用于矿山、运输、建筑、旅游等行业，但由于使用环境恶劣，在它表面会产生断丝、磨损等各种缺陷，所以，及时对钢丝绳探伤检测显得尤为重要。目前，国内外公认的最可靠、最实用的方法就是漏磁检测方法，根据这一检测方法设计的断丝探伤检测装置，如EMTC 系列钢丝绳无损检测仪，其金属截面积测量精度为± 0.2％，一个捻距内断丝有一根误判时准确率>90％，性能良好，在生产中有着广泛的用途。
1.1 霍尔元件定义及其特点和制作
霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。
霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达－55℃～150℃。
按照霍尔器件的功能可将它们分为:霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。
按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。 霍尔元件可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多层半导体异质结构量子阱材料等。 1.2 霍尔元件的工作原理
霍尔元件是一个四端子元件，由矩形半导体薄片构成，当霍尔元件a、b端通以恒定电流Ic时，在其表面垂直方向施加磁场B，则在c、d端累积电荷形成与控制电流、磁场强度成正比的霍尔电势VN（见图19），其关系为：
VN=K2Ic2B2cos(a)
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图19 霍尔元件的工作原理图
式中，K为霍尔元件的灵敏度系数；a为B与霍尔元件法向n之间的夹角，在磁路中，当霍尔元件安装后a角一般为定角，这是如果霍尔元件采用恒流源供电，即Ic为常量，则VN与B成正比。 1.3 霍尔元件电磁无损探伤原理
电磁无损探伤原理是建立在铁磁性材料的高磁导率这一特性之上，通过测量铁磁性材料中由于缺陷所引起的磁导率变化来检查缺陷，铁磁性材料在外加磁场的作用下被磁化，当机械设备无缺陷时，磁力绝大部分通过铁磁材料，此时在材料的内部磁力线均匀分布（见图20），当有缺陷存在时，由于材料中缺陷的磁导率远比铁磁材料本身笑，至使磁力线发生弯曲，并且有一部分磁力线泄漏出材料表面（见图21），采用霍尔元件检测该泄漏磁场B的信号变化，就能有效地检测缺陷的存在。
图20 外加磁场作用下无缺陷的铁磁性材料内部磁力线分布
图21 表面缺陷引起的磁力线弯曲现象及磁场泄漏情况
检测流程如下图22：
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有波形输出 被检测元件 用磁体磁化元件 用电路检测 有损伤 无波形输出 图22 检测流程
无损伤
在现实生活中，由于输油管道长期使用中易产生腐蚀、裂纹等缺陷，也容易受到地基不稳、意外事故等影响产生位貌变化，如果产生的裂纹或损伤较小，就不容易被发现。由此我们认为可以将此设计运用到输油管道的检测上，有效的解决了输油管道产生的一些不易被发现的小损伤。
目前, 测量磁场的主要方法有电磁感应法和霍尔效应法, 其中, 电磁感应法采用线圈来测量磁场的变化, 这样, 测量的结果为线圈所覆盖的面积内磁场的平均值, 因此无法实现对小缺陷的定量检测。采用霍尔传感器测量磁场具有灵敏度高、体积小、适应频率和温度范围宽等优点, 而且, 在低频时, 霍尔传感器具有很好的响应能力。由于脉冲涡流主要工作在低频, 因此, 本文选择霍尔传感器来测量磁场。但由于霍尔元件在弱磁场测量中产生的霍尔电势差较小, 其值与剩余电压量值很接近, 因此用一般的霍尔元件[26]测量弱磁场有一定的困难。 本文将95 型集成霍尔传感器用于脉冲涡流无损检测中, 通过霍尔传感器测量磁场的变化量来实现对缺陷的准确定位。测试结果与理论分析相一致, 试验证明所采用的霍尔传感器灵敏度高、使用简单, 适合于在低频时对弱磁场进行定量检测。
6.5 电涡流传感器无损探伤
1、电涡流的产生方式
基于法拉第感应现象，金属导体在置于交变的磁场中时，导体表面会有感应电流的产生。电流的流线在金属体内自行闭合，这种由电磁感应原理产生的旋涡状感应电流称为电涡流，这种现象称为电涡流效应（如图23所示）。此，要形成涡流必须具备：①存在交变磁场；②导电体处于交变磁场中。
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根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。按照电涡流在导体内的贯穿情况，此传感器分为高频反射式与低频透射式两大类。
2、电涡流传感器的基本原理
如图24所示为电涡流传感器基本原理图，如果把提个励磁线圈置于金属导体附近，当线圈中通以正弦交变电源ui时，线 圈周围空间必然产生正弦交变磁场H1，使置于此磁场中的金属导体中感应出电涡流i2，i2又产生新的交变磁场H2。根据楞次定律，H2将反抗原磁场H1，导致传感器线圈的等效阻抗发生变化。金属导体的电阻率?、磁导率?、线圈与金属导体的距离x 以及线圈励磁[27]电流的角频率?等参数，都将提高涡流效应和磁效应与线圈阻抗联系。因此，
线圈等效阻抗Z的函数关系式为 图24 电涡流传感器工作原理示意图 1-电涡流线圈 2-被测金属导体
Z?f(?,?,?,?) （11）
若能保持其中大部分参数恒定不变，只改变其中一个参数，这样能形成传感器的线圈阻抗Z与此参数的单值函数。再通过传感器的测量转换电路测出阻抗Z的变化量，即可实现对该参数的非电量测量，这就是代内涡流传感器的基本工作原理。
若把导体形象地看作一个短路线圈，其关系可用图24所示电路来等效。
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1-传感器线圈 2-电涡流短
线圈与金属导体之间可以定义一个互感系数 路环M，它将随着间距x的减
小而增大。根据基尔霍夫第二定律，可列出Ⅰ、Ⅱ回路的电压平衡方程式，即
??j?LI???（12） R1I111?j?MI2?U1
??RI?? ?j?MI（13） 122?j?L2I2?O
式中 ?——线圈励磁电流角频率，单位rad/s。
由此可得传感器线圈受到电涡流影响后的等效阻抗Z的表达式，即
???U?2M2??2M2? （14）1 Z???R1?R2??j??L1?L2?22?I1?Z2Z2??? =R?j?L?Z1??Z1
式中 Z2——短路环阻抗值，单位为?
R——线圈受电涡流影响后的等效电阻，单位为?； L——线圈受电涡流影响后的等效电感，单位为H； Z1——线圈不受电涡流影响时的原有复数阻抗，单位为?； ?Z1——线圈受电涡流影响后的复数阻抗增量，单位为?。 由图25及式4不难得到以下参数表达式，即
2??2L2 Z2?R2（15） 2 R?R1??2M2Z22 R2 （16）
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