不銹鋼管內、外部缺陷產生的漏磁檢測信號頻率成分存在差異。根據這種差異，借助于電路或數字濾波器，將不銹(xiu)鋼管(guan)內、外部缺陷檢測信號的頻率進行對比，可以達到內、外部缺陷區分的目的。下面扼要介紹基于檢測信號中心頻率的區分方法。
一、基于檢測信號(hao)中心頻(pin)率的區分(fen)方法
內部缺(que)(que)陷(xian)(xian)在檢(jian)測空間產生的(de)(de)(de)漏磁場強度(du)相對(dui)較弱，但空間分(fen)布(bu)范圍相對(dui)較大。因此，內部缺(que)(que)陷(xian)(xian)檢(jian)測信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)突變時間持續較長；在頻域上(shang)，檢(jian)測信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)中(zhong)心(xin)頻率(lv)相對(dui)較低。相反(fan)，外部缺(que)(que)陷(xian)(xian)檢(jian)測信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)中(zhong)心(xin)頻率(lv)較高，突變相對(dui)陡峭。根據(ju)上(shang)述特點(dian)，采用合理的(de)(de)(de)帶通(tong)濾(lv)波器、高通(tong)濾(lv)波器以(yi)及觸發門(men)限電路(lu)，針對(dui)內、外部缺(que)(que)陷(xian)(xian)檢(jian)測信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)頻域特征，設置相應的(de)(de)(de)截止頻率(lv)，將濾(lv)波后的(de)(de)(de)輸出信(xin)號(hao)幅度(du)進行對(dui)比，可達到區(qu)分(fen)內、外部缺(que)(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。
如圖(tu)4-6所示，將(jiang)(jiang)檢(jian)測(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)分別利用高(gao)通(tong)(tong)(tong)濾(lv)波(bo)(bo)器與(yu)帶(dai)通(tong)(tong)(tong)濾(lv)波(bo)(bo)器進行濾(lv)波(bo)(bo)處理(li)。其中，設置(zhi)帶(dai)通(tong)(tong)(tong)濾(lv)波(bo)(bo)器的(de)上(shang)(shang)、下限頻(pin)率時需包含內(nei)、外部缺陷(xian)檢(jian)測(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)頻(pin)段，也即，內(nei)、外部缺陷(xian)檢(jian)測(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)在(zai)通(tong)(tong)(tong)過(guo)帶(dai)通(tong)(tong)(tong)濾(lv)波(bo)(bo)器后均不會引起波(bo)(bo)形特(te)征上(shang)(shang)的(de)變化，僅僅濾(lv)除高(gao)頻(pin)與(yu)低頻(pin)噪(zao)聲(sheng)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)，并將(jiang)(jiang)該輸出量視為A通(tong)(tong)(tong)路(lu)，輸出信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)記為XA(t)）。另外設立通(tong)(tong)(tong)路(lu)B，即高(gao)通(tong)(tong)(tong)濾(lv)波(bo)(bo)支路(lu)，它能夠使得頻(pin)率較低的(de)內(nei)部缺陷(xian)檢(jian)測(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)在(zai)強度(du)(du)上(shang)(shang)明顯(xian)削弱(ruo)，而外部缺陷(xian)檢(jian)測(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)強度(du)(du)基本不變，輸出信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)記為XB(t)。進一步，將(jiang)(jiang)兩種濾(lv)波(bo)(bo)系統的(de)輸出量XA(t)與(yu)XB(t)進行對(dui)比，從(cong)而可獲得內(nei)、外部缺陷(xian)檢(jian)測(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)的(de)判據。
