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，將不銹鋼管內、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(yu)檢測信號中(zhong)心頻率的區分(fen)方法(fa)
內(nei)(nei)部(bu)缺陷在(zai)檢測(ce)空間(jian)產生的(de)(de)(de)漏磁場強度相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)較(jiao)(jiao)弱，但空間(jian)分(fen)布(bu)范圍相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)較(jiao)(jiao)大。因此，內(nei)(nei)部(bu)缺陷檢測(ce)信(xin)號的(de)(de)(de)突(tu)變(bian)時間(jian)持(chi)續(xu)較(jiao)(jiao)長(chang)；在(zai)頻(pin)域上，檢測(ce)信(xin)號的(de)(de)(de)中(zhong)心(xin)頻(pin)率(lv)相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)較(jiao)(jiao)低。相(xiang)(xiang)(xiang)反(fan)，外部(bu)缺陷檢測(ce)信(xin)號的(de)(de)(de)中(zhong)心(xin)頻(pin)率(lv)較(jiao)(jiao)高(gao)，突(tu)變(bian)相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)陡峭。根據上述特(te)點，采用(yong)合理的(de)(de)(de)帶通(tong)濾(lv)(lv)波(bo)(bo)器、高(gao)通(tong)濾(lv)(lv)波(bo)(bo)器以及觸發門限電路，針對(dui)(dui)(dui)內(nei)(nei)、外部(bu)缺陷檢測(ce)信(xin)號的(de)(de)(de)頻(pin)域特(te)征(zheng)，設置相(xiang)(xiang)(xiang)應的(de)(de)(de)截止(zhi)頻(pin)率(lv)，將濾(lv)(lv)波(bo)(bo)后的(de)(de)(de)輸出信(xin)號幅(fu)度進(jin)行對(dui)(dui)(dui)比，可達到(dao)區分(fen)內(nei)(nei)、外部(bu)缺陷的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。
如(ru)圖(tu)4-6所示(shi)，將(jiang)(jiang)檢測(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)分別利用(yong)高(gao)通(tong)(tong)(tong)濾波(bo)(bo)器(qi)(qi)與帶(dai)通(tong)(tong)(tong)濾波(bo)(bo)器(qi)(qi)進行(xing)濾波(bo)(bo)處理(li)。其中，設(she)置帶(dai)通(tong)(tong)(tong)濾波(bo)(bo)器(qi)(qi)的(de)(de)上、下限頻(pin)(pin)率時需包(bao)含(han)內(nei)、外部(bu)(bu)缺陷檢測(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)頻(pin)(pin)段，也(ye)即，內(nei)、外部(bu)(bu)缺陷檢測(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)在(zai)通(tong)(tong)(tong)過帶(dai)通(tong)(tong)(tong)濾波(bo)(bo)器(qi)(qi)后均不(bu)會(hui)引(yin)起波(bo)(bo)形特征上的(de)(de)變化，僅僅濾除高(gao)頻(pin)(pin)與低頻(pin)(pin)噪聲信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)，并將(jiang)(jiang)該(gai)輸(shu)出(chu)量視為(wei)A通(tong)(tong)(tong)路，輸(shu)出(chu)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)記為(wei)XA(t)）。另(ling)外設(she)立通(tong)(tong)(tong)路B，即高(gao)通(tong)(tong)(tong)濾波(bo)(bo)支路，它能夠使(shi)得頻(pin)(pin)率較低的(de)(de)內(nei)部(bu)(bu)缺陷檢測(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)在(zai)強(qiang)度(du)上明顯削弱，而外部(bu)(bu)缺陷檢測(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)強(qiang)度(du)基本不(bu)變，輸(shu)出(chu)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)記為(wei)XB(t)。