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(yi)、基于檢測信(xin)號(hao)中(zhong)心頻(pin)率的區(qu)分方法(fa)
內(nei)部(bu)缺陷在(zai)檢(jian)測(ce)(ce)空間(jian)產生的(de)(de)漏(lou)磁場強度(du)相(xiang)(xiang)對較弱(ruo)，但空間(jian)分布范(fan)圍相(xiang)(xiang)對較大。因此，內(nei)部(bu)缺陷檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號(hao)的(de)(de)突變時間(jian)持(chi)續較長；在(zai)頻(pin)(pin)域(yu)上(shang)(shang)，檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號(hao)的(de)(de)中(zhong)心頻(pin)(pin)率相(xiang)(xiang)對較低。相(xiang)(xiang)反(fan)，外部(bu)缺陷檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號(hao)的(de)(de)中(zhong)心頻(pin)(pin)率較高，突變相(xiang)(xiang)對陡峭。根據上(shang)(shang)述(shu)特(te)點，采用合(he)理的(de)(de)帶通濾(lv)(lv)波(bo)器、高通濾(lv)(lv)波(bo)器以及觸發門(men)限電(dian)路，針對內(nei)、外部(bu)缺陷檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號(hao)的(de)(de)頻(pin)(pin)域(yu)特(te)征，設(she)置相(xiang)(xiang)應的(de)(de)截止頻(pin)(pin)率，將濾(lv)(lv)波(bo)后的(de)(de)輸出信(xin)號(hao)幅(fu)度(du)進行對比，可達到區分內(nei)、外部(bu)缺陷的(de)(de)目的(de)(de)。
如圖4-6所(suo)示(shi)，將(jiang)(jiang)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)分別利(li)用高(gao)通(tong)濾(lv)(lv)波(bo)器與(yu)帶(dai)通(tong)濾(lv)(lv)波(bo)器進(jin)行濾(lv)(lv)波(bo)處理(li)。其中，設置帶(dai)通(tong)濾(lv)(lv)波(bo)器的上(shang)、下(xia)限頻(pin)(pin)率(lv)時需包含內、外(wai)(wai)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)頻(pin)(pin)段，也即(ji)，內、外(wai)(wai)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)在(zai)通(tong)過帶(dai)通(tong)濾(lv)(lv)波(bo)器后均不會(hui)引起波(bo)形特(te)征上(shang)的變化，僅(jin)僅(jin)濾(lv)(lv)除高(gao)頻(pin)(pin)與(yu)低(di)頻(pin)(pin)噪聲信(xin)(xin)號(hao)，并將(jiang)(jiang)該輸(shu)出量(liang)視(shi)為A通(tong)路，輸(shu)出信(xin)(xin)號(hao)記為XA(t)）。另(ling)外(wai)(wai)設立通(tong)路B，即(ji)高(gao)通(tong)濾(lv)(lv)波(bo)支路，它能夠使得(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)較低(di)的內部(bu)缺(que)(que)陷(xian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)在(zai)強度上(shang)明顯削弱，而(er)外(wai)(wai)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)強度基本不變，輸(shu)出信(xin)(xin)號(hao)記為XB(t)。進(jin)一步，將(jiang)(jiang)兩種濾(lv)(lv)波(bo)系統(tong)的輸(shu)出量(liang)XA(t)與(yu)XB(t)進(jin)行對(dui)比，從而(er)可獲得(de)(de)內、外(wai)(wai)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)的判據(ju)。
