Page 92 - 无损检测2022年第十一期

叶文超, 等:

钻杆连接螺纹磁扰动检测方法与系统

敏度; ② 螺纹牙型为锥形, 越靠近根部处的空间越

小, 因此线圈并不能缠绕在永磁体的较低位置处, 只
能往永磁体上方缠绕, 增大了提离, 使得检测信号近

似指数下降, 检测效果并不理想; ③ 感应线圈测量
的是磁通量的变化量, 其信号大小与扫查的速度有
关, 由于螺纹几何形状复杂, 螺纹检测时扫查速度
慢, 因此线圈的灵敏度较低。
感应线 圈 与 霍 尔 传 感 器 结 构 对 比 如 图 9 所
图 7 永磁体宽度与提离高度对观测点 A 磁化效果的影响
示, 由于霍 尔 传 感 器 能 够 直 接 测 量 磁 感 应 强 度 的
考虑永磁体的加工难易以及磁化效果之后, 最终选
大小, 并且体积通常都较小, 能够避免感应线圈存
择长度为 8mm , 宽度为 1.6mm , 高度为 10mm 的

在的问 题, 因 此 选 取 AKM HQ-0811 型 霍 尔 传 感
永磁体, 并将提离高度定为0.8mm 。对该尺寸的永

器作为磁 敏 元 件。该 传 感 器 体 积 小, 线 性 工 作 范
磁体进行仿真, 绘制永磁体下表面到观测点 A 的磁
围为 0~460mT , 能够放置于永磁体的下方( 可尽
感应强度( 见图 8 ), 可以发现在该尺寸永磁体的磁
可能地贴近齿根), 具有比感应线圈更小的提离。考

化下, 观测点 A 的磁感应强度达到了 0.2964T , 该

虑到霍尔传感器本身的体积以及焊接余量等因素的
磁感应强度分布曲线对于后续磁传感器的选取以及
影响, 最终控制霍尔传感器下表面与永磁体下表面
布置位置具有参考价值。
的距离为0.6mm , 即霍尔传感器的下表面距离螺纹

根部最低点的距离为 0.2mm 。

图 8 永磁体下表面至观测点 A 的磁感应强度分布
从上文对永磁体几何参数仿真结果的分析可以 图 9 感应线圈与霍尔传感器结构对比
发现, 由于螺纹几何结构的限制, 永磁体所能提供的
磁感应强度有限, 因此需要较高灵敏度的检测传感 2 钻杆连接螺纹磁扰动检测系统
器。目前常用的磁敏传感器主要是感应线圈和霍尔 2.1 多自由度探头跟踪机构
传感器, 但将感应线圈应用于螺纹检测时存在着如 螺纹段存在一定的锥度, 在不同位置处的曲率都

下问题: ① 感应线圈的检测灵敏度与其匝数有关, 不相同, 为了保证检测传感器能够始终处于一个较优
而螺纹的结构限制了线圈在径向上的匝数, 使得灵 的检测状态, 分别针对钻杆连接外螺纹和内螺纹设计
敏度下降, 沿轴向方向增加匝数时同样也会降低灵 了一种多自由度探头跟踪机构, 其结构如图10所示。

图 10 探头跟踪机构结构示意

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2022 年 第 44 卷 第 11 期

无损检测