磁测量元件及其实际应用原理说明

实际检测中，磁电转换原理和元件主要有下述几种。

1.感应线圈

感应线圈的测磁原理是：当线圈贴着管道表面扫描时，缺陷产生的漏磁场会引起穿过线圈磁通量的变化，从而线圈中会产生感应电动势，形成缺陷信号。当检测用的线圈与管道做相对运动时，线圈检测漏磁场所产生的感应电势为

式中，N为线圈匝数；Φ为线圈中通过的漏磁场磁通量；B为漏磁场的磁感应强度；S为线圈的横截面积。

感应线圈测量的是磁场的相对变化量，对高频磁场信号比较敏感，其检测灵敏度取决于线圈匝数和相对移动速度，结果易受线圈运动速度的影响，信号处理电路较为复杂。

2.霍尔元件

霍尔元件检测漏磁信号原理是：当电流I沿与磁场B垂直的方向通过时，在与电流和磁场垂直的霍尔元件两侧产生霍尔电势V_H。由霍尔效应可得

V_H=K_HIBcosα （1-7）

式中，K_H为霍尔系数；I为供电电流；B为磁感应强度；α为磁感应强度与霍尔元件表面垂直方向的夹角。

可见当霍尔元件的条件确定后，霍尔电势直接反映的是磁感应强度的大小。输出电势V_H与检测元件相对于磁场的运动速度无关，因此霍尔元件不会受到管道检测的非匀速性的影响，但是需要电源供应。

3.磁敏二极管和磁敏晶体管

磁敏二极管是一种新型磁电转换元件，它的灵敏度比霍尔元件要高几百倍，特别适合探测微小磁场变化，具有体积小和灵敏度高等特点。在磁敏二极管上加一个正向电压后，其内阻随周围磁场大小和方向的变化而变化，通过磁敏二极管的电流越大，在同样磁场下输出电压越大；而所加的电压一定时，在正向磁场的作用下电流减小，反向磁场作用下电流加大。磁敏二极管工作电压和灵敏度随温度升高而下降，通常需要补偿。

磁敏晶体管是对磁场敏感的半导体晶体管，与磁敏二极管一样，为一种新型的磁敏传感元件。磁敏晶体管可分NPN型和PNP型两大类。

磁敏二极管和磁敏晶体管灵敏度较高，但由于温度系数和输出的非线性，其实际应用并不多见。

4.磁通门

磁通门传感器原理是建立在法拉第电磁感应定律和某些材料的磁化强度与磁场强度之间的非线性关系上。典型的磁通门一般有三个绕组，即激励绕组、输出绕组和控制绕组，磁心通常是跑道形的。这种磁通门的灵敏度很高，可以测量10^-5～10^-7T弱磁场，输出依赖于磁心的磁特性，分辨率等随磁心和线圈尺寸变化。近年来，有些学者采用非晶态合金作为磁通门的磁心，使磁通门的灵敏度得到大幅度的提高。

5.磁敏电阻(www.xing528.com)

磁敏电阻的灵敏度是霍尔元件裸件的20倍左右，一般为0.1V/T，工作温度为-40～150℃，具有较宽的温度使用范围。其空间分辨率等与元件感应面积有关。

式中，N为线圈匝数；Φ为线圈中通过的漏磁场磁通量；B为漏磁场的磁感应强度；S为线圈的横截面积。

感应线圈测量的是磁场的相对变化量，对高频磁场信号比较敏感，其检测灵敏度取决于线圈匝数和相对移动速度，结果易受线圈运动速度的影响，信号处理电路较为复杂。

2.霍尔元件

霍尔元件检测漏磁信号原理是：当电流I沿与磁场B垂直的方向通过时，在与电流和磁场垂直的霍尔元件两侧产生霍尔电势V_H。由霍尔效应可得

V_H=K_HIBcosα （1-7）

式中，K_H为霍尔系数；I为供电电流；B为磁感应强度；α为磁感应强度与霍尔元件表面垂直方向的夹角。

可见当霍尔元件的条件确定后，霍尔电势直接反映的是磁感应强度的大小。输出电势V_H与检测元件相对于磁场的运动速度无关，因此霍尔元件不会受到管道检测的非匀速性的影响，但是需要电源供应。

3.磁敏二极管和磁敏晶体管

磁敏二极管是一种新型磁电转换元件，它的灵敏度比霍尔元件要高几百倍，特别适合探测微小磁场变化，具有体积小和灵敏度高等特点。在磁敏二极管上加一个正向电压后，其内阻随周围磁场大小和方向的变化而变化，通过磁敏二极管的电流越大，在同样磁场下输出电压越大；而所加的电压一定时，在正向磁场的作用下电流减小，反向磁场作用下电流加大。磁敏二极管工作电压和灵敏度随温度升高而下降，通常需要补偿。

磁敏晶体管是对磁场敏感的半导体晶体管，与磁敏二极管一样，为一种新型的磁敏传感元件。磁敏晶体管可分NPN型和PNP型两大类。

磁敏二极管和磁敏晶体管灵敏度较高，但由于温度系数和输出的非线性，其实际应用并不多见。

4.磁通门

磁通门传感器原理是建立在法拉第电磁感应定律和某些材料的磁化强度与磁场强度之间的非线性关系上。典型的磁通门一般有三个绕组，即激励绕组、输出绕组和控制绕组，磁心通常是跑道形的。这种磁通门的灵敏度很高，可以测量10^-5～10^-7T弱磁场，输出依赖于磁心的磁特性，分辨率等随磁心和线圈尺寸变化。近年来，有些学者采用非晶态合金作为磁通门的磁心，使磁通门的灵敏度得到大幅度的提高。

5.磁敏电阻

磁敏电阻的灵敏度是霍尔元件裸件的20倍左右，一般为0.1V/T，工作温度为-40～150℃，具有较宽的温度使用范围。其空间分辨率等与元件感应面积有关。