從圖4-6中可以看(kan)出，采(cai)用中心頻(pin)率比較法識(shi)別缺陷(xian)的(de)位置時具有很好的(de)邏輯性。但必須注(zhu)意的(de)是，由于檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)號頻(pin)率與檢(jian)(jian)(jian)測(ce)速度有關，因此檢(jian)(jian)(jian)測(ce)過程中速度必須保持恒定。如果檢(jian)(jian)(jian)測(ce)速度發生變化，則需重新調整(zheng)濾(lv)波器的(de)各(ge)濾(lv)波截(jie)止頻(pin)率。
二、缺陷形態特征對中心頻(pin)率法的影(ying)響
除缺(que)(que)陷(xian)位置外，缺(que)(que)陷(xian)的(de)其他形態特征(zheng)也(ye)會(hui)影響(xiang)缺(que)(que)陷(xian)的(de)中心(xin)頻(pin)率(lv)，因此，采(cai)用該區分方(fang)法時(shi)需要(yao)綜合考慮各種因素(su)的(de)影響(xiang)。下(xia)面(mian)扼要(yao)介紹缺(que)(que)陷(xian)形狀、走向(xiang)和深度(du)對基于中心(xin)頻(pin)率(lv)區分方(fang)法的(de)影響(xiang)。
模(mo)擬濾(lv)波與數(shu)(shu)字(zi)濾(lv)波都是改變信號中(zhong)所(suo)包含頻(pin)率成分(fen)的(de)相(xiang)對(dui)比例，或是濾(lv)除某(mou)種頻(pin)率成分(fen)的(de)系(xi)統。數(shu)(shu)字(zi)濾(lv)波具有精度高(gao)、穩定、靈活、不要求阻(zu)抗匹配等優勢(shi)。這里，選用巴特(te)沃斯濾(lv)波器(qi)(qi)，即(ji)幅(fu)頻(pin)特(te)性曲線在(zai)通(tong)帶(dai)(dai)與阻(zu)帶(dai)(dai)內均為單調遞減函數(shu)(shu)。綜(zong)合考慮通(tong)帶(dai)(dai)與阻(zu)帶(dai)(dai)的(de)變化速度及內、外部缺(que)陷信號的(de)頻(pin)帶(dai)(dai)范圍，設(she)定濾(lv)波器(qi)(qi)為四階。下面分(fen)別從幾種典型缺(que)陷形態特(te)征出發，對(dui)各種人工缺(que)陷進(jin)行試驗區分(fen)，觀察(cha)檢測信號在(zai)經過數(shu)(shu)字(zi)濾(lv)波器(qi)(qi)之(zhi)后幅(fu)值的(de)變化。
1. 缺(que)陷形(xing)狀對檢測(ce)信號頻率成分的影響
不銹鋼(gang)(gang)管漏磁檢(jian)測(ce)標準中(zhong)(zhong)，人工缺陷通(tong)常選用通(tong)孔(kong)(kong)或(huo)刻槽(cao)，對不通(tong)孔(kong)(kong)未加說(shuo)明。在(zai)(zai)鋼(gang)(gang)管的實際(ji)使用過程(cheng)中(zhong)(zhong)，受到高壓(ya)沖刷、腐蝕等眾多因(yin)素的影(ying)(ying)響(xiang)，鋼(gang)(gang)管上(shang)形成的腐蝕坑十分(fen)普(pu)遍。因(yin)此，在(zai)(zai)分(fen)析缺陷形狀對檢(jian)測(ce)信號(hao)中(zhong)(zhong)心頻率成分(fen)的影(ying)(ying)響(xiang)時(shi)，采用不通(tong)孔(kong)(kong)、裂紋和通(tong)孔(kong)(kong)作為檢(jian)測(ce)對象，研究各(ge)類缺陷信號(hao)在(zai)(zai)經過濾波系統后輸出量之(zhi)間(jian)的差異。
建立不(bu)銹鋼管漏磁自動化檢(jian)(jian)測系(xi)統，鋼管螺旋前進(jin)，螺距為(wei)105mm，鋼管直(zhi)徑(jing)為(wei)139.7mm，壁(bi)厚為(wei)8.5mm，采用電火(huo)花加(jia)工方(fang)法(fa)在內、外管壁(bi)加(jia)工周向和軸向刻(ke)槽，寬度(du)均(jun)為(wei)0.8mm；采用機(ji)械加(jia)工的(de)(de)方(fang)法(fa)，在鋼管外壁(bi)面上加(jia)工直(zhi)徑(jing)為(wei)3.2mm、深(shen)度(du)為(wei)2.0mm的(de)(de)外部不(bu)通孔和直(zhi)徑(jing)為(wei)1.6mm的(de)(de)通孔。檢(jian)(jian)測過程中，保證鋼管的(de)(de)行進(jin)與旋轉速(su)度(du)恒定不(bu)變，以消(xiao)除傳感器(qi)掃查速(su)度(du)變化對檢(jian)(jian)測信號(hao)的(de)(de)影響，獲得(de)的(de)(de)檢(jian)(jian)測原(yuan)始信號(hao)波形如圖4-7所示(shi)。