進一步，將(jiang)(jiang)兩種濾波(bo)(bo)系統的(de)(de)輸(shu)出(chu)量XA(t)與XB(t)進行(xing)對比，從而可獲得內(nei)、外部(bu)(bu)缺陷檢測(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)的(de)(de)判據。
從圖(tu)4-6中(zhong)可以看(kan)出，采用(yong)中(zhong)心頻率比較(jiao)法識別(bie)缺陷的位置時具有(you)很好的邏輯性。但必須注(zhu)意的是，由于(yu)檢測(ce)(ce)信號(hao)頻率與檢測(ce)(ce)速度有(you)關，因此檢測(ce)(ce)過程(cheng)中(zhong)速度必須保持恒定(ding)。如(ru)果檢測(ce)(ce)速度發生變化，則需重新(xin)調整濾波(bo)器的各濾波(bo)截止頻率。
二、缺陷形態特征對中心頻率法的影響(xiang)
除缺陷位置外，缺陷的(de)(de)(de)其他形(xing)態特征也(ye)會影響(xiang)(xiang)缺陷的(de)(de)(de)中(zhong)心(xin)頻率(lv)，因此，采(cai)用該區分方(fang)法時需要綜合(he)考慮各種因素(su)的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)。下面扼要介紹缺陷形(xing)狀、走向和(he)深度對基(ji)于中(zhong)心(xin)頻率(lv)區分方(fang)法的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)。
模(mo)擬(ni)濾(lv)波與數(shu)字濾(lv)波都是改變(bian)信號(hao)中所包含頻率(lv)成(cheng)分的(de)(de)相對比例，或是濾(lv)除某種(zhong)(zhong)頻率(lv)成(cheng)分的(de)(de)系(xi)統。數(shu)字濾(lv)波具有精度高、穩定(ding)、靈活、不要(yao)求阻(zu)抗匹配等優勢。這里(li)，選用巴(ba)特(te)沃(wo)斯濾(lv)波器，即(ji)幅(fu)頻特(te)性曲線在通帶與阻(zu)帶內均為單調遞減(jian)函(han)數(shu)。綜合考慮通帶與阻(zu)帶的(de)(de)變(bian)化速度及內、外部(bu)缺陷(xian)信號(hao)的(de)(de)頻帶范圍(wei)，設定(ding)濾(lv)波器為四階。下面(mian)分別從(cong)幾種(zhong)(zhong)典型(xing)缺陷(xian)形態(tai)特(te)征(zheng)出發，對各種(zhong)(zhong)人工缺陷(xian)進(jin)行(xing)試驗(yan)區分，觀察檢測信號(hao)在經過數(shu)字濾(lv)波器之后幅(fu)值的(de)(de)變(bian)化。
1. 缺陷(xian)形狀對檢測信號(hao)頻率成分的(de)影(ying)響
不(bu)(bu)銹鋼管漏磁檢測(ce)標(biao)準中(zhong)，人(ren)工(gong)缺陷(xian)通(tong)常選(xuan)用通(tong)孔或刻槽(cao)，對(dui)不(bu)(bu)通(tong)孔未加說明。在鋼管的(de)實際(ji)使用過(guo)程中(zhong)，受到高壓沖(chong)刷、腐蝕(shi)等眾多因素(su)的(de)影(ying)響(xiang)，鋼管上形(xing)成(cheng)的(de)腐蝕(shi)坑十分(fen)普遍。因此，在分(fen)析(xi)缺陷(xian)形(xing)狀對(dui)檢測(ce)信(xin)(xin)號(hao)中(zhong)心頻率成(cheng)分(fen)的(de)影(ying)響(xiang)時，采(cai)用不(bu)(bu)通(tong)孔、裂紋和通(tong)孔作為檢測(ce)對(dui)象，研究各類缺陷(xian)信(xin)(xin)號(hao)在經過(guo)濾波系統后輸出量之間的(de)差異。
