropic Magneto-Resistive sensors）由沉(chen)積在(zai)硅片上的(de)(de)(de)坡莫合金（Ni80Fe20）薄膜形成電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)，沉(chen)積時(shi)(shi)外加磁(ci)(ci)(ci)(ci)場，形成易磁(ci)(ci)(ci)(ci)化軸(zhou)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)。易磁(ci)(ci)(ci)(ci)化軸(zhou)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)是(shi)指各(ge)向(xiang)(xiang)異性的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)體能獲得最佳磁(ci)(ci)(ci)(ci)性能的(de)(de)(de)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)，也就是(shi)無外界磁(ci)(ci)(ci)(ci)干擾(rao)時(shi)(shi)磁(ci)(ci)(ci)(ci)疇整齊排列的(de)(de)(de)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)。鐵磁(ci)(ci)(ci)(ci)材料的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)與電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)和(he)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)夾角有關，電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)與磁(ci)(ci)(ci)(ci)化方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)平行時(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)R最大(da)，電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)與磁(ci)(ci)(ci)(ci)化方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)垂直時(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)Rmin最小，電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)與磁(ci)(ci)(ci)(ci)化方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)成0角時(shi)(shi)，電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)可表示為
R=Rmin+(Rmax-Rmin)cos2θ (3-2)
在磁(ci)阻(zu)傳感器中，為了消除溫度(du)等外界因素對輸(shu)出的(de)影響，一(yi)般(ban)由4個相同的(de)磁(ci)阻(zu)元件構成惠斯通電(dian)橋。理(li)論分析與(yu)實踐表明，采用45°偏(pian)置磁(ci)場(chang)，當沿(yan)與(yu)易磁(ci)化軸垂直的(de)方(fang)向施加(jia)外磁(ci)場(chang)，且外磁(ci)場(chang)強度(du)不太(tai)大時，電(dian)橋輸(shu)出與(yu)外加(jia)磁(ci)場(chang)強度(du)呈線性關系。
2. 磁通門
磁(ci)通門傳感器(qi)又稱為磁(ci)飽(bao)和(he)式磁(ci)敏傳感器(qi)，它是利用某(mou)些高磁(ci)導(dao)率的軟磁(ci)性材料（如坡莫合金）做磁(ci)心，以(yi)其(qi)在交直流磁(ci)場作(zuo)用下的磁(ci)飽(bao)和(he)特性以(yi)及法拉第(di)電磁(ci)感應原理研(yan)制的磁(ci)場測量裝(zhuang)置。
這種磁敏傳感器(qi)的最(zui)大特點是適合(he)測量(liang)(liang)零磁場附近的弱磁場。傳感器(qi)體(ti)積(ji)小，重量(liang)(liang)輕，功耗低，不受磁場梯度影響，測量(liang)(liang)的靈敏度可(ke)達(da)0.01nT，并且可(ke)以和磁秤(cheng)混合(he)使用。該(gai)裝置已普遍應用于(yu)航空(kong)、地面、測井等方面的磁法勘探工作中。在軍(jun)事上，也可(ke)用于(yu)尋找地下武器(qi)（炮彈(dan)、地雷等）和反潛。還可(ke)用于(yu)預報(bao)天然地震及空(kong)間磁測等。
3. 巨(ju)磁阻元件