經過不同截止頻率的高(gao)通濾波器之(zhi)后，檢(jian)測缺陷(xian)信號輸出如圖4-8和(he)圖4-9所示。
可(ke)以看(kan)出，經(jing)過截止頻率(lv)為(wei)540Hz的(de)(de)(de)高通(tong)(tong)濾(lv)波器之后，N10的(de)(de)(de)內傷可(ke)以很好地被削弱(ruo)(ruo)，直(zhi)至從信(xin)號(hao)輸出中完全消失。然而，同(tong)在鋼管外表壁(bi)但形狀不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)直(zhi)徑為(wei)3.2mm的(de)(de)(de)外不(bu)(bu)通(tong)(tong)孔(kong)(kong)的(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)變化(hua)規律與N5外表面(mian)刻槽不(bu)(bu)同(tong)：外不(bu)(bu)通(tong)(tong)孔(kong)(kong)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)同(tong)樣受(shou)到了高通(tong)(tong)濾(lv)波的(de)(de)(de)影響而被嚴重(zhong)削弱(ruo)(ruo)，當內部缺陷(xian)信(xin)號(hao)被濾(lv)波消除后，外不(bu)(bu)通(tong)(tong)孔(kong)(kong)的(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)也被濾(lv)除。這(zhe)說明如(ru)果(guo)對外腐蝕(shi)坑(keng)采用基(ji)于中心(xin)頻率(lv)的(de)(de)(de)區分方法，檢(jian)測(ce)結果(guo)可(ke)能(neng)會出現誤判的(de)(de)(de)情況。
2. 缺(que)陷走向對檢測信號(hao)頻率成分的影(ying)響(xiang)
不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼管在生產或使用過程中(zhong)如果受到扭轉載荷與(yu)軸(zhou)(zhou)向(xiang)(xiang)力的(de)(de)同時作用，容易在管壁內(nei)、外表面形(xing)成與(yu)管材(cai)軸(zhou)(zhou)線(xian)方向(xiang)(xiang)既(ji)不(bu)垂(chui)直也不(bu)平(ping)行的(de)(de)裂(lie)(lie)紋，使得(de)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)檢(jian)測過程中(zhong)無(wu)論是被(bei)周向(xiang)(xiang)磁(ci)(ci)(ci)化或是軸(zhou)(zhou)向(xiang)(xiang)磁(ci)(ci)(ci)化，都無(wu)法滿足管材(cai)中(zhong)磁(ci)(ci)(ci)力線(xian)與(yu)缺(que)陷(xian)走(zou)向(xiang)(xiang)相垂(chui)直的(de)(de)要求。而(er)且，就目(mu)前(qian)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼管漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)檢(jian)測系(xi)統中(zhong)使用的(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)化裝置來看(kan)，裂(lie)(lie)紋的(de)(de)走(zou)向(xiang)(xiang)在絕大多數情況下與(yu)磁(ci)(ci)(ci)力線(xian)方向(xiang)(xiang)成斜向(xiang)(xiang)夾角，即兩者(zhe)之(zhi)間(jian)并非處于相互(hu)垂(chui)直的(de)(de)狀(zhuang)態。
