摘  要：针对管道陷检测的现状，研制了一种适用于输油、输气管道的漏磁无损检测传感器，该传感器由磁敏器件、励磁模块、导轮等部分组成，具有灵敏度高、可用性强的特点，能满足不同管径和工况的管道缺陷检测，内容涉及漏磁检测、磁敏器件的选择、永磁体的优化以及导轮的设计等。

    关键词：漏磁检测；磁敏器件；励磁模块；导轮

    引言    

    输油、输气管道在长期使用中，由于表层地基不稳定、介质腐蚀、意外事故等原因，管道易发生位貌变化，并产生腐蚀与裂纹等缺陷和损伤，发生油气泄漏现象，将对环境造成极大的污染和危害，并带来经济和人身安全上的巨大损失，所以必须对工业管道进行定期无损检测。

    目前的管道检测技术主要有漏磁检测、超声检测、远场涡流检测、射线检测等。超声法测量壁厚精度较高，是一种接触式单点检测方法，但是检测效率低。涡流法主要用于检测管道表层缺陷，如要检测管道内部缺陷，需从管道内部穿过，结构复杂。射线检测对于复杂的工况环境具有不易操作性。相比较而言，漏磁检测法有很高的检测速度，对于金属材料，它不仅能提供金属材料表面缺陷的信息，还能提供材料裂纹深度的信息，且不需要耦合剂，因此该方法已被广泛用于油气管道、储罐罐底的腐蚀检测和钢丝绳、钢板、钢块等铁磁材料的无损检测中[1，2]。国家“十五”863项目“海底管道内爬行器及检测技术”中，以漏磁检测法设计了管道检测系统，文中将对其中的漏磁检测传感器的设计及其相关问题进行研究。

    1  漏磁检测传感器的原理及设计

    1.1  磁敏器件的选择

    漏磁检测的原理是通过永磁体、导磁体及管道形成磁回路，将管道磁化到接近磁饱和状态，再检测管道缺陷引起的漏磁通，所以磁敏元件的选择是漏磁测量精确与否的关键。目前常用的磁敏器件有磁敏管、磁敏电阻、检测线圈、霍尔元件等[3]。

    相比较而言，磁敏管的灵敏度虽然高，但线性度太差；磁敏电阻温度性很差且有局部非线性；检测线圈的灵敏度、温度特性和线性度都可以，但线圈测量磁感应时只能测量变化的磁场，当磁场变化缓慢时，线圈很难测到，而且线圈和磁场之间运动的相对速度变化也会影响测量值的大小。

    霍尔元件是根据霍尔效应制成的，将一通电导体或半导体薄片置于磁场中，则产生一个和电流及磁场方向垂直的电场，亦即产生一电动势，这种现象叫霍尔效应。霍尔电动势可以表示为：
                      
    式中Vh表示霍尔电动势，I表示施加电流，b为霍尔元件厚度，n、e与霍尔元件本身材料有关，B为磁感应强度。令Kh＝(neb)－1为霍尔元件灵敏度，由式(1)则磁感应强度B为：
                
     当施加恒定电流且霍尔元件已经确定时，由式(2)可以看出，磁感应强度B和霍尔电动势Vh成线性关系。

    由以上介绍可以看出，霍尔元件具有良好的线性度。同时它也具有温度特性好和高灵敏度的特点，在研究中采用砷化镓(GaAs)霍尔元件作为磁敏元件，其参数特性如表1。
                  

     1.2  漏磁检测传感器电路构成

    漏磁检测传感器电路由霍尔元件、恒流源差动放大和稳压电路组成，其中恒流源为霍尔元件提供控制电流，差动电路用于将霍尔电动势放大，稳压电路将系统送来的±12V电源分别经78L09和79L09稳成9V的电压，供探头内元件使用。图1为漏磁传感器的电路图。
                
     为提高测量精确度，消除温度对系统测量带来 的误差，装置中加入温度检测电路，随时测量温度值并记录存储，作为对霍尔温度误差的补偿。温度传感器选用美国AD公司的器件AD590，它的温度测量范围是－55～＋100℃。当器件外加4～30V电压时，能提供1μΑ/K的恒定电流。