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(ji)于檢測(ce)信號中心頻率的區分方(fang)法
內部缺(que)(que)陷在檢(jian)(jian)測(ce)空(kong)間(jian)產生的漏磁場強度相(xiang)(xiang)對(dui)較(jiao)弱，但空(kong)間(jian)分布范圍相(xiang)(xiang)對(dui)較(jiao)大。因此，內部缺(que)(que)陷檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)的突變時間(jian)持續(xu)較(jiao)長；在頻(pin)域上(shang)，檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)的中(zhong)心頻(pin)率(lv)相(xiang)(xiang)對(dui)較(jiao)低。相(xiang)(xiang)反(fan)，外(wai)部缺(que)(que)陷檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)的中(zhong)心頻(pin)率(lv)較(jiao)高(gao)，突變相(xiang)(xiang)對(dui)陡(dou)峭。根據上(shang)述(shu)特(te)點，采用合理的帶通(tong)(tong)濾波器(qi)、高(gao)通(tong)(tong)濾波器(qi)以及觸發門限電路(lu)，針對(dui)內、外(wai)部缺(que)(que)陷檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)的頻(pin)域特(te)征，設置相(xiang)(xiang)應的截止頻(pin)率(lv)，將濾波后的輸出信(xin)(xin)(xin)號(hao)幅度進行對(dui)比，可達到區(qu)分內、外(wai)部缺(que)(que)陷的目的。
如圖4-6所示，將檢測(ce)(ce)信(xin)(xin)號分別利用高通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)器與帶通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)器進(jin)行濾(lv)波(bo)處理。其中，設(she)(she)置(zhi)帶通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)器的上、下(xia)限頻(pin)率時需包含內、外(wai)部(bu)(bu)缺陷檢測(ce)(ce)信(xin)(xin)號頻(pin)段(duan)，也即，內、外(wai)部(bu)(bu)缺陷檢測(ce)(ce)信(xin)(xin)號在通(tong)(tong)過帶通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)器后均不會引(yin)起波(bo)形特征上的變(bian)(bian)化，僅僅濾(lv)除高頻(pin)與低頻(pin)噪(zao)聲信(xin)(xin)號，并將該輸出量視為A通(tong)(tong)路，輸出信(xin)(xin)號記(ji)為XA(t)）。另外(wai)設(she)(she)立通(tong)(tong)路B，即高通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)支(zhi)路，它(ta)能夠使(shi)得頻(pin)率較(jiao)低的內部(bu)(bu)缺陷檢測(ce)(ce)信(xin)(xin)號在強度(du)上明(ming)顯削弱(ruo)，而外(wai)部(bu)(bu)缺陷檢測(ce)(ce)信(xin)(xin)號強度(du)基本不變(bian)(bian)，輸出信(xin)(xin)號記(ji)為XB(t)。進(jin)一步，將兩種濾(lv)波(bo)系統(tong)的輸出量XA(t)與XB(t)進(jin)行對比，從而可獲得內、外(wai)部(bu)(bu)缺陷檢測(ce)(ce)信(xin)(xin)號的判據。
從圖4-6中(zhong)(zhong)可以看(kan)出，采用中(zhong)(zhong)心頻(pin)率比較法識別缺(que)陷的位置時具(ju)有很(hen)好的邏輯性。但必(bi)(bi)須注意的是，由于檢(jian)測(ce)信號頻(pin)率與檢(jian)測(ce)速度有關，因此檢(jian)測(ce)過程中(zhong)(zhong)速度必(bi)(bi)須保(bao)持恒定。如果檢(jian)測(ce)速度發(fa)生(sheng)變化，則需(xu)重新調整濾(lv)波器的各濾(lv)波截止頻(pin)率。