裂紋(wen)的(de)走向對漏(lou)磁場強度與分(fen)(fen)布影響較大(da)，這一(yi)(yi)點可(ke)以通過檢(jian)測(ce)信(xin)號的(de)波形特征反映出來，進(jin)一(yi)(yi)步也必然會引起檢(jian)測(ce)信(xin)號中(zhong)心(xin)頻率的(de)變化(hua)，從(cong)而(er)會影響基于中(zhong)心(xin)頻率方法的(de)內(nei)、外部裂紋(wen)區(qu)分(fen)(fen)準確率。
采用電火花(hua)加(jia)工(gong)方式，在鋼(gang)管(guan)上加(jia)工(gong)N5（缺陷(xian)深度(du)占(zhan)壁厚的5％）內、外(wai)部(bu)軸(zhou)向刻(ke)槽(cao)（也即縱向刻(ke)槽(cao)）、45°外(wai)部(bu)斜向刻(ke)槽(cao)以及不通(tong)孔等(deng)。圖(tu)(tu)4-10和圖(tu)(tu)4-11所示為原始檢測(ce)信(xin)號(hao)通(tong)過不同截止頻率濾波器(qi)后的信(xin)號(hao)輸(shu)出。不難發現：雖然處(chu)于鋼(gang)管(guan)外(wai)部(bu)，45°外(wai)部(bu)斜向刻(ke)槽(cao)與內部(bu)缺陷(xian)一樣，檢測(ce)信(xin)號(hao)發生了(le)嚴重的削弱，從而無法得到與軸(zhou)向、周向標準(zhun)刻(ke)槽(cao)區分一致的評判結(jie)果。
究其原因，斜向外部裂紋的(de)走向與磁化場(chang)之間的(de)夾角(jiao)呈(cheng)非(fei)垂直狀態，形成的(de)漏磁場(chang)強度相(xiang)對較弱，在檢(jian)測空間上(shang)也趨于分散，從而導致斜向裂紋檢(jian)測信號在頻域內可能會被誤判為內部缺陷。
3. 缺陷深度對(dui)檢測信號頻率成分的影響
缺(que)陷的(de)(de)深度(du)直接決定了管(guan)(guan)材(cai)的(de)(de)使(shi)用性(xing)能(neng)。在管(guan)(guan)材(cai)的(de)(de)實際(ji)使(shi)用過(guo)程中，根(gen)據工作環境的(de)(de)不同，位于鋼管(guan)(guan)不同表面（內表面或外(wai)表面）的(de)(de)具有相(xiang)同深度(du)的(de)(de)缺(que)陷對(dui)管(guan)(guan)材(cai)性(xing)能(neng)的(de)(de)影(ying)響會(hui)不一樣。這里討論缺(que)陷深度(du)對(dui)檢測信(xin)號頻(pin)率成(cheng)分的(de)(de)影(ying)響。
仍然選用不(bu)銹鋼管(guan)作為(wei)試件(jian)，在距(ju)管(guan)端250mm的(de)圓周(zhou)方向上(shang)加工N20（缺陷深度占(zhan)壁厚的(de)20％）周(zhou)向內(nei)部(bu)刻(ke)槽和N10（缺陷深度占(zhan)壁厚的(de)10％）周(zhou)向外部(bu)刻(ke)槽。經過試驗發現，通(tong)過不(bu)同截止頻率的(de)高(gao)通(tong)濾(lv)波系統處理后，深度較(jiao)大(da)的(de)內(nei)部(bu)刻(ke)槽檢測信號始終難以被(bei)有效(xiao)濾(lv)除，如圖(tu)4-12所示。
三(san)、基于檢測(ce)信號中(zhong)心頻率區(qu)分方法的適應(ying)性
通過上述(shu)試驗(yan)分析可以看出，檢(jian)測信(xin)號中心(xin)頻率的影(ying)響因素(su)較多(duo)，如(ru)圖(tu)4-13所示，其對(dui)(dui)缺(que)(que)陷的形狀、走(zou)向和深度(du)等具有代表性的形態特征均(jun)十分敏感。這(zhe)充分說明(ming)了信(xin)號的頻率成分在描(miao)述(shu)缺(que)(que)陷位置時并不(bu)具有完備的表達(da)能力。究其原(yuan)因，利(li)用中心(xin)頻率區分內、外部(bu)缺(que)(que)陷，是以低維度(du)信(xin)息(xi)(xi)量(liang)去(qu)評(ping)判(pan)具有高維度(du)信(xin)息(xi)(xi)的檢(jian)測對(dui)(dui)象(xiang)，因而，也就不(bu)可避免(mian)地碰(peng)到(dao)信(xin)息(xi)(xi)維度(du)過少而造(zao)成評(ping)判(pan)時模(mo)棱兩可的尷(gan)尬局面。
中心頻率比較法，可以對某些(xie)特(te)定(ding)類型缺(que)(que)陷進(jin)行位置(zhi)特(te)征(zheng)判別。但(dan)由于判定(ding)指標的成(cheng)因(yin)并(bing)不具有唯一性，因(yin)此，該方法并(bing)不能保證(zheng)對所有類型缺(que)(que)陷實現正確區分。
