[发明专利]柔性差分涡流传感器、检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种柔性差分涡流传感器、检测系统及方法，当进行钻杆螺纹区的缺陷检测时，第一柔性基质与第三柔性基质的弧形结构与螺纹表面的曲率相适配，使整个柔性衬底能够更好地与螺纹表面贴合，减少了贴合时的皱褶，且能够完美覆盖在被检螺纹区，提高了对被检表面进行检测的适应性；设于第一柔性基质、第三柔性基质上且呈轴对称分布的差分检测线圈用于检测螺纹缺陷，当差分检测线圈输出信号有幅值变化时，表明该差分检测线圈对应的螺纹区存在缺陷；当差分检测线圈输出信号的幅值变化为零时，表明该差分检测线圈对应的螺纹区不存在缺陷，并且幅值变化大小反映了缺陷的大小，因此实现了螺纹缺陷位置和大小的检测。

技术领域

本发明属于石油钻杆螺纹缺陷检测技术，尤其涉及一种用于钻杆螺纹缺陷检测的柔性差分涡流传感器、检测系统及方法。

背景技术

钻杆是石油钻井平台中的关键部件，由于钻杆在地下和海底几百米甚至上万米的深度进行作业，工作环境恶劣且受力十分复杂，因此会导致钻杆螺纹区发生裂纹、断扣、脱扣、漏蚀以及锥度的变化等各种各样的失效形式，给石油的生产和作业带来很大的经济损失。因此对役前和在役的钻杆进行健康诊断变得尤为重要。

由于钻杆为金属材质，对其主要的检测方法有涡流检测、漏磁检测、磁粉检测、磁记忆检测。对于传统的涡流检测，由于螺纹表面不规整、且曲率较大，不能够对钻杆螺纹部分进行检测；漏磁检测也不适用于形状复杂的试件；磁粉检测在检测过程中需要添加磁粉，且需要外部形成磁场，这种方法对被测件表面光滑度要求高，检测范围小且速度慢，不利于提高生产效率。

由于柔性电路制造技术的发展，使得涡流检测进一步的发展，能够制作尺寸更小的涡流探头，且柔性衬底能够进行弯曲折叠，因此对曲率大的复杂结构进行缺陷检测成为一种可能。为了提高检测的灵敏度和空间分辨率，以及更好的适应螺纹健康状态的检测。

柔性涡流传感器因为其柔性衬底能够弯曲折叠，因此可以贴合在钻杆螺纹区进行缺陷检测。如图1所示，取钻杆螺纹的1/4结构2，将矩形柔性涡流传感器1贴合在该螺纹1/4结构2上，由于螺纹1/4结构2表面不规整，且曲率较大，存在弧形部分，因此在贴合时矩形柔性涡流传感器1存在皱褶11以及传感器未覆盖区域12，皱褶11以及未覆盖区域12将导致螺纹结构的部分区域检测不到，且矩形柔性涡流传感器无法确定缺陷的具体位置，检测灵敏度不高。

例如，申请公布号为CN108680638A，名称为平面阵列式柔性电磁传感器、制备方法及应用方法的专利申请文献，公开了平面阵列式柔性电磁传感器的具体结构，将该平面阵列式柔性电磁传感器贴于钻杆螺纹区进行缺陷检测时，不仅存在皱褶以及未覆盖区域的问题，同时还由于差分检测线圈集中于柔性基底中部，导致检测范围小，柔性基底边缘区域覆盖的螺纹区无法检测，差分检测线圈紧邻无法确定缺陷的具体位置等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于钻杆螺纹缺陷检测的柔性差分涡流传感器、检测系统及方法，以克服传统的矩形柔性涡流传感器因在贴合时存在皱褶以及未覆盖区域导致部分螺纹结构无法检测到，以及无法确定缺陷位置，检测灵敏度不高的问题。

第一方面，本发明提供一种用于钻杆螺纹缺陷检测的柔性差分涡流传感器，包括第一柔性基质、第二柔性基质以及第三柔性基质，所述第一柔性基质通过第二柔性基质与所述第三柔性基质连接；所述第一柔性基质、第三柔性基质均呈弧形结构，且所述弧形结构与被检螺纹表面的曲率相适配；

在由所述第一柔性基质、第二柔性基质以及第三柔性基质构成的柔性衬底上设有激励线圈；在所述第一柔性基质上设有至少一个第一差分检测线圈，在所述第三柔性基质上设有至少一个第二差分检测线圈，所述第一差分检测线圈与所述第二差分检测线圈呈轴对称分布。

优选地，所述第一差分检测线圈和第二差分检测线圈均为两个，且两个所述第一差分检测线圈、两个所述第二差分检测线圈均呈阵列布置。

优选地，每个所述第一差分检测线圈、每个所述第二差分检测线圈均呈倾斜布置。