二、缺(que)陷形態(tai)特(te)征對(dui)中心(xin)頻率法的影響
除缺(que)陷位置外(wai)，缺(que)陷的(de)(de)(de)其他形(xing)態(tai)特征也(ye)會影響缺(que)陷的(de)(de)(de)中心頻率，因此，采用該區分方法(fa)時需要綜合考慮(lv)各種因素的(de)(de)(de)影響。下面(mian)扼(e)要介紹(shao)缺(que)陷形(xing)狀(zhuang)、走向和深度對基(ji)于中心頻率區分方法(fa)的(de)(de)(de)影響。
模擬濾波(bo)與(yu)數字濾波(bo)都是(shi)改變(bian)信號中所包含頻率成(cheng)分(fen)(fen)的相對(dui)比例，或(huo)是(shi)濾除(chu)某種頻率成(cheng)分(fen)(fen)的系統(tong)。數字濾波(bo)具(ju)有精度(du)高(gao)、穩(wen)定、靈活、不要求阻抗匹配(pei)等優勢。這里，選用巴特(te)沃斯濾波(bo)器，即幅(fu)頻特(te)性曲線在通帶與(yu)阻帶內(nei)均為(wei)單(dan)調遞減函數。綜(zong)合考慮通帶與(yu)阻帶的變(bian)化速度(du)及(ji)內(nei)、外(wai)部缺陷信號的頻帶范圍，設定濾波(bo)器為(wei)四階。下面分(fen)(fen)別(bie)從幾(ji)種典(dian)型(xing)缺陷形態特(te)征出發，對(dui)各種人工缺陷進行試驗(yan)區分(fen)(fen)，觀察檢測信號在經過數字濾波(bo)器之后幅(fu)值的變(bian)化。
1. 缺陷形(xing)狀(zhuang)對(dui)檢測信號(hao)頻率(lv)成分的影(ying)響
不(bu)銹鋼(gang)管漏磁(ci)檢測(ce)標(biao)準(zhun)中(zhong)(zhong)(zhong)，人工缺陷通常選用通孔或(huo)刻槽(cao)，對不(bu)通孔未加說明(ming)。在鋼(gang)管的實(shi)際使用過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)，受到高壓沖刷、腐(fu)蝕等眾(zhong)多因(yin)素的影(ying)響，鋼(gang)管上形成的腐(fu)蝕坑十(shi)分(fen)普遍。因(yin)此，在分(fen)析缺陷形狀對檢測(ce)信(xin)(xin)號(hao)中(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)頻率(lv)成分(fen)的影(ying)響時，采用不(bu)通孔、裂紋和通孔作為(wei)檢測(ce)對象(xiang)，研究(jiu)各(ge)類(lei)缺陷信(xin)(xin)號(hao)在經過(guo)濾波系統后輸出量(liang)之(zhi)間的差異。
建(jian)立不(bu)銹鋼(gang)管(guan)漏磁自動化檢(jian)測(ce)系統，鋼(gang)管(guan)螺旋前進，螺距(ju)為(wei)(wei)105mm，鋼(gang)管(guan)直(zhi)徑(jing)為(wei)(wei)139.7mm，壁厚為(wei)(wei)8.5mm，采用電(dian)火花加(jia)工(gong)方法(fa)(fa)在內、外(wai)(wai)管(guan)壁加(jia)工(gong)周向(xiang)和軸(zhou)向(xiang)刻槽(cao)，寬度(du)均為(wei)(wei)0.8mm；采用機(ji)械加(jia)工(gong)的(de)(de)方法(fa)(fa)，在鋼(gang)管(guan)外(wai)(wai)壁面上加(jia)工(gong)直(zhi)徑(jing)為(wei)(wei)3.2mm、深(shen)度(du)為(wei)(wei)2.0mm的(de)(de)外(wai)(wai)部不(bu)通孔(kong)(kong)和直(zhi)徑(jing)為(wei)(wei)1.6mm的(de)(de)通孔(kong)(kong)。檢(jian)測(ce)過程(cheng)中，保證(zheng)鋼(gang)管(guan)的(de)(de)行進與旋轉速(su)度(du)恒(heng)定(ding)不(bu)變，以(yi)消除傳感器掃查速(su)度(du)變化對檢(jian)測(ce)信號(hao)的(de)(de)影響，獲得的(de)(de)檢(jian)測(ce)原(yuan)始信號(hao)波形如圖4-7所(suo)示。
