Page 48 - 无损检测2025年第三期

仇茹嘉，等：

基于 TMR 传感器的盆式绝缘子螺栓松动程度检测系统

铁，螺栓松动会带动磁铁发生旋转，改变外界磁场 据交互。
对TMR元件的磁化方向，即改变总磁场B与隧穿电 螺栓检测系统硬件电路板如图4所示，通信、控
流方向的夹角θ ，此时隧穿电阻会发生变化。在实 制与采集、探头模块集成在一块尺寸（长×宽）为
s
际工程应用中，电阻值无法直接测量。TMR传感器 2. 0 cm×1. 5 cm的不规则矩形电路板上。电路板
芯片内部集成了两个正交的惠斯通电桥，每个桥上 双面贴片，正面主要是主控芯片和通信芯片，背面
有若干个磁阻，当外界磁场发生变化时，磁阻的阻值 是TMR芯片，文章选用由多维科技生产的型号为
会发生变化。两个电桥输出两路信号分别为V 和 TMR 3005的芯片。电源模块主要组成部分是一个
sin θ
V ，则磁场源的方向转角θ 可表示为 3. 6 V的蓄电池，螺栓检测系统功耗极低，该蓄电池
cos θ
V 可供系统持续工作数年。上位机模块部署在PC端，
θ =tan -1 sinθ （2）
V cosθ 通过软件可以直观监测螺栓松动的实时情况。
2 螺栓检测系统

TMR螺栓松动检测系统的结构框图如图 3所
示。该系统主要包括通信模块、上位机模块、控制与
采集模块、探头模块以及电源模块。其中探头模块
采集原始数据，原始数据经控制与采集模块滤波去
噪处理后，通过通信模块与上位机模块完成远程数
图 4 螺栓检测系统硬件电路板
螺栓松动检测系统实物如图5所示，系统的通
信、控制与采集、探头和电源模块都集成于图中所示
的圆柱体结构中，固定靶向磁场后，再通过连接结构
件锁紧在螺栓上。系统中的通信模块与上位机进行
图 3 TMR 螺栓松动检测系统的结构框图 信息交互，完成螺栓松动检测。

图 5 螺栓松动检测系统实物
3 试验步骤及结果分析

3.1 系统灵敏度测试
在进行绝缘子螺栓松动检测前，首先对系统的
灵敏度进行表征。TMR传感器的测量精度主要受
限于噪声，因此其灵敏度可用噪声谱密度曲线来表
征。将螺栓松动检测装置放置在屏蔽筒内，屏蔽外
部磁场后，按照400 Hz的采样率，采集30 s左右的
TMR传感器测量数据，计算得到噪声谱密度曲线，
如图6所示。从图6中可以看出，该传感器的灵敏度
为0. 5×10 −5 V / Hz 。通过计算得到最终的螺栓

松动角度灵敏度为0. 5°/ Hz 。 图 6 系统噪声谱密度曲线
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2025 年 第 47 卷 第 3 期
无损检测