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(gang)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(yi)、基于檢測信(xin)號中心頻率的(de)區分方法
內(nei)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)在(zai)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)空(kong)間(jian)產生的漏(lou)磁場(chang)強度相(xiang)(xiang)對(dui)較弱，但(dan)空(kong)間(jian)分布范圍相(xiang)(xiang)對(dui)較大。因(yin)此，內(nei)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)的突(tu)變時間(jian)持續較長；在(zai)頻(pin)域(yu)上(shang)，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)的中(zhong)心(xin)頻(pin)率(lv)相(xiang)(xiang)對(dui)較低(di)。相(xiang)(xiang)反，外(wai)(wai)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)的中(zhong)心(xin)頻(pin)率(lv)較高，突(tu)變相(xiang)(xiang)對(dui)陡峭。根據上(shang)述(shu)特點，采(cai)用合理的帶(dai)通濾波器(qi)、高通濾波器(qi)以及觸發門限電路，針對(dui)內(nei)、外(wai)(wai)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)的頻(pin)域(yu)特征，設置相(xiang)(xiang)應的截止頻(pin)率(lv)，將濾波后的輸出信(xin)(xin)號(hao)(hao)幅度進行對(dui)比(bi)，可達到區分內(nei)、外(wai)(wai)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)的目的。
如圖(tu)4-6所示，將檢(jian)測信(xin)號分(fen)別利用高(gao)通(tong)(tong)濾波器(qi)(qi)與帶通(tong)(tong)濾波器(qi)(qi)進行(xing)濾波處理。其(qi)中，設置帶通(tong)(tong)濾波器(qi)(qi)的(de)上(shang)(shang)、下限頻(pin)(pin)率時(shi)需包含內(nei)(nei)(nei)、外(wai)部缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)檢(jian)測信(xin)號頻(pin)(pin)段，也(ye)即，內(nei)(nei)(nei)、外(wai)部缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)檢(jian)測信(xin)號在通(tong)(tong)過帶通(tong)(tong)濾波器(qi)(qi)后均(jun)不會引起(qi)波形特征上(shang)(shang)的(de)變化，僅(jin)僅(jin)濾除高(gao)頻(pin)(pin)與低(di)頻(pin)(pin)噪聲信(xin)號，并(bing)將該輸(shu)出量視為(wei)(wei)A通(tong)(tong)路，輸(shu)出信(xin)號記(ji)為(wei)(wei)XA(t)）。另外(wai)設立通(tong)(tong)路B，即高(gao)通(tong)(tong)濾波支路，它能夠使得頻(pin)(pin)率較低(di)的(de)內(nei)(nei)(nei)部缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)檢(jian)測信(xin)號在強度(du)上(shang)(shang)明顯削(xue)弱，而外(wai)部缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)檢(jian)測信(xin)號強度(du)基本不變，輸(shu)出信(xin)號記(ji)為(wei)(wei)XB(t)。進一步(bu)，將兩種濾波系(xi)統(tong)的(de)輸(shu)出量XA(t)與XB(t)進行(xing)對比，從而可獲得內(nei)(nei)(nei)、外(wai)部缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)檢(jian)測信(xin)號的(de)判據。
