Page 108 - 无损检测2022年第四期

唐 健,等:
大提离漏磁无损检测方法

图 8 钻杆漏磁检测聚磁装置结构示意

研究发现, 使用该形式的聚磁装置可以降低测量回 图 10 磁透镜汇聚漏磁场原理示意
路中的磁阻, 有效提高了漏磁场的信噪比, 也相应地 生漏检。传感器的噪声通常由传感器内部的电路特
降低了对提离值的要求。 性和电磁环境造成, 与提离值关系不大 [ 14-15 ] , 而缺
LEE 等 [ 12 ] 提出了一种通过磁导管传递漏磁场 陷的漏磁场信号随提离值迅速衰减。因此提高传感
的大提离检测方法, 其原理如图 9 所示。该方法在 器的灵敏度就可以提高缺陷大提离检测的信噪比。
磁传感器的下方放置磁导管( 细长杆状的铁芯), 使 近年来, 高灵敏度磁传感器发展迅猛, 尤其是以
[ 16 ]
漏磁场的磁感线通过磁导管传递至高处的 磁传感 各向异性磁敏电阻( AMR ) 、 巨磁电阻( GMR ) [ 17 ]
器。其整个磁场的传递过程基于磁畴的动力 学模 以及隧道磁敏电阻( TMR ) [ 18-19 ] 等为代表的磁敏电
型, 外部的磁化会使磁导管内部的磁畴重新分布, 使 阻开始广泛应用于精密漏磁检测中微弱磁场的检
磁畴变大, 且方向与外部磁化场逐渐趋近。但是由 测。与传统的霍尔传感器相比, 新型磁敏电阻传感
于磁畴壁不能在位错、 晶结或裂纹处移动, 即使在 x 器具有灵敏度更高、 分辨率更高等特点, 适合在大提
方向上施加漏磁场, 磁柱边界处的磁畴壁也不会重 离下拾取微弱的漏磁场信号, 不同磁传感器技术参
新分布。而在z 方向的磁化下, 磁畴壁容易沿着 z 数对比如表 1 所示。
方向重新定位, 从而使磁柱产生磁各向异性。因此 表 1 不同磁传感器技术参数对比
细长的磁导管就可以有效地将漏磁场传递至高处的 灵敏度 / 工作范围 / 分辨率 / 适用温度 /
传感芯片
磁传感器, 实现了大提离的检测。 ( mV · V · mT -1 ) mT μ T ℃
-1
霍尔元件 0.5 0.1~100 50 <150

AMR 10 0.0001~1 0.01 <150
GMR 30 0.01~3 0.2 <150

TMR 200 0.0001~20 0.01 <200
此外, 新的传感器设计也有助于灵敏度的提升
或信 噪 比 的 增 强 。 JIN等 [ 20 ] 对 比 研 究 了 基 于 MTJ
( 磁隧道结) 的单 TMR 传感器和全桥惠斯通电桥式
图 9 磁导管传递漏磁场原理示意 TMR 传感器, 全桥式惠斯通电桥 TMR 连接方式如
此外 LEE 等 [ 13 ] 还 提 出 了 一 种 磁 透 镜 检 测 方 图11 所示。相较于单 TMR 传感器而言, 虽然全桥
式, 该方法也是基于聚磁铁芯的原理, 使用放置在橡 惠斯通电桥式 TMR 传感器灵敏度较低, 但是惠斯
胶或塑料磨具中的磁流体形成“ 磁透镜”, 并在磁透 通电桥有效抑制了传感器的白噪声, 因此获得了较

镜表面阵列放置霍尔传感器。与矩形磁透镜相比, 高的信噪比。试验结果表明, 在4~20cm 的提离范
圆形的磁透镜消除了边缘效应, 并且可以阵列更多 围内, 全桥式 TMR 传感器在更大的提离值下可以
的传感器以增强空间分辨率。与铁氧体或者硅钢等 获得与单 TMR 相同的信噪比。
材料制作的聚磁体相比, 采用磁流体的磁透镜方式
在实现聚磁效果的同时还避免了铁磁性材料剩余磁
化强度和磁滞效应对聚磁效果产生的不利影响。
2.3 采用高灵敏度传感器
对于漏磁检测而言, 大提离会导致传感器拾取
到的漏磁信号幅值降低, 信号淹没在噪声中, 容易产 图 11 全桥式惠斯通电桥 TMR 连接方式示意
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2022 年 第 44 卷 第 4 期

无损检测