物質(zhi)(zhi)在(zai)一定磁(ci)(ci)(ci)場作(zuo)用(yong)下電(dian)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)發生改變的(de)現象，稱為(wei)磁(ci)(ci)(ci)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)效應。磁(ci)(ci)(ci)性(xing)金(jin)屬和合(he)金(jin)材(cai)(cai)料(liao)一般都(dou)有(you)這(zhe)種(zhong)現象。一般情(qing)況(kuang)下，物質(zhi)(zhi)的(de)電(dian)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)率(lv)在(zai)磁(ci)(ci)(ci)場中僅發生微小(xiao)的(de)變化，但在(zai)某(mou)種(zhong)條(tiao)件下，電(dian)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)變化的(de)幅度相當大(da)，比通常(chang)情(qing)況(kuang)下高十余倍，稱為(wei)巨磁(ci)(ci)(ci)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)效應（GMR）。這(zhe)種(zhong)效應來自(zi)于載流電(dian)子的(de)不(bu)同(tong)自(zi)旋狀(zhuang)態與(yu)(yu)磁(ci)(ci)(ci)場的(de)作(zuo)用(yong)不(bu)同(tong)，因而導致電(dian)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)值(zhi)的(de)變化。GMR是(shi)一個量(liang)子力學(xue)效應，它是(shi)在(zai)層(ceng)狀(zhuang)的(de)磁(ci)(ci)(ci)性(xing)薄(bo)膜結構中觀察到的(de)，這(zhe)種(zhong)結構由鐵磁(ci)(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)和非磁(ci)(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)薄(bo)層(ceng)交替疊合(he)而成。當鐵磁(ci)(ci)(ci)層(ceng)的(de)磁(ci)(ci)(ci)矩相互平(ping)行(xing)時(shi)，載流子與(yu)(yu)自(zi)旋有(you)關的(de)散(san)射(she)最小(xiao)，材(cai)(cai)料(liao)有(you)最小(xiao)的(de)電(dian)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)。當鐵磁(ci)(ci)(ci)層(ceng)的(de)磁(ci)(ci)(ci)矩為(wei)反(fan)向平(ping)行(xing)時(shi)，與(yu)(yu)自(zi)旋有(you)關的(de)散(san)射(she)最強，材(cai)(cai)料(liao)的(de)電(dian)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)最大(da)。
構成GMR磁(ci)(ci)頭(tou)和傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)的核(he)心元件(jian)是自旋(xuan)(xuan)閥（spin valve）元件(jian)。它的基本結構是由(you)釘扎磁(ci)(ci)性層（如(ru)Co）、Cu間隔層和自由(you)磁(ci)(ci)性層（如(ru)NiFe等易(yi)磁(ci)(ci)化(hua)層）組成的多(duo)層膜。由(you)于釘扎磁(ci)(ci)性層的磁(ci)(ci)矩與自由(you)磁(ci)(ci)性層的磁(ci)(ci)矩之間的夾(jia)角發(fa)生(sheng)變(bian)(bian)化(hua)會導致(zhi)SV-GMR元件(jian)的電阻(zu)值改(gai)變(bian)(bian)，進(jin)而使輸(shu)出電流發(fa)生(sheng)變(bian)(bian)化(hua)。運用(yong)SV-GMR元件(jian)的磁(ci)(ci)傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)，其(qi)檢測(ce)(ce)靈敏度比使用(yong)MR元件(jian)的高(gao)幾個數量級，更容易(yi)集(ji)成化(hua)，封裝(zhuang)尺寸更小，可靠性更高(gao)。它不僅(jin)可以(yi)取代以(yi)前的MR傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)，還可以(yi)制成傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)陣列，實(shi)現智能化(hua)，用(yong)來表述通行車輛、飛機(ji)機(ji)翼、建筑防護裝(zhuang)置或管道系統中隱蔽缺陷的特(te)征(zheng)，跟(gen)蹤(zong)地磁(ci)(ci)場的異常現象等。當(dang)前，GMR傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)已在液壓氣缸位置傳感(gan)(gan)(gan)、真(zhen)假(jia)紙幣識別、軸承編碼、電流檢測(ce)(ce)與控(kong)制、旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)位置檢測(ce)(ce)、車輛通行情況檢測(ce)(ce)等領域得到(dao)應用(yong)。
4. 霍(huo)爾元件
霍爾元(yuan)件在(zai)漏磁檢測中應用(yong)較(jiao)為廣(guang)泛。霍爾元(yuan)件是由半導體(ti)材料(liao)制成的一種晶體(ti)。當給晶體(ti)材料(liao)通以電(dian)流并置于磁場(chang)之中時，在(zai)晶體(ti)的兩面就會產生電(dian)壓(ya)，電(dian)壓(ya)的大小與磁場(chang)強度(du)成正比關系。