從(cong)圖(tu)4-6中可(ke)以(yi)看出(chu)，采用中心頻率比較法識別缺陷的位置(zhi)時具有很好的邏輯性。但必(bi)須注意的是，由于檢測(ce)信號頻率與檢測(ce)速度(du)有關，因此檢測(ce)過程(cheng)中速度(du)必(bi)須保持恒(heng)定。如(ru)果檢測(ce)速度(du)發生變化(hua)，則需重新調整濾(lv)波器(qi)的各濾(lv)波截止(zhi)頻率。
二(er)、缺陷形態特征對中心頻(pin)率法的(de)影(ying)響
除(chu)缺(que)陷位置外(wai)，缺(que)陷的其他形(xing)態特征也會影(ying)(ying)響缺(que)陷的中心頻率，因(yin)此，采(cai)用該區分方法時(shi)需要綜合考慮(lv)各種(zhong)因(yin)素的影(ying)(ying)響。下面扼要介(jie)紹缺(que)陷形(xing)狀、走向和深度對基于(yu)中心頻率區分方法的影(ying)(ying)響。
模擬(ni)濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)與(yu)數字濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)都是(shi)改變(bian)(bian)信號(hao)中(zhong)所包(bao)含頻率成(cheng)分(fen)(fen)的(de)(de)相對(dui)比例，或是(shi)濾(lv)(lv)除某種(zhong)頻率成(cheng)分(fen)(fen)的(de)(de)系統(tong)。數字濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)具有(you)精度高、穩定(ding)、靈(ling)活、不要求(qiu)阻抗匹(pi)配等(deng)優勢。這(zhe)里，選用巴(ba)特(te)沃斯濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)器(qi)，即幅頻特(te)性曲線(xian)在(zai)通帶(dai)(dai)與(yu)阻帶(dai)(dai)內均為(wei)單調(diao)遞減函(han)數。綜合(he)考慮通帶(dai)(dai)與(yu)阻帶(dai)(dai)的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)速度及內、外(wai)部缺(que)(que)陷信號(hao)的(de)(de)頻帶(dai)(dai)范圍，設定(ding)濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)器(qi)為(wei)四階。下面分(fen)(fen)別從幾種(zhong)典型(xing)缺(que)(que)陷形態(tai)特(te)征出(chu)發(fa)，對(dui)各(ge)種(zhong)人工(gong)缺(que)(que)陷進行試驗區(qu)分(fen)(fen)，觀察(cha)檢(jian)測信號(hao)在(zai)經(jing)過(guo)數字濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)器(qi)之后幅值的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)。
1. 缺陷形狀對檢測信號(hao)頻率成分的影響
不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)漏(lou)磁檢測(ce)標準(zhun)中(zhong)，人(ren)工缺(que)陷通(tong)(tong)常選用(yong)通(tong)(tong)孔(kong)或刻槽，對不(bu)通(tong)(tong)孔(kong)未加說(shuo)明。在鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)的實際使用(yong)過程中(zhong)，受(shou)到高壓(ya)沖刷、腐蝕等眾多因(yin)素(su)的影(ying)響，鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)上(shang)形(xing)(xing)成的腐蝕坑十分(fen)(fen)普(pu)遍。因(yin)此，在分(fen)(fen)析缺(que)陷形(xing)(xing)狀(zhuang)對檢測(ce)信號(hao)中(zhong)心頻(pin)率成分(fen)(fen)的影(ying)響時(shi)，采用(yong)不(bu)通(tong)(tong)孔(kong)、裂紋和(he)通(tong)(tong)孔(kong)作為(wei)檢測(ce)對象，研(yan)究(jiu)各類缺(que)陷信號(hao)在經(jing)過濾波系統后輸出量之(zhi)間的差異。
