不銹鋼管穿過磁化線圈時會發生如下兩種電磁感應現象：

 1. 鋼管在橫向漏磁檢測磁化器內運動時，不銹鋼管切割磁力線而在其內部形成感生渦流。

 2. 不銹鋼管磁介質在管頭進入磁化線圈和管尾離開磁化線圈時，由于磁化線圈的磁通總量發生急劇變化，線圈中會產生感生電流。

一、鋼管內產生的感生渦流

  不銹鋼管橫向缺陷漏磁檢測方法采用穿過式線圈產生軸向磁化場，并在磁化線圈內布置檢測傳感器。當鋼管沿著軸向移動時，處于磁化線圈內的不銹鋼管段被磁化至近飽和狀態，如存在缺陷將在鋼管表面產生泄漏磁場，然后被磁敏感元件拾取并依次轉換為模擬信號和數字信號，最終由計算機信號處理系統實施報警和分類。

  如圖5-1所示，以鋼管軸線為中心建立圓柱坐標系。沿著鋼管運動方向，以磁化線圈為中心將鋼管劃分為進入區和離開區，在磁化線圈中施加如圖所示的磁化電流，磁力線分布特征為：在進入區磁力線從空氣中進入鋼管，并在磁化線圈中部匯聚，然后在離開區折射入空氣中。

  如圖5-1所示，將磁感應強度矢量B(r,z)分解為軸向分量和徑向分量，即  B(r,z)=B2(r,z)+B,(r,z)

  從圖5-1中可以看出，軸向分量B2(r,z)在進入區和離開區方向一致，沿著鋼管前進方向，其強度在進入區逐漸增大，并在磁化線圈中部達到極大值，之后在離開區逐漸減小。徑向分量B,(r,z)在進入區方向指向鋼管內部，并在磁化線圈中部發生轉變，在離開區方向指向鋼管外部。

  為了研究與鋼管同軸圓環l(ro ,zo)的渦流分布，設圓環半徑為ro，軸向位置為200根據楞次定律，當圓環移動時，軸向分量B,(r,z)的強度變化導致圓環磁通量也發生改變，從而在圓環中產生感生電動勢。因磁化場為軸對稱，建立圓環感應電動勢方程為

  根據式（5-3），沿鋼管前進方向，在進入區，軸向分量強度逐漸增強，感生渦流方向與原磁化電流方向相反；在磁化線圈中間位置，由于軸向分量變化率為零，故此部位無感生流產生；在離開區，軸向分量強度由中間最大值逐漸減小，于是形成與原磁化電流方向相同的感生渦流，最終鋼管中感生渦流分布如圖5-2a所示。如果改變磁化電流方向，根據式（5-3），同樣可得出鋼管內感生渦流分布，如圖5-2b所示。

  從圖5-2中可以看出，鋼管中感生電流分布方向由磁化電流方向和鋼管運動方向共同決定。在進入區，鋼管中的感生渦流J1與磁化電流方向相反；在磁化線圈中間位置無感生渦流產生；在離開區，感生渦流J2與磁化電流方向相同。從而，在感生渦流產生的磁場作用下，鋼管的磁化狀態將發生變化。

  建立如圖5-3所示的仿真模型。鋼管直徑為400mm、壁厚為15mm、長度為3000mm，材質為25鋼（電導率為）。磁化線圈內徑為440mm、外徑為750mm、厚度為160mm，磁化電流密度iA／㎡，電流方向如圖5-3所示。

  對不銹鋼管中的感生渦流分布進行仿真研究。磁化線圈固定不動，鋼管運行速度設置為1m／s，不銹鋼管從左端進人并向右端移動，當鋼管中心與磁化線圈中心重合時獲取感生渦流分布云圖，如圖5-4所示。從圖中可以看出，進入區的感生渦流方向與磁化電流方向相反，離開區的感生渦流方向與磁化電流方向相同，在線圈中部感生渦流幾乎為零。進入區和離開區的渦流分布相對于線圈呈對稱分布，方向相反，強度基本相同，仿真結果與圖5-2所示的渦流分布理論分析結論相同，其中感生渦流最大值為1.4×105A/㎡。

  為了研究感生渦流與不銹鋼管運行速度的關系，分別取速度0.1m／s、1m/s、2m/s、5m/s、8m／s、10m／s、20m／s、30m／s、40m／s和50m／s進行仿真。當鋼管中部與磁化線圈重合時提取渦流密度最大值和最小值，繪制成如圖5-5所示的渦流密度與運行速度關系曲線。從圖中可以看出，感生渦流與不銹鋼管運行速度成近似正比關系。鋼管低速運動時感生渦流很小，可忽略不計；當運行速度增至50m／s時，渦流密度為2。此時，感生渦流已接近傳導電流密度。因此，高速運動時，感生渦流對鋼管漏磁檢測的影響不可忽視。