固體導(dao)電(dian)材(cai)料(liao)幾(ji)乎(hu)可以使電(dian)子(zi)(zi)(zi)暢通無(wu)阻(zu)地(di)流過，就像傳(chuan)統(tong)的(de)(de)臺球模型(xing)演示的(de)(de)那樣，晶體點陣上的(de)(de)離子(zi)(zi)(zi)不會使傳(chuan)導(dao)電(dian)子(zi)(zi)(zi)發(fa)(fa)生折(zhe)射。當(dang)電(dian)流由(you)晶體的(de)(de)一端輸入時，電(dian)子(zi)(zi)(zi)或者相互之間發(fa)(fa)生折(zhe)射，或者向著晶體的(de)(de)另一端折(zhe)射。
根據固體物理(li)理(li)論(lun)可知，晶體上的(de)電壓Vh為： Vh=RhIBz/b (3-3)
式(shi)中，1為(wei)所(suo)使(shi)用的電(dian)流；Bz為(wei)磁場強(qiang)度在垂直于電(dian)流方向上(shang)的分量；b為(wei)晶(jing)體在磁場方向上(shang)的厚度；Rh為(wei)霍(huo)爾系數(shu)。
一(yi)般情況下，如(ru)果晶體與(yu)磁場B之間成一(yi)定夾角，則(ze) B2=Beosθ。
由金屬制成的(de)霍(huo)爾元(yuan)(yuan)件(jian)并(bing)不(bu)(bu)是(shi)最好(hao)的(de)，因(yin)為(wei)金屬的(de)霍(huo)爾系數都很(hen)低(di)。根據霍(huo)爾元(yuan)(yuan)件(jian)工作(zuo)(zuo)原理，霍(huo)爾系數越大(da)，霍(huo)爾電壓也(ye)就越高。因(yin)此，在制作(zuo)(zuo)霍(huo)爾元(yuan)(yuan)件(jian)時，一般(ban)選(xuan)用(yong)元(yuan)(yuan)素周期表中第II和第IV族元(yuan)(yuan)素混合制作(zuo)(zuo)，而且其(qi)對溫(wen)度的(de)變(bian)化也(ye)最不(bu)(bu)敏感。此區域的(de)元(yuan)(yuan)素，載(zai)流子(zi)一般(ban)為(wei)空位而不(bu)(bu)是(shi)電子(zi)。
5. 感應(ying)線圈
感應(ying)線圈是鋼管(guan)漏磁檢測中應(ying)用最為廣泛(fan)的磁敏傳感器，主要有水平和垂直線圈兩(liang)種布置(zhi)方式，如圖3-2所示(shi)。根(gen)據(ju)提離(li)(li)效(xiao)應(ying)和法拉(la)第電(dian)磁感應(ying)定律(lv)，為了使(shi)檢測信號(hao)與缺陷特征之間具有良好的對應(ying)關系(xi)，感應(ying)線圈提離(li)(li)距離(li)(li)以及掃查速度應(ying)盡量(liang)保(bao)持恒定。
水(shui)平線(xian)圈(quan)(quan)以速(su)度(du)v穿(chuan)越(yue)缺(que)陷上部漏磁場時所產(chan)生的感應(ying)(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)應(ying)(ying)為(wei)(wei)線(xian)圈(quan)(quan)前(qian)沿(yan)和尾部感應(ying)(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)之差。設線(xian)圈(quan)(quan)長(chang)度(du)為(wei)(wei)l、寬度(du)為(wei)(wei)2w、提離值為(wei)(wei)h1、匝數(shu)為(wei)(wei)，線(xian)圈(quan)(quan)前(qian)沿(yan)產(chan)生電(dian)動(dong)勢(shi)為(wei)(wei)SueR，線(xian)圈(quan)(quan)尾部產(chan)生電(dian)動(dong)勢(shi)為(wei)(wei)eL，線(xian)圈(quan)(quan)產(chan)生感應(ying)(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)為(wei)(wei)Δe，根(gen)據法拉第電(dian)磁感應(ying)(ying)定律可得
此(ci)(ci)外，從圖(tu)3-3中(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)出，水平線圈輸(shu)出感應(ying)電(dian)動(dong)(dong)勢(shi)本(ben)質為處于同一提離高(gao)度的(de)前(qian)后(hou)導(dao)線在同一時刻(ke)的(de)電(dian)動(dong)(dong)勢(shi)差(cha)動(dong)(dong)輸(shu)出。因此(ci)(ci)，感應(ying)線圈電(dian)動(dong)(dong)勢(shi)輸(shu)出與線圈寬度有(you)關，并存在最佳(jia)寬度使得線圈輸(shu)出最大感應(ying)電(dian)動(dong)(dong)勢(shi)。此(ci)(ci)時，線圈運動(dong)(dong)至缺(que)陷中(zhong)間位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)，并且前(qian)沿產生(sheng)正向極值電(dian)動(dong)(dong)勢(shi)而尾部產生(sheng)反(fan)向極值電(dian)動(dong)(dong)勢(shi)，經過差(cha)動(dong)(dong)后(hou)可(ke)獲(huo)取最高(gao)感應(ying)電(dian)動(dong)(dong)勢(shi)輸(shu)出。根據式（3-11），當x=0時，可(ke)獲(huo)得感應(ying)線圈位(wei)(wei)于缺(que)陷中(zhong)間位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)時電(dian)動(dong)(dong)勢(shi)Δeo與線圈寬度參數w的(de)關系式Δeo(w)，即