建立(li)不銹鋼(gang)管(guan)漏磁(ci)自(zi)動化(hua)檢測(ce)系(xi)統，鋼(gang)管(guan)螺(luo)旋前(qian)進，螺(luo)距為(wei)105mm，鋼(gang)管(guan)直徑(jing)(jing)為(wei)139.7mm，壁厚為(wei)8.5mm，采用(yong)電火花(hua)加(jia)工方法在(zai)內、外管(guan)壁加(jia)工周向和軸向刻槽(cao)，寬度(du)均(jun)為(wei)0.8mm；采用(yong)機械(xie)加(jia)工的(de)方法，在(zai)鋼(gang)管(guan)外壁面上加(jia)工直徑(jing)(jing)為(wei)3.2mm、深度(du)為(wei)2.0mm的(de)外部不通孔(kong)和直徑(jing)(jing)為(wei)1.6mm的(de)通孔(kong)。檢測(ce)過程(cheng)中，保證鋼(gang)管(guan)的(de)行進與(yu)旋轉速(su)度(du)恒定不變，以消(xiao)除傳感器掃查速(su)度(du)變化(hua)對檢測(ce)信(xin)號的(de)影響，獲得(de)的(de)檢測(ce)原(yuan)始(shi)信(xin)號波(bo)形如圖4-7所示。
經(jing)過不同截止頻率的高通(tong)濾(lv)波(bo)器(qi)之后，檢測缺陷信號輸出如圖(tu)(tu)4-8和圖(tu)(tu)4-9所示。
可以看(kan)出(chu)，經過截止頻(pin)率(lv)為(wei)540Hz的高通(tong)濾波器之(zhi)后，N10的內傷可以很(hen)好地被削弱(ruo)，直(zhi)至從信(xin)(xin)號(hao)輸出(chu)中(zhong)完全消(xiao)失。然而，同(tong)(tong)在鋼管外表(biao)壁(bi)但形狀(zhuang)不(bu)同(tong)(tong)的直(zhi)徑(jing)為(wei)3.2mm的外不(bu)通(tong)孔的檢(jian)(jian)(jian)測信(xin)(xin)號(hao)變化規律與N5外表(biao)面刻槽(cao)不(bu)同(tong)(tong)：外不(bu)通(tong)孔檢(jian)(jian)(jian)測信(xin)(xin)號(hao)同(tong)(tong)樣受到了高通(tong)濾波的影響而被嚴重削弱(ruo)，當(dang)內部缺陷(xian)信(xin)(xin)號(hao)被濾波消(xiao)除(chu)(chu)后，外不(bu)通(tong)孔的檢(jian)(jian)(jian)測信(xin)(xin)號(hao)也被濾除(chu)(chu)。這說(shuo)明如(ru)果(guo)對外腐蝕坑采用(yong)基于中(zhong)心頻(pin)率(lv)的區分方(fang)法(fa)，檢(jian)(jian)(jian)測結果(guo)可能會出(chu)現誤(wu)判的情況。
2. 缺陷走向對檢測信號頻率成分的影響
不銹鋼管(guan)在生產(chan)或(huo)使(shi)用(yong)過程(cheng)中如果受到扭轉(zhuan)載荷與軸(zhou)(zhou)向力的(de)同(tong)時(shi)作用(yong)，容(rong)易在管(guan)壁內、外表面形成與管(guan)材(cai)軸(zhou)(zhou)線(xian)方向既不垂(chui)直也不平行(xing)的(de)裂紋，使(shi)得漏磁檢測(ce)過程(cheng)中無(wu)論是被周向磁化(hua)或(huo)是軸(zhou)(zhou)向磁化(hua)，都無(wu)法滿足管(guan)材(cai)中磁力線(xian)與缺陷走向相垂(chui)直的(de)要求。而(er)且，就目前不銹鋼管(guan)漏磁檢測(ce)系統(tong)中使(shi)用(yong)的(de)磁化(hua)裝置來看，裂紋的(de)走向在絕大多數情況下與磁力線(xian)方向成斜(xie)向夾角，即兩者之間并非處(chu)于相互垂(chui)直的(de)狀(zhuang)態(tai)。
裂(lie)紋的(de)(de)(de)(de)走向對漏磁場強度與分布(bu)影響較(jiao)大，這一點可以通過(guo)檢測信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)(de)(de)波形特征(zheng)反(fan)映出來，進(jin)一步也必然會引起檢測信(xin)(xin)號(hao)中心頻率(lv)的(de)(de)(de)(de)變化(hua)，從而會影響基(ji)于中心頻率(lv)方法的(de)(de)(de)(de)內(nei)、外(wai)部(bu)裂(lie)紋區分準(zhun)確(que)率(lv)。
