漏磁場有兩種拾取方法，既可以測量漏磁感應(yīng)強(qiáng)度的絕對值，也可以測量漏磁感應(yīng)強(qiáng)度的梯度值。

  磁場傳感器的作用是將磁場轉(zhuǎn)換為電信號。按原理可分為體效應(yīng)元件、面效應(yīng)元件、P-N節(jié)注入和表面復(fù)合效應(yīng)元件、量子效應(yīng)元件、磁致伸縮效應(yīng)元件和光纖磁傳感器等。磁場傳感器都是建立在各種效應(yīng)和物理現(xiàn)象的基礎(chǔ)之上的，表3-1給出了不同種類磁場傳感器的測量范圍，它們的敏感范圍差異較大。在具體應(yīng)用過程中，需要根據(jù)測量對象的特點(diǎn)來選擇適合的傳感器。

  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. 各向異性磁阻傳感器

  各向異性磁阻傳感器 AMR（Anisotropic Magneto-Resistive sensors）由沉積在硅片上的坡莫合金（Ni80Fe20）薄膜形成電阻，沉積時外加磁場，形成易磁化軸方向。易磁化軸方向是指各向異性的磁體能獲得最佳磁性能的方向，也就是無外界磁干擾時磁疇整齊排列的方向。鐵磁材料的電阻與電流和磁化方向的夾角有關(guān)，電流與磁化方向平行時電阻R最大，電流與磁化方向垂直時電阻Rmin最小，電流與磁化方向成0角時，電阻可表示為

  R=Rmin+(Rmax-Rmin)cos2θ   (3-2)

  在磁阻傳感器中，為了消除溫度等外界因素對輸出的影響，一般由4個相同的磁阻元件構(gòu)成惠斯通電橋。理論分析與實踐表明，采用45°偏置磁場，當(dāng)沿與易磁化軸垂直的方向施加外磁場，且外磁場強(qiáng)度不太大時，電橋輸出與外加磁場強(qiáng)度呈線性關(guān)系。

2. 磁通門

  磁通門傳感器又稱為磁飽和式磁敏傳感器，它是利用某些高磁導(dǎo)率的軟磁性材料（如坡莫合金）做磁心，以其在交直流磁場作用下的磁飽和特性以及法拉第電磁感應(yīng)原理研制的磁場測量裝置。

  這種磁敏傳感器的最大特點(diǎn)是適合測量零磁場附近的弱磁場。傳感器體積小，重量輕，功耗低，不受磁場梯度影響，測量的靈敏度可達(dá)0.01nT，并且可以和磁秤混合使用。該裝置已普遍應(yīng)用于航空、地面、測井等方面的磁法勘探工作中。在軍事上，也可用于尋找地下武器（炮彈、地雷等）和反潛。還可用于預(yù)報天然地震及空間磁測等。

3. 巨磁阻元件

  物質(zhì)在一定磁場作用下電阻發(fā)生改變的現(xiàn)象，稱為磁阻效應(yīng)。磁性金屬和合金材料一般都有這種現(xiàn)象。一般情況下，物質(zhì)的電阻率在磁場中僅發(fā)生微小的變化，但在某種條件下，電阻變化的幅度相當(dāng)大，比通常情況下高十余倍，稱為巨磁阻效應(yīng)（GMR）。這種效應(yīng)來自于載流電子的不同自旋狀態(tài)與磁場的作用不同，因而導(dǎo)致電阻值的變化。GMR是一個量子力學(xué)效應(yīng)，它是在層狀的磁性薄膜結(jié)構(gòu)中觀察到的，這種結(jié)構(gòu)由鐵磁材料和非磁材料薄層交替疊合而成。當(dāng)鐵磁層的磁矩相互平行時，載流子與自旋有關(guān)的散射最小，材料有最小的電阻。當(dāng)鐵磁層的磁矩為反向平行時，與自旋有關(guān)的散射最強(qiáng)，材料的電阻最大。

  構(gòu)成GMR磁頭和傳感器的核心元件是自旋閥（spin valve）元件。它的基本結(jié)構(gòu)是由釘扎磁性層（如Co）、Cu間隔層和自由磁性層（如NiFe等易磁化層）組成的多層膜。由于釘扎磁性層的磁矩與自由磁性層的磁矩之間的夾角發(fā)生變化會導(dǎo)致SV-GMR元件的電阻值改變，進(jìn)而使輸出電流發(fā)生變化。運(yùn)用SV-GMR元件的磁傳感器，其檢測靈敏度比使用MR元件的高幾個數(shù)量級，更容易集成化，封裝尺寸更小，可靠性更高。它不僅可以取代以前的MR傳感器，還可以制成傳感器陣列，實現(xiàn)智能化，用來表述通行車輛、飛機(jī)機(jī)翼、建筑防護(hù)裝置或管道系統(tǒng)中隱蔽缺陷的特征，跟蹤地磁場的異常現(xiàn)象等。當(dāng)前，GMR傳感器已在液壓氣缸位置傳感、真假紙幣識別、軸承編碼、電流檢測與控制、旋轉(zhuǎn)位置檢測、車輛通行情況檢測等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

4. 霍爾元件

  霍爾元件在漏磁檢測中應(yīng)用較為廣泛?；魻栐怯砂雽?dǎo)體材料制成的一種晶體。當(dāng)給晶體材料通以電流并置于磁場之中時，在晶體的兩面就會產(chǎn)生電壓，電壓的大小與磁場強(qiáng)度成正比關(guān)系。