同樣，設(she)置缺(que)陷寬(kuan)(kuan)(kuan)度(du)(du)2b為0.5mm，深(shen)度(du)(du)d為0.75mm以(yi)(yi)及(ji)感應線(xian)(xian)圈(quan)提離高度(du)(du)h1為0.25mm，根據(ju)式（3-13）可獲得最(zui)(zui)佳(jia)(jia)線(xian)(xian)圈(quan)寬(kuan)(kuan)(kuan)度(du)(du)參數wo為0.3253mm。根據(ju)線(xian)(xian)圈(quan)最(zui)(zui)佳(jia)(jia)寬(kuan)(kuan)(kuan)度(du)(du)參數重新計算感應線(xian)(xian)圈(quan)前沿(yan)、尾部以(yi)(yi)及(ji)整體輸(shu)出(chu)感應電(dian)動勢曲線(xian)(xian)，如圖3-4所(suo)示。從(cong)圖中(zhong)(zhong)可以(yi)(yi)看出(chu)，當線(xian)(xian)圈(quan)移動到(dao)缺(que)陷正(zheng)上方時，線(xian)(xian)圈(quan)前沿(yan)感應電(dian)動勢輸(shu)出(chu)極小值而(er)尾部輸(shu)出(chu)極大值，經(jing)差動后水平(ping)線(xian)(xian)圈(quan)輸(shu)出(chu)電(dian)動勢達(da)(da)到(dao)最(zui)(zui)大值。檢測線(xian)(xian)圈(quan)的最(zui)(zui)優寬(kuan)(kuan)(kuan)度(du)(du)參數與缺(que)陷尺寸(cun)和傳(chuan)感器提離值有關(guan)。在實際生產(chan)過程中(zhong)(zhong)，可根據(ju)鋼管軋制過程中(zhong)(zhong)產(chan)生的自然缺(que)陷特征對檢測線(xian)(xian)圈(quan)寬(kuan)(kuan)(kuan)度(du)(du)進(jin)行優化設(she)計，以(yi)(yi)達(da)(da)到(dao)最(zui)(zui)佳(jia)(jia)的檢測效果。
下面(mian)進一步討論垂直線圈(quan)漏(lou)磁(ci)信號輸出特性。
如圖3-5所示(shi)，垂直線(xian)(xian)圈(quan)(quan)以速度(du)，穿越缺陷(xian)上(shang)部(bu)漏(lou)磁場時所產生(sheng)(sheng)的電(dian)(dian)動勢(shi)(shi)輸出應(ying)為線(xian)(xian)圈(quan)(quan)頂部(bu)和底部(bu)感(gan)應(ying)電(dian)(dian)動勢(shi)(shi)之差。設線(xian)(xian)圈(quan)(quan)長度(du)為l、匝數(shu)為、寬度(du)為2w、中心提離值為，線(xian)(xian)圈(quan)(quan)頂部(bu)產生(sheng)(sheng)電(dian)(dian)動勢(shi)(shi)為er，線(xian)(xian)圈(quan)(quan)底部(bu)產生(sheng)(sheng)電(dian)(dian)動勢(shi)(shi)為eB，線(xian)(xian)圈(quan)(quan)產生(sheng)(sheng)整體感(gan)應(ying)電(dian)(dian)動勢(shi)(shi)為Δe，根據法拉第電(dian)(dian)磁感(gan)應(ying)定(ding)律可得
從(cong)圖3-5中(zhong)可(ke)以看出，eт、eB和e三者(zhe)波形相似，垂(chui)(chui)(chui)(chui)直線(xian)圈(quan)(quan)輸出感應(ying)電動(dong)(dong)勢(shi)(shi)(shi)本質(zhi)為上下(xia)兩(liang)根導(dao)線(xian)在(zai)同一時(shi)刻的(de)電動(dong)(dong)勢(shi)(shi)(shi)差動(dong)(dong)輸出。在(zai)缺陷中(zhong)心(xin)位(wei)置，垂(chui)(chui)(chui)(chui)直線(xian)圈(quan)(quan)感應(ying)電動(dong)(dong)勢(shi)(shi)(shi)輸出為零，而(er)在(zai)缺陷兩(liang)端(duan)附近(jin)感應(ying)電動(dong)(dong)勢(shi)(shi)(shi)具有最大輸出值。垂(chui)(chui)(chui)(chui)直線(xian)圈(quan)(quan)頂部和底部距離越大，整體感應(ying)電動(dong)(dong)勢(shi)(shi)(shi)輸出越大。因此，在(zai)條(tiao)件允許(xu)的(de)情況(kuang)下(xia)，垂(chui)(chui)(chui)(chui)直線(xian)圈(quan)(quan)應(ying)盡(jin)量貼近(jin)鋼管表(biao)面并可(ke)通過增大線(xian)圈(quan)(quan)的(de)寬度(du)來提(ti)高電動(dong)(dong)勢(shi)(shi)(shi)輸出。但在(zai)設(she)計線(xian)圈(quan)(quan)寬度(du)時(shi)必須(xu)考慮背(bei)景噪聲的(de)影響，垂(chui)(chui)(chui)(chui)直線(xian)圈(quan)(quan)寬度(du)越大，線(xian)圈(quan)(quan)包含的(de)背(bei)景噪聲越多，從(cong)而(er)會降低缺陷漏磁信號的(de)信噪比。