采用電(dian)火花(hua)加(jia)工方(fang)式，在鋼(gang)管(guan)上(shang)加(jia)工N5（缺陷深度占壁厚的(de)5％）內、外(wai)(wai)(wai)部(bu)(bu)軸向(xiang)刻槽(cao)(cao)（也即縱向(xiang)刻槽(cao)(cao)）、45°外(wai)(wai)(wai)部(bu)(bu)斜向(xiang)刻槽(cao)(cao)以及(ji)不(bu)通孔(kong)等。圖(tu)4-10和圖(tu)4-11所示為原始檢(jian)測(ce)(ce)信號(hao)通過不(bu)同截(jie)止頻率濾波器(qi)后的(de)信號(hao)輸出。不(bu)難發(fa)現：雖然處于鋼(gang)管(guan)外(wai)(wai)(wai)部(bu)(bu)，45°外(wai)(wai)(wai)部(bu)(bu)斜向(xiang)刻槽(cao)(cao)與內部(bu)(bu)缺陷一樣，檢(jian)測(ce)(ce)信號(hao)發(fa)生了嚴重的(de)削弱(ruo)，從而無(wu)法得到與軸向(xiang)、周向(xiang)標(biao)準刻槽(cao)(cao)區分(fen)一致的(de)評判結果(guo)。
究(jiu)其原因，斜(xie)向外部(bu)(bu)裂(lie)紋(wen)的(de)走向與(yu)磁化場之間的(de)夾角呈非垂直狀態(tai)，形成的(de)漏磁場強度相對較弱，在檢測空間上(shang)也趨于分散，從(cong)而導致斜(xie)向裂(lie)紋(wen)檢測信號在頻域內可能會被誤(wu)判為內部(bu)(bu)缺(que)陷。
3. 缺陷(xian)深度對檢測信號頻率成分的影響
缺(que)陷(xian)的(de)(de)(de)深度直(zhi)接(jie)決(jue)定(ding)了(le)管(guan)(guan)材的(de)(de)(de)使(shi)用性能。在管(guan)(guan)材的(de)(de)(de)實際使(shi)用過程中，根據(ju)工(gong)作環境的(de)(de)(de)不同，位于鋼管(guan)(guan)不同表面（內表面或外表面）的(de)(de)(de)具有相同深度的(de)(de)(de)缺(que)陷(xian)對(dui)管(guan)(guan)材性能的(de)(de)(de)影(ying)(ying)響會不一樣。這里討(tao)論缺(que)陷(xian)深度對(dui)檢(jian)測信號頻(pin)率(lv)成(cheng)分的(de)(de)(de)影(ying)(ying)響。
仍然選用不銹鋼(gang)管(guan)(guan)作為(wei)試(shi)件，在距管(guan)(guan)端(duan)250mm的(de)圓周方向(xiang)上加工N20（缺陷深(shen)(shen)度(du)占(zhan)壁(bi)厚的(de)20％）周向(xiang)內部(bu)刻(ke)(ke)槽和N10（缺陷深(shen)(shen)度(du)占(zhan)壁(bi)厚的(de)10％）周向(xiang)外(wai)部(bu)刻(ke)(ke)槽。經過試(shi)驗(yan)發現，通過不同截止(zhi)頻率的(de)高通濾(lv)波(bo)系統處理后(hou)，深(shen)(shen)度(du)較大的(de)內部(bu)刻(ke)(ke)槽檢測(ce)信(xin)號始終難以被有效(xiao)濾(lv)除(chu)，如圖4-12所示。
三(san)、基于(yu)檢(jian)測信號中(zhong)心(xin)頻率區分方(fang)法的(de)適應性(xing)
通過上述試驗(yan)分(fen)析可以看(kan)出(chu)，檢(jian)測信(xin)號中(zhong)心頻率的影(ying)響因素(su)較多，如圖(tu)4-13所示(shi)，其(qi)對缺(que)陷的形(xing)狀、走向和深(shen)度等具(ju)有代(dai)表性的形(xing)態特征(zheng)均十分(fen)敏(min)感。這充分(fen)說明了信(xin)號的頻率成分(fen)在描述缺(que)陷位(wei)置時(shi)并不具(ju)有完備的表達能力。究其(qi)原因，利用中(zhong)心頻率區分(fen)內、外部缺(que)陷，是以低維度信(xin)息(xi)量去(qu)評(ping)判具(ju)有高維度信(xin)息(xi)的檢(jian)測對象，因而，也(ye)就不可避免(mian)地(di)碰到信(xin)息(xi)維度過少而造成評(ping)判時(shi)模棱兩可的尷尬局面。
中心頻率(lv)比較法(fa)，可(ke)以(yi)對某些特定(ding)類型(xing)缺陷進行(xing)位置特征(zheng)判別。但由(you)于(yu)判定(ding)指標的成因并不具有唯(wei)一性，因此，該方法(fa)并不能保證(zheng)對所有類型(xing)缺陷實現正(zheng)確區分。