建(jian)立不銹(xiu)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)漏磁自動化(hua)檢(jian)測(ce)系統，鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)螺(luo)旋前進，螺(luo)距為(wei)(wei)105mm，鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)直(zhi)徑(jing)為(wei)(wei)139.7mm，壁(bi)厚為(wei)(wei)8.5mm，采用電火花加(jia)(jia)工方(fang)法在內(nei)、外(wai)管(guan)(guan)壁(bi)加(jia)(jia)工周(zhou)向(xiang)和軸向(xiang)刻槽，寬度(du)均為(wei)(wei)0.8mm；采用機(ji)械加(jia)(jia)工的方(fang)法，在鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)外(wai)壁(bi)面上加(jia)(jia)工直(zhi)徑(jing)為(wei)(wei)3.2mm、深度(du)為(wei)(wei)2.0mm的外(wai)部不通孔和直(zhi)徑(jing)為(wei)(wei)1.6mm的通孔。檢(jian)測(ce)過程(cheng)中，保證鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)的行(xing)進與旋轉(zhuan)速(su)度(du)恒定不變(bian)，以消(xiao)除傳感器掃查速(su)度(du)變(bian)化(hua)對檢(jian)測(ce)信號(hao)的影(ying)響，獲得的檢(jian)測(ce)原始信號(hao)波形如圖(tu)4-7所示(shi)。
經(jing)過(guo)不(bu)同截止頻(pin)率的(de)高通濾波器之后，檢(jian)測缺陷信號輸出如(ru)圖(tu)4-8和圖(tu)4-9所示。
可以(yi)看出，經過截(jie)止頻率為(wei)540Hz的(de)(de)(de)(de)高通(tong)(tong)濾波器之后，N10的(de)(de)(de)(de)內傷(shang)可以(yi)很好地被(bei)削弱(ruo)，直至從信(xin)號(hao)(hao)輸出中完全(quan)消失。然而，同(tong)在(zai)鋼(gang)管外表(biao)壁但形狀(zhuang)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)直徑為(wei)3.2mm的(de)(de)(de)(de)外不(bu)通(tong)(tong)孔的(de)(de)(de)(de)檢測(ce)信(xin)號(hao)(hao)變化規律與N5外表(biao)面刻(ke)槽不(bu)同(tong)：外不(bu)通(tong)(tong)孔檢測(ce)信(xin)號(hao)(hao)同(tong)樣受到了高通(tong)(tong)濾波的(de)(de)(de)(de)影響而被(bei)嚴重削弱(ruo)，當內部缺(que)陷信(xin)號(hao)(hao)被(bei)濾波消除后，外不(bu)通(tong)(tong)孔的(de)(de)(de)(de)檢測(ce)信(xin)號(hao)(hao)也被(bei)濾除。這說明(ming)如果對外腐蝕坑(keng)采用基于中心頻率的(de)(de)(de)(de)區(qu)分方(fang)法，檢測(ce)結果可能會出現誤判的(de)(de)(de)(de)情況。
2. 缺陷走(zou)向對檢測信號頻率成分(fen)的影響
不(bu)銹鋼管(guan)(guan)在(zai)生產或使用(yong)過程(cheng)中(zhong)如果受到扭轉載荷與軸(zhou)向(xiang)力(li)的同時作用(yong)，容易在(zai)管(guan)(guan)壁內、外表面形成與管(guan)(guan)材軸(zhou)線(xian)方向(xiang)既不(bu)垂直也不(bu)平行的裂紋(wen)，使得(de)漏磁(ci)(ci)檢(jian)測過程(cheng)中(zhong)無(wu)論是被周向(xiang)磁(ci)(ci)化(hua)或是軸(zhou)向(xiang)磁(ci)(ci)化(hua)，都無(wu)法(fa)滿足(zu)管(guan)(guan)材中(zhong)磁(ci)(ci)力(li)線(xian)與缺陷走向(xiang)相垂直的要求(qiu)。而(er)且，就目前不(bu)銹鋼管(guan)(guan)漏磁(ci)(ci)檢(jian)測系統(tong)中(zhong)使用(yong)的磁(ci)(ci)化(hua)裝置(zhi)來看，裂紋(wen)的走向(xiang)在(zai)絕大多數(shu)情況(kuang)下與磁(ci)(ci)力(li)線(xian)方向(xiang)成斜向(xiang)夾(jia)角，即兩者之間并非處(chu)于相互垂直的狀態。
裂紋(wen)的走向(xiang)對(dui)漏磁場(chang)強度與(yu)分(fen)布影響較(jiao)大，這一點可以通過檢測(ce)信(xin)號的波形特(te)征(zheng)反(fan)映出來，進一步也必然會引起(qi)檢測(ce)信(xin)號中(zhong)心(xin)頻(pin)率(lv)的變化，從而會影響基于中(zhong)心(xin)頻(pin)率(lv)方法的內、外部裂紋(wen)區分(fen)準確率(lv)。