從圖4-6中(zhong)可以看出，采用(yong)中(zhong)心頻(pin)(pin)率比較法識別(bie)缺陷的位置時具有很好(hao)的邏輯性。但必(bi)須注意的是，由于(yu)檢測(ce)(ce)信號頻(pin)(pin)率與檢測(ce)(ce)速度(du)有關，因此檢測(ce)(ce)過程(cheng)中(zhong)速度(du)必(bi)須保持恒(heng)定。如(ru)果檢測(ce)(ce)速度(du)發生變化，則(ze)需重(zhong)新調整濾波(bo)(bo)器的各濾波(bo)(bo)截(jie)止頻(pin)(pin)率。
二、缺(que)陷形態特征對中心頻率法的影響
除(chu)缺(que)陷(xian)位置外(wai)，缺(que)陷(xian)的其他(ta)形態特征也會影(ying)響缺(que)陷(xian)的中心頻率，因此，采用該區分方法時需要(yao)綜(zong)合考慮各種因素的影(ying)響。下面扼要(yao)介紹缺(que)陷(xian)形狀、走向和深度對基于中心頻率區分方法的影(ying)響。
模擬濾(lv)(lv)(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)與數(shu)字濾(lv)(lv)(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)都(dou)是改變信號中所包含頻率成分的(de)相(xiang)對比例，或(huo)是濾(lv)(lv)(lv)(lv)除某(mou)種(zhong)頻率成分的(de)系統。數(shu)字濾(lv)(lv)(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)具有精(jing)度高、穩定、靈(ling)活、不要求阻抗匹(pi)配等(deng)優勢。這(zhe)里(li)，選用(yong)巴特沃(wo)斯濾(lv)(lv)(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)器，即幅頻特性(xing)曲線在通(tong)帶(dai)(dai)與阻帶(dai)(dai)內均為單調遞減函數(shu)。綜合考慮(lv)通(tong)帶(dai)(dai)與阻帶(dai)(dai)的(de)變化速度及內、外部缺(que)陷信號的(de)頻帶(dai)(dai)范圍，設定濾(lv)(lv)(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)器為四階。下面分別從幾種(zhong)典型(xing)缺(que)陷形態特征出發(fa)，對各種(zhong)人(ren)工缺(que)陷進行(xing)試驗區(qu)分，觀察檢測信號在經過(guo)數(shu)字濾(lv)(lv)(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)器之后幅值的(de)變化。
1. 缺陷形狀對(dui)檢(jian)測信號頻率(lv)成分的影響
不(bu)銹鋼(gang)管(guan)漏磁(ci)檢(jian)測標準中，人工缺陷通(tong)常選用通(tong)孔(kong)或刻槽，對不(bu)通(tong)孔(kong)未加說明。在(zai)鋼(gang)管(guan)的(de)實際使用過程(cheng)中，受到(dao)高壓沖刷(shua)、腐(fu)蝕等眾多因素的(de)影響(xiang)，鋼(gang)管(guan)上形成(cheng)的(de)腐(fu)蝕坑十分(fen)普遍。因此，在(zai)分(fen)析缺陷形狀對檢(jian)測信號(hao)中心頻率(lv)成(cheng)分(fen)的(de)影響(xiang)時，采用不(bu)通(tong)孔(kong)、裂紋和通(tong)孔(kong)作(zuo)為檢(jian)測對象，研究各類缺陷信號(hao)在(zai)經過濾波系統(tong)后輸出量(liang)之(zhi)間的(de)差(cha)異。
