磁敏传感器阵列在漏磁探伤中的应用

　　UGN3503U线性霍尔传感器是一种应用广泛的磁敏器件,其较高的检测灵敏度(分辨力可达10^-5T)、高线性度和低输出阻抗使其特别适用于工程测量。UGN3503U的测量区域约为9 mm², 常用于点测或小区域磁场的精密测量。在长输管道、油罐底部等大型设备的漏磁探伤中,由于检测面积较大,用磁敏区域较小的UGN3503U进行测量,虽然可 以提高缺陷的定位精度和缺陷特征的识别,但会使信号处理通道成倍增加,从而造成成本大幅度提高并且使可靠性降低。以长输管道的漏磁爬行器为例,直径720 mm的管道,用UGN3503U沿管道内圆周均匀交错排列需要720个,相当于每个圆周度2个,如果每个UGN3503U用一个独立的信号处理通道,以国 内现有的制造工艺几乎无法实现;因此用多个UGN3503U共用一个信号处理通道是解决该问题的唯一方法,这相当于将单个传感器的检测面积增大。由于 UGN3503U是有源器件,多个UGN3503U无法直接进行简单的信号连接,用多个UGN3503U在外部进行有源连接时,导线数目繁多,并且由于 UGN3503U内阻的影响会使单位面积的测量灵敏度成倍下降,因此必须适当放大信号给以补偿。由于信号自各UGN3503U到达测量仪器过程中不可避免 地要引入较强的噪声干扰,从而造成整个测量系统的信噪比大幅度下降。以下介绍基于UGN3503U的磁敏传感器阵列将多个UGN3503U组合制成模块形 式,内部采用特殊电路对测量灵敏度进行补偿和电平调理,该阵列模块由单电源供电,外特性保持与UGN3503U基本一致,测量区域扩大数倍,单位面积上的 测量灵敏度达到或略高于单个元件。该模块抗冲击震动,适于现场使用,且使系统的信号处理通道数大大降低,从而使漏磁爬行器测量系统成本大幅度降低并使可靠 性得到提高。

　　1　磁敏传感器阵列结构

　　磁敏传感器阵列由UGN3503U传感器阵、有源加法器、电位悬浮电桥、增益调整和射极输出级等部分组成,用树脂胶整体灌封构成有源器件模块,单电源电压5V。阵列结构见图1。

　　系统由若干磁敏传感器UGN3503U组成传感器阵列,电阻R和运算放大器IC组成有源加法器,用于各UGN3503U输出信号的不失真汇聚; 三个电阻组成的电位悬浮电桥用于消除UGN3503U静态输出电压的影响,便于提取动态信号;另三个电阻和IC组成的增益调整电路,用于增强动态信号幅 度,提高测量灵敏度;射极输出级用于提供低阻输出,以提高信号传输的抗干扰程度。零磁场下模块输出电压(静态输出电压)为电源电压的二分之一。

　　2　磁敏传感器阵列在漏磁探伤中的应用

　　漏磁法探伤是通过检测被磁化金属表面溢出的漏磁通来判断金属是否存在内部或表面缺陷^[1]。当金属材料内部存在缺陷时,由于磁通量面积减小,金属内部的磁场有向外部释放的趋势;如表面存在缺陷,由于磁感应强度的折射作用,接近金属表面的内部磁力线将以一定角度溢出表面形成漏磁场,漏磁场的强度与表面缺陷的深度近似成线性关系^[1],即