采(cai)用電(dian)火花加工方式，在(zai)鋼管上加工N5（缺陷深度占(zhan)壁厚(hou)的(de)5％）內(nei)、外部(bu)(bu)(bu)軸向(xiang)刻(ke)槽（也即縱向(xiang)刻(ke)槽）、45°外部(bu)(bu)(bu)斜(xie)向(xiang)刻(ke)槽以及不通孔等(deng)。圖4-10和圖4-11所(suo)示為原始檢測(ce)信(xin)(xin)號(hao)通過不同截止頻率(lv)濾波器后的(de)信(xin)(xin)號(hao)輸出。不難發現：雖然(ran)處于鋼管外部(bu)(bu)(bu)，45°外部(bu)(bu)(bu)斜(xie)向(xiang)刻(ke)槽與內(nei)部(bu)(bu)(bu)缺陷一樣，檢測(ce)信(xin)(xin)號(hao)發生了嚴重的(de)削(xue)弱，從而(er)無法得到與軸向(xiang)、周(zhou)向(xiang)標準刻(ke)槽區分一致的(de)評判結(jie)果(guo)。
究其原因，斜向(xiang)(xiang)(xiang)外部裂(lie)紋的走向(xiang)(xiang)(xiang)與磁(ci)化(hua)場之(zhi)間的夾角呈非垂(chui)直狀態，形(xing)成的漏磁(ci)場強度相對較(jiao)弱，在檢測空間上也趨(qu)于分散(san)，從而(er)導致斜向(xiang)(xiang)(xiang)裂(lie)紋檢測信號在頻域內可能會(hui)被誤判為內部缺陷。
3. 缺陷深度(du)對檢測信號頻(pin)率(lv)成分的影響
缺(que)(que)陷的深度(du)(du)直接決定了管(guan)(guan)(guan)材(cai)的使用(yong)性(xing)能。在管(guan)(guan)(guan)材(cai)的實際(ji)使用(yong)過程中，根據工作環(huan)境的不(bu)同(tong)，位于鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)不(bu)同(tong)表(biao)面（內表(biao)面或(huo)外(wai)表(biao)面）的具有(you)相同(tong)深度(du)(du)的缺(que)(que)陷對管(guan)(guan)(guan)材(cai)性(xing)能的影響(xiang)會不(bu)一樣。這里討論缺(que)(que)陷深度(du)(du)對檢測信號頻率成分的影響(xiang)。
仍然(ran)選用不銹鋼管作為(wei)試件，在距管端250mm的(de)圓周(zhou)方向上(shang)加工(gong)N20（缺陷深(shen)度(du)占(zhan)壁(bi)厚的(de)20％）周(zhou)向內(nei)部刻槽和(he)N10（缺陷深(shen)度(du)占(zhan)壁(bi)厚的(de)10％）周(zhou)向外(wai)部刻槽。經過試驗發現(xian)，通過不同截止頻率的(de)高通濾波系統(tong)處理后，深(shen)度(du)較(jiao)大的(de)內(nei)部刻槽檢測信號(hao)始(shi)終難以被有效濾除，如(ru)圖4-12所(suo)示。
三(san)、基于檢測信號(hao)中心頻率區分方法(fa)的(de)適應性
通過上述試驗分(fen)析可以(yi)看出，檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號中心頻率的(de)(de)(de)影響因(yin)(yin)素較多，如圖(tu)4-13所示，其對缺陷的(de)(de)(de)形(xing)狀、走向和深度(du)(du)(du)等(deng)具(ju)有(you)代表性的(de)(de)(de)形(xing)態(tai)特征均(jun)十分(fen)敏感。這充分(fen)說明了信(xin)(xin)號的(de)(de)(de)頻率成分(fen)在描(miao)述缺陷位置(zhi)時并(bing)不(bu)具(ju)有(you)完備的(de)(de)(de)表達能力。究其原(yuan)因(yin)(yin)，利(li)用中心頻率區分(fen)內、外部缺陷，是以(yi)低維度(du)(du)(du)信(xin)(xin)息量去(qu)評(ping)判具(ju)有(you)高(gao)維度(du)(du)(du)信(xin)(xin)息的(de)(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)對象，因(yin)(yin)而(er)，也(ye)就不(bu)可避免地碰到信(xin)(xin)息維度(du)(du)(du)過少而(er)造成評(ping)判時模(mo)棱兩可的(de)(de)(de)尷尬(ga)局面。
中心頻率比(bi)較(jiao)法，可以(yi)對某些特定類型(xing)缺陷進(jin)行(xing)位置特征判別(bie)。但由(you)于(yu)判定指標的成因并不(bu)具有唯一性，因此，該方法并不(bu)能保(bao)證對所有類型(xing)缺陷實現正確區分。