建立不(bu)銹鋼(gang)(gang)管(guan)漏磁自動化(hua)檢測(ce)系統(tong)，鋼(gang)(gang)管(guan)螺旋(xuan)前(qian)進，螺距(ju)為(wei)105mm，鋼(gang)(gang)管(guan)直(zhi)徑(jing)為(wei)139.7mm，壁(bi)厚為(wei)8.5mm，采用電火(huo)花加工方(fang)法(fa)在內(nei)、外(wai)(wai)管(guan)壁(bi)加工周向和軸向刻(ke)槽(cao)，寬度均為(wei)0.8mm；采用機械加工的(de)(de)方(fang)法(fa)，在鋼(gang)(gang)管(guan)外(wai)(wai)壁(bi)面上加工直(zhi)徑(jing)為(wei)3.2mm、深度為(wei)2.0mm的(de)(de)外(wai)(wai)部不(bu)通孔(kong)和直(zhi)徑(jing)為(wei)1.6mm的(de)(de)通孔(kong)。檢測(ce)過程中，保證鋼(gang)(gang)管(guan)的(de)(de)行進與旋(xuan)轉速度恒定(ding)不(bu)變(bian)(bian)，以(yi)消(xiao)除傳感器掃查速度變(bian)(bian)化(hua)對檢測(ce)信號(hao)的(de)(de)影響(xiang)，獲(huo)得(de)的(de)(de)檢測(ce)原始信號(hao)波形如圖4-7所示。
經過不(bu)同截止頻率的(de)高通濾波器之后，檢測缺陷(xian)信號輸出如圖(tu)4-8和圖(tu)4-9所示。
可(ke)以看出，經過截止頻(pin)率為(wei)(wei)540Hz的(de)(de)(de)高通(tong)濾(lv)波(bo)器之后，N10的(de)(de)(de)內傷可(ke)以很好地被(bei)(bei)(bei)削弱(ruo)，直至(zhi)從信號(hao)輸出中(zhong)(zhong)完全消失。然而，同(tong)在鋼管外表(biao)壁但形狀不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)直徑(jing)為(wei)(wei)3.2mm的(de)(de)(de)外不(bu)通(tong)孔(kong)的(de)(de)(de)檢測(ce)(ce)信號(hao)變化規(gui)律與N5外表(biao)面刻槽(cao)不(bu)同(tong)：外不(bu)通(tong)孔(kong)檢測(ce)(ce)信號(hao)同(tong)樣受到了高通(tong)濾(lv)波(bo)的(de)(de)(de)影響而被(bei)(bei)(bei)嚴重削弱(ruo)，當(dang)內部(bu)缺(que)陷信號(hao)被(bei)(bei)(bei)濾(lv)波(bo)消除后，外不(bu)通(tong)孔(kong)的(de)(de)(de)檢測(ce)(ce)信號(hao)也被(bei)(bei)(bei)濾(lv)除。這說(shuo)明如果對外腐蝕(shi)坑采用基(ji)于(yu)中(zhong)(zhong)心頻(pin)率的(de)(de)(de)區分方(fang)法，檢測(ce)(ce)結(jie)果可(ke)能會出現(xian)誤判的(de)(de)(de)情況。
2. 缺陷(xian)走(zou)向對檢測信號頻率成分的影(ying)響
不(bu)銹鋼管在生(sheng)產或(huo)使用(yong)過(guo)程中(zhong)如果受到扭轉載荷與軸向(xiang)力(li)的(de)同時作用(yong)，容易在管壁內、外表面形(xing)成(cheng)(cheng)與管材軸線(xian)方(fang)向(xiang)既不(bu)垂直也不(bu)平行的(de)裂紋，使得漏磁檢(jian)測過(guo)程中(zhong)無論是被周向(xiang)磁化或(huo)是軸向(xiang)磁化，都(dou)無法滿足管材中(zhong)磁力(li)線(xian)與缺陷走向(xiang)相(xiang)垂直的(de)要求。而且，就(jiu)目前不(bu)銹鋼管漏磁檢(jian)測系(xi)統中(zhong)使用(yong)的(de)磁化裝置來看(kan)，裂紋的(de)走向(xiang)在絕大多數情況下與磁力(li)線(xian)方(fang)向(xiang)成(cheng)(cheng)斜向(xiang)夾角，即兩者之間并非處(chu)于相(xiang)互(hu)垂直的(de)狀態。
裂紋的(de)(de)走向對(dui)漏(lou)磁(ci)場強(qiang)度與(yu)分(fen)布影響較大，這(zhe)一點可以通過檢測信號的(de)(de)波形(xing)特(te)征反映出來，進(jin)一步(bu)也必然會引(yin)起檢測信號中心(xin)頻率的(de)(de)變化，從而(er)會影響基于中心(xin)頻率方法的(de)(de)內、外部(bu)裂紋區分(fen)準確率。