  固體導(dǎo)電材料幾乎可以使電子暢通無阻地流過，就像傳統(tǒng)的臺球模型演示的那樣，晶體點(diǎn)陣上的離子不會使傳導(dǎo)電子發(fā)生折射。當(dāng)電流由晶體的一端輸入時，電子或者相互之間發(fā)生折射，或者向著晶體的另一端折射。

  根據(jù)固體物理理論可知，晶體上的電壓Vh為： Vh=RhIBz/b  (3-3)

  式中，1為所使用的電流；Bz為磁場強(qiáng)度在垂直于電流方向上的分量；b為晶體在磁場方向上的厚度；Rh為霍爾系數(shù)。

  一般情況下，如果晶體與磁場B之間成一定夾角，則 B2=Beosθ。

  由金屬制成的霍爾元件并不是最好的，因為金屬的霍爾系數(shù)都很低。根據(jù)霍爾元件工作原理，霍爾系數(shù)越大，霍爾電壓也就越高。因此，在制作霍爾元件時，一般選用元素周期表中第II和第IV族元素混合制作，而且其對溫度的變化也最不敏感。此區(qū)域的元素，載流子一般為空位而不是電子。

5. 感應(yīng)線圈

  感應(yīng)線圈是鋼管漏磁檢測中應(yīng)用最為廣泛的磁敏傳感器，主要有水平和垂直線圈兩種布置方式，如圖3-2所示。根據(jù)提離效應(yīng)和法拉第電磁感應(yīng)定律，為了使檢測信號與缺陷特征之間具有良好的對應(yīng)關(guān)系，感應(yīng)線圈提離距離以及掃查速度應(yīng)盡量保持恒定。

  水平線圈以速度v穿越缺陷上部漏磁場時所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢應(yīng)為線圈前沿和尾部感應(yīng)電動勢之差。設(shè)線圈長度為l、寬度為2w、提離值為h1、匝數(shù)為，線圈前沿產(chǎn)生電動勢為SueR，線圈尾部產(chǎn)生電動勢為eL，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢為Δe，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得

  此外，從圖3-3中可以看出，水平線圈輸出感應(yīng)電動勢本質(zhì)為處于同一提離高度的前后導(dǎo)線在同一時刻的電動勢差動輸出。因此，感應(yīng)線圈電動勢輸出與線圈寬度有關(guān)，并存在最佳寬度使得線圈輸出最大感應(yīng)電動勢。此時，線圈運(yùn)動至缺陷中間位置，并且前沿產(chǎn)生正向極值電動勢而尾部產(chǎn)生反向極值電動勢，經(jīng)過差動后可獲取最高感應(yīng)電動勢輸出。根據(jù)式（3-11），當(dāng)x=0時，可獲得感應(yīng)線圈位于缺陷中間位置時電動勢Δeo與線圈寬度參數(shù)w的關(guān)系式Δeo(w)，即

  同樣，設(shè)置缺陷寬度2b為0.5mm，深度d為0.75mm以及感應(yīng)線圈提離高度h1為0.25mm，根據(jù)式（3-13）可獲得最佳線圈寬度參數(shù)wo為0.3253mm。根據(jù)線圈最佳寬度參數(shù)重新計算感應(yīng)線圈前沿、尾部以及整體輸出感應(yīng)電動勢曲線，如圖3-4所示。從圖中可以看出，當(dāng)線圈移動到缺陷正上方時，線圈前沿感應(yīng)電動勢輸出極小值而尾部輸出極大值，經(jīng)差動后水平線圈輸出電動勢達(dá)到最大值。檢測線圈的最優(yōu)寬度參數(shù)與缺陷尺寸和傳感器提離值有關(guān)。在實際生產(chǎn)過程中，可根據(jù)鋼管軋制過程中產(chǎn)生的自然缺陷特征對檢測線圈寬度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以達(dá)到最佳的檢測效果。

  下面進(jìn)一步討論垂直線圈漏磁信號輸出特性。

  如圖3-5所示，垂直線圈以速度，穿越缺陷上部漏磁場時所產(chǎn)生的電動勢輸出應(yīng)為線圈頂部和底部感應(yīng)電動勢之差。設(shè)線圈長度為l、匝數(shù)為、寬度為2w、中心提離值為，線圈頂部產(chǎn)生電動勢為er，線圈底部產(chǎn)生電動勢為eB，線圈產(chǎn)生整體感應(yīng)電動勢為Δe，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得

  從圖3-5中可以看出，eт、eB和e三者波形相似，垂直線圈輸出感應(yīng)電動勢本質(zhì)為上下兩根導(dǎo)線在同一時刻的電動勢差動輸出。在缺陷中心位置，垂直線圈感應(yīng)電動勢輸出為零，而在缺陷兩端附近感應(yīng)電動勢具有最大輸出值。垂直線圈頂部和底部距離越大，整體感應(yīng)電動勢輸出越大。因此，在條件允許的情況下，垂直線圈應(yīng)盡量貼近鋼管表面并可通過增大線圈的寬度來提高電動勢輸出。但在設(shè)計線圈寬度時必須考慮背景噪聲的影響，垂直線圈寬度越大，線圈包含的背景噪聲越多，從而會降低缺陷漏磁信號的信噪比。