經過不(bu)同截止頻率的高通濾波(bo)器之后，檢(jian)測缺陷信號(hao)輸出如圖4-8和圖4-9所(suo)示。
可以看出(chu)，經過截止頻率為540Hz的(de)高(gao)通濾波器(qi)之(zhi)后，N10的(de)內(nei)傷可以很好地(di)被削(xue)弱(ruo)，直(zhi)至(zhi)從信(xin)號(hao)輸(shu)出(chu)中完(wan)全消失。然而，同在鋼管外(wai)(wai)表(biao)(biao)壁但(dan)形狀不同的(de)直(zhi)徑為3.2mm的(de)外(wai)(wai)不通孔(kong)的(de)檢測(ce)(ce)信(xin)號(hao)變化規(gui)律與N5外(wai)(wai)表(biao)(biao)面刻槽不同：外(wai)(wai)不通孔(kong)檢測(ce)(ce)信(xin)號(hao)同樣受(shou)到(dao)了(le)高(gao)通濾波的(de)影響(xiang)而被嚴重削(xue)弱(ruo)，當內(nei)部缺(que)陷信(xin)號(hao)被濾波消除后，外(wai)(wai)不通孔(kong)的(de)檢測(ce)(ce)信(xin)號(hao)也被濾除。這說明如果對外(wai)(wai)腐蝕坑(keng)采用基于(yu)中心(xin)頻率的(de)區分方法，檢測(ce)(ce)結(jie)果可能(neng)會出(chu)現誤判(pan)的(de)情況(kuang)。
2. 缺陷走向對檢測信(xin)號頻(pin)率(lv)成分(fen)的(de)影響(xiang)
不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)在生產或使(shi)(shi)用(yong)過(guo)程中如果受到扭(niu)轉載荷(he)與(yu)(yu)(yu)軸向(xiang)(xiang)力的(de)(de)(de)同時作用(yong)，容易在管(guan)壁內、外表(biao)面形成與(yu)(yu)(yu)管(guan)材軸線方向(xiang)(xiang)既不(bu)垂直也不(bu)平行(xing)的(de)(de)(de)裂(lie)紋，使(shi)(shi)得漏磁(ci)(ci)(ci)檢(jian)測過(guo)程中無(wu)論是被周向(xiang)(xiang)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)或是軸向(xiang)(xiang)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)，都無(wu)法(fa)滿(man)足(zu)管(guan)材中磁(ci)(ci)(ci)力線與(yu)(yu)(yu)缺陷走向(xiang)(xiang)相垂直的(de)(de)(de)要求。而且，就目前不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)漏磁(ci)(ci)(ci)檢(jian)測系統中使(shi)(shi)用(yong)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)裝置來看(kan)，裂(lie)紋的(de)(de)(de)走向(xiang)(xiang)在絕大多數(shu)情況下與(yu)(yu)(yu)磁(ci)(ci)(ci)力線方向(xiang)(xiang)成斜向(xiang)(xiang)夾角，即(ji)兩者之間并非處于相互垂直的(de)(de)(de)狀態。
裂紋(wen)的走向對漏磁場強(qiang)度與(yu)分(fen)布影(ying)響較大，這一點可以通過檢(jian)測信(xin)號(hao)的波(bo)形特(te)征(zheng)反(fan)映出來(lai)，進一步(bu)也必然會引起檢(jian)測信(xin)號(hao)中心(xin)頻率的變化(hua)，從而會影(ying)響基于中心(xin)頻率方法(fa)的內、外部裂紋(wen)區分(fen)準確率。