采用電火花(hua)加工方式，在鋼管上加工N5（缺(que)陷深(shen)度(du)占壁厚的(de)5％）內、外部(bu)(bu)(bu)軸向刻(ke)(ke)(ke)(ke)槽(cao)（也即縱向刻(ke)(ke)(ke)(ke)槽(cao)）、45°外部(bu)(bu)(bu)斜(xie)向刻(ke)(ke)(ke)(ke)槽(cao)以及不通孔等。圖(tu)4-10和圖(tu)4-11所(suo)示(shi)為原始檢測信號(hao)通過(guo)不同截止頻率濾(lv)波器后(hou)的(de)信號(hao)輸出(chu)。不難發(fa)(fa)現：雖然處于鋼管外部(bu)(bu)(bu)，45°外部(bu)(bu)(bu)斜(xie)向刻(ke)(ke)(ke)(ke)槽(cao)與(yu)內部(bu)(bu)(bu)缺(que)陷一(yi)樣，檢測信號(hao)發(fa)(fa)生了嚴(yan)重的(de)削(xue)弱，從而無法得到(dao)與(yu)軸向、周向標準刻(ke)(ke)(ke)(ke)槽(cao)區分(fen)一(yi)致的(de)評判結果(guo)。
究其原因，斜(xie)向外部(bu)裂(lie)紋(wen)的(de)走向與磁化(hua)場(chang)之間(jian)的(de)夾(jia)角呈(cheng)非垂直狀態，形成的(de)漏磁場(chang)強度相對(dui)較弱，在(zai)檢測空間(jian)上也趨于分散，從(cong)而導致(zhi)斜(xie)向裂(lie)紋(wen)檢測信號在(zai)頻域(yu)內(nei)可能(neng)會(hui)被誤判為(wei)內(nei)部(bu)缺陷(xian)。
3. 缺陷深度對檢(jian)測信號頻率(lv)成分的影響
缺(que)陷的(de)深度(du)直接決定(ding)了管(guan)材(cai)的(de)使用性(xing)(xing)能。在管(guan)材(cai)的(de)實際使用過程中(zhong)，根據工作(zuo)環(huan)境的(de)不(bu)同(tong)，位于鋼管(guan)不(bu)同(tong)表(biao)(biao)面(mian)(mian)（內表(biao)(biao)面(mian)(mian)或外表(biao)(biao)面(mian)(mian)）的(de)具(ju)有相同(tong)深度(du)的(de)缺(que)陷對管(guan)材(cai)性(xing)(xing)能的(de)影響會不(bu)一樣(yang)。這里討論缺(que)陷深度(du)對檢測(ce)信號頻率成分的(de)影響。
仍然選用不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)作為試件，在(zai)距管(guan)端250mm的(de)(de)圓周方向上加工N20（缺(que)陷深度(du)占壁厚的(de)(de)20％）周向內部(bu)刻(ke)(ke)槽(cao)(cao)和N10（缺(que)陷深度(du)占壁厚的(de)(de)10％）周向外部(bu)刻(ke)(ke)槽(cao)(cao)。經過試驗(yan)發現，通(tong)過不(bu)同截(jie)止(zhi)頻率的(de)(de)高通(tong)濾(lv)(lv)波系(xi)統處理后，深度(du)較大的(de)(de)內部(bu)刻(ke)(ke)槽(cao)(cao)檢測信號(hao)始(shi)終難以(yi)被有效(xiao)濾(lv)(lv)除，如圖4-12所示(shi)。
三、基于檢測信號中心頻率(lv)區分方法的適應(ying)性
通過上述試驗(yan)分(fen)析(xi)可以(yi)看出，檢(jian)測信號(hao)中(zhong)心頻率(lv)(lv)的(de)影響因素較(jiao)多，如圖4-13所示，其對缺(que)(que)陷(xian)的(de)形(xing)狀(zhuang)、走向和深度(du)(du)(du)等具有(you)(you)代(dai)表(biao)性的(de)形(xing)態特征(zheng)均(jun)十(shi)分(fen)敏(min)感。這充分(fen)說明了(le)信號(hao)的(de)頻率(lv)(lv)成分(fen)在描述缺(que)(que)陷(xian)位置(zhi)時并不具有(you)(you)完備的(de)表(biao)達能(neng)力。究其原(yuan)因，利(li)用(yong)中(zhong)心頻率(lv)(lv)區(qu)分(fen)內、外(wai)部缺(que)(que)陷(xian)，是以(yi)低(di)維(wei)(wei)度(du)(du)(du)信息(xi)量(liang)去評判(pan)具有(you)(you)高(gao)維(wei)(wei)度(du)(du)(du)信息(xi)的(de)檢(jian)測對象，因而，也就不可避免地碰(peng)到信息(xi)維(wei)(wei)度(du)(du)(du)過少而造成評判(pan)時模(mo)棱兩可的(de)尷(gan)尬(ga)局面。
中心(xin)頻(pin)率比較法(fa)，可以對某些特定類型缺陷進(jin)行位(wei)置特征判別。但由于判定指標的成因(yin)并不具(ju)有(you)唯一性，因(yin)此，該方法(fa)并不能(neng)保證(zheng)對所(suo)有(you)類型缺陷實現(xian)正確區分(fen)。