二、磁化線圈中產生的感生電流

  當不銹鋼管端部進入和離開磁化線圈時，線圈中的磁通量發生變化而產生感生電流。設磁化電源提供的電壓為Uo，磁化線圈電阻為R，則磁化電源在線圈中產生的初始傳導電流為Io=Uo/RR。磁化線圈通過的磁通總量為Φ，當磁化線圈中磁通總量發生變化時，根據楞次定律，線圈中將產生感生電動勢，對應的感生電流磁化線圈中通過的電流I為初始傳導電流和感生電流之和，即

  當線圈中沒有鋼管時，磁化線圈磁通總量為線圈自身產生的靜態磁通量，其與磁化電流強度成正比，當磁化電流不變時，線圈磁通總量也不發生變化。此時線圈中通過的電流為磁化電源產生的初始磁化傳導電流

  當管頭進入磁化線圈時，具有高磁導率的鋼管磁介質進入磁化線圈內部，使得線圈內部的磁通總量增大。根據式（5-4），磁化線圈中會產生與初始磁化傳導電流方向相反的感生電流，此時線圈中通過的電流為，如圖5-6a所示。

  當管體通過磁化線圈時，線圈內部磁介質總量及分布特性基本不變，從而線圈內部的磁通總量也保持恒定。根據式（5-4），磁化線圈基本無感生電流產生，此時，磁化線圈中通過的電流與無鋼管時相同，為磁化電源產生的初始磁化傳導電流1＝，如圖5-6b所示。

  當管尾離開磁化線圈時，由于線圈內部的高磁導率磁介質不斷減少，導致磁化線圈的磁通總量也不斷減少。根據式（5-4），磁化線圈中會產生與初始磁化傳導電流方向相同的感生電流，此時線圈中通過的電流為，如圖5-6c所示。

  不銹鋼管內的磁場包括：磁化線圈通過電流I產生的磁場和鋼管中感生渦流J形成的磁場。磁化線圈的磁通總量包含了由感生渦流J產生的部分磁通量，因此鋼管中的渦流效應會對磁化線圈中的感生電流產生一定影響。

  采用如圖5-3所示模型，進一步研究磁化線圈中產生的感生電流變化規律。其中，線圈匝數為600匝，磁化電流為5A。當鋼管管頭、管體和管尾分別與磁化線圈耦合時提取磁化線圈內部產生的感生電流，如圖5-7所示。仿真分兩種：一是考慮鋼管渦流效應時分析線圈感生電流與運動速度的關系，二是忽略鋼管渦流效應而單獨分析線圈感生電流與鋼管運動速度關系。分別取速度0.1m／s、1m／s、2m／s、5m／s、8m／s、10m／s、20m／s、30m／s、40m／和50m／s進行仿真，獲得如圖5-8所示的磁化線圈感生電流與運動速度關系曲線。其中I1csI2cs和I3cs分別為考慮鋼管渦流效應時在管頭、管體和管尾處線圈中產生的感生電流，11cI2c和I3c分別為忽略不銹鋼管渦流效應時磁化線圈中產生的感生電流。

  圖5-8所示的仿真結果與圖5-6所示的理論分析結論相同：當管頭進入磁化線圈時，線圈中產生的感生電流幅值為負，即與磁化電流方向相反；當管體通過磁化線圈時，線圈中基本無感生電流產生；隨著管尾離開磁化線圈，此時線圈中產生與磁化電流方向相同的感生電流。根據楞次定律，線圈中產生的感生電流會阻礙線圈磁通量的變化：當管頭進入磁化線圈時，線圈中會產生反向感生電流來阻礙磁通量的增大；當管體與磁化線圈耦合時，由于線圈磁通量基本不變而無感生電流產生；當管尾離開磁化線圈時，線圈中會產生同向感生電流來阻礙磁通量的減小。

  另外，從圖5-8中可以看出，在運行速度較低時，磁化線圈中感生電流隨著速度的增加而快速上升；當速度達到一定幅值時，磁化線圈中的感生電流基本保持不變。因為感生電流只能減緩磁化線圈磁通量的變化速度，而不能改變磁通量的變化趨勢。

  從圖5-8中還可以看出，鋼管中的渦流會削弱磁化線圈中產生的感生電流，根據楞次定律，鋼管中的渦流同樣會阻礙鋼管中磁通量的變化。當不銹鋼管進入和離開磁化線圈時，鋼管中的磁通量變化規律同樣先增大后減小。由于磁化線圈磁通總量包含了不銹鋼管磁通量，所以，感生渦流在阻礙鋼管磁通量變化的同時也阻礙了線圈磁通量的變化速率，最終削弱了線圈感生電流的強度。