采用電火花加(jia)工(gong)方(fang)式(shi)，在鋼管(guan)上加(jia)工(gong)N5（缺陷深度占壁厚的(de)5％）內、外(wai)部(bu)(bu)軸向(xiang)(xiang)(xiang)刻槽(cao)(cao)（也即縱向(xiang)(xiang)(xiang)刻槽(cao)(cao)）、45°外(wai)部(bu)(bu)斜(xie)向(xiang)(xiang)(xiang)刻槽(cao)(cao)以(yi)及不通孔(kong)等。圖4-10和圖4-11所示為原始檢(jian)測信(xin)(xin)號通過不同截止頻率濾波(bo)器后的(de)信(xin)(xin)號輸出(chu)。不難(nan)發現：雖然處于(yu)鋼管(guan)外(wai)部(bu)(bu)，45°外(wai)部(bu)(bu)斜(xie)向(xiang)(xiang)(xiang)刻槽(cao)(cao)與(yu)內部(bu)(bu)缺陷一樣，檢(jian)測信(xin)(xin)號發生了嚴重的(de)削弱，從而無法(fa)得到與(yu)軸向(xiang)(xiang)(xiang)、周向(xiang)(xiang)(xiang)標準刻槽(cao)(cao)區(qu)分一致的(de)評判結果。
究其原(yuan)因，斜(xie)向外部(bu)(bu)裂(lie)紋的走向與磁化場(chang)之(zhi)間(jian)的夾(jia)角呈非(fei)垂直(zhi)狀態，形成(cheng)的漏(lou)磁場(chang)強度相對較弱，在檢(jian)測(ce)空間(jian)上也趨于分散，從而導(dao)致斜(xie)向裂(lie)紋檢(jian)測(ce)信(xin)號在頻域內可能會被(bei)誤(wu)判為(wei)內部(bu)(bu)缺陷(xian)。
3. 缺陷深度對檢測信(xin)號頻(pin)率成分的影響(xiang)
缺(que)(que)陷(xian)的(de)深(shen)度直接決定了管(guan)材的(de)使用性(xing)(xing)能(neng)。在管(guan)材的(de)實際使用過程(cheng)中(zhong)，根據工作環境的(de)不同(tong)，位于鋼管(guan)不同(tong)表面(mian)(mian)（內表面(mian)(mian)或外表面(mian)(mian)）的(de)具有相(xiang)同(tong)深(shen)度的(de)缺(que)(que)陷(xian)對管(guan)材性(xing)(xing)能(neng)的(de)影(ying)響(xiang)會不一樣。這(zhe)里討論缺(que)(que)陷(xian)深(shen)度對檢測信號頻率成分的(de)影(ying)響(xiang)。
仍然(ran)選用(yong)不銹(xiu)鋼管作為(wei)試件(jian)，在(zai)距管端250mm的圓周(zhou)(zhou)方向(xiang)上(shang)加工(gong)N20（缺(que)陷(xian)深度占壁厚的20％）周(zhou)(zhou)向(xiang)內部刻槽和(he)N10（缺(que)陷(xian)深度占壁厚的10％）周(zhou)(zhou)向(xiang)外部刻槽。經過試驗發現，通過不同截(jie)止(zhi)頻率的高通濾波(bo)系(xi)統處理后，深度較大(da)的內部刻槽檢測信(xin)號始終(zhong)難以(yi)被有效濾除(chu)，如圖4-12所示。
三、基(ji)于檢測信號中心頻率區分(fen)方法的適應性
通過上(shang)述試驗分析可(ke)以看出(chu)，檢測信(xin)(xin)(xin)號中(zhong)心(xin)頻率(lv)的影響因(yin)素較多，如圖(tu)4-13所示，其對缺陷(xian)的形狀、走向和深度等具有代表(biao)性(xing)的形態特征均十(shi)分敏感。這充分說明了信(xin)(xin)(xin)號的頻率(lv)成分在描述缺陷(xian)位(wei)置(zhi)時并(bing)不(bu)具有完備的表(biao)達(da)能力。究其原因(yin)，利用中(zhong)心(xin)頻率(lv)區(qu)分內、外(wai)部缺陷(xian)，是以低(di)維(wei)度信(xin)(xin)(xin)息量去評判具有高維(wei)度信(xin)(xin)(xin)息的檢測對象，因(yin)而，也(ye)就不(bu)可(ke)避免地碰到信(xin)(xin)(xin)息維(wei)度過少而造成評判時模(mo)棱兩可(ke)的尷(gan)尬(ga)局面(mian)。
中心頻率(lv)比較法(fa)，可以對(dui)某(mou)些特定類型(xing)缺陷進行位置(zhi)特征判別(bie)。但由(you)于判定指標的成(cheng)因(yin)并不具有唯一性，因(yin)此，該方(fang)法(fa)并不能保證對(dui)所有類型(xing)缺陷實現正確區分。
