前面所述(shu)的(de)(de)(de)基于中(zhong)心頻率(lv)、中(zhong)心斜率(lv)和數字信號差分的(de)(de)(de)三種(zhong)方法(fa)均屬于信號后處理(li)方法(fa)，是對(dui)檢(jian)測結果(guo)的(de)(de)(de)進一步處理(li)。這里，介紹一種(zhong)基于傳(chuan)感(gan)器布(bu)置(zhi)的(de)(de)(de)雙(shuang)層梯度檢(jian)測方法(fa)，它(ta)通過特(te)殊的(de)(de)(de)傳(chuan)感(gan)器陣列布(bu)置(zhi)及(ji)其處理(li)方法(fa)來區(qu)分缺陷的(de)(de)(de)位置(zhi)。具(ju)體實(shi)施方法(fa)為：從冗(rong)余檢(jian)測出(chu)發，
在法(fa)向(xiang)上布置兩層陣列磁敏感元(yuan)件，實現兩個(ge)特(te)定(ding)間(jian)隔測(ce)點的梯(ti)度檢測(ce)，并對(dui)得到的檢測(ce)信號(hao)進行對(dui)比(bi)分析(xi)，然后(hou)利(li)用內、外部缺陷(xian)的檢測(ce)信號(hao)峰-峰值在提離方向(xiang)上的衰減率進行評判(pan)(pan)。最后(hou)，構建出歸(gui)一化衰減率作為(wei)評判(pan)(pan)參(can)數(shu)來對(dui)缺陷(xian)的內、外位置進行評判(pan)(pan)。
一(yi)、內(nei)、外部缺陷檢(jian)測(ce)信號的提離特性和雙層(ceng)梯度檢(jian)測(ce)
當考慮不(bu)同的(de)傳感器提(ti)(ti)離(li)值時，實(shi)際上檢測(ce)得(de)到的(de)數字信號是關于不(bu)同提(ti)(ti)離(li)平面(mian)(mian)上的(de)一組信號序列。如圖4-26所示(shi)，下面(mian)(mian)討論(lun)漏磁場法向分(fen)(fen)量在不(bu)同提(ti)(ti)離(li)值h下的(de)檢測(ce)信號峰-峰值變化規律，并將內、外部缺陷檢測(ce)信號的(de)峰-峰值分(fen)(fen)別記為Vinpp(h)和Vexpp(h)。
1. Vexpp(h)和(he)Vimpp(h)的提(ti)離特(te)性(xing)
采用鋼板進行內、外(wai)部缺陷提離特性試驗，在其表面(mian)加工(gong)人工(gong)缺陷，分別(bie)有不通孔、橫向刻(ke)槽以及斜向刻(ke)槽，如圖4-27所示。用霍(huo)爾元(yuan)件拾取漏磁(ci)場(chang)法向分量(liang)，通過(guo)改(gai)變(bian)霍(huo)爾元(yuan)件與鋼板表面(mian)之間的(de)距離，即提離值h的(de)大小，考(kao)察(cha)各(ge)人工缺(que)陷在正面和反面檢(jian)測(ce)時信(xin)號峰-峰值(zhi)的差(cha)異。鋼板漏磁(ci)(ci)檢(jian)測(ce)試驗平臺如圖4-28所(suo)示，試驗鋼板厚度(du)、寬(kuan)度(du)和長度(du)分(fen)別為(wei)9.6mm、100mm和1000mm，采(cai)(cai)用(yong)(yong)電火(huo)花和機(ji)械加工方法制作(zuo)人工缺(que)陷，見表4-10，刻槽長度(du)均為(wei)40.0mm，寬(kuan)度(du)均為(wei)1.0mm。磁(ci)(ci)化器采(cai)(cai)用(yong)(yong)穿過式直流磁(ci)(ci)化線圈，確保鋼板被軸向(xiang)磁(ci)(ci)化至飽和狀態。
試(shi)驗獲得的(de)人工缺陷正面檢測(ce)和背面檢測(ce)對應的(de)峰-峰值(zhi)Vexpp(h)和Vinpp(h)與提離(li)值(zhi)h之間(jian)的(de)擬合曲線簇，如圖4-29和圖4-30所示。從圖中可(ke)以看出(chu)，峰-峰值(zhi)Vexpp(h)和（h）的(de)遞減(jian)(jian)趨勢雖然(ran)相(xiang)同，但兩者的(de)變化速(su)率則(ze)有明顯區別，內部缺陷信(xin)(xin)號峰-峰值(zhi)（h）隨提離(li)值(zhi)的(de)增加遞減(jian)(jian)平緩，而外(wai)部缺陷信(xin)(xin)號峰-峰值(zhi)Vexpp(h)）遞減(jian)(jian)陡峭，當提離(li)值(zhi)大于1.0mm后，內、外(wai)部缺陷信(xin)(xin)號峰-峰值(zhi)均呈(cheng)現出(chu)平緩的(de)變化趨勢。
2. 雙(shuang)層梯度檢測方法
根據和Vinpp(h）提(ti)離(li)特性(xing)的不(bu)(bu)同(tong)，提(ti)出一種雙層(ceng)梯(ti)度檢測(ce)方法，即沿著相同(tong)法線方向的不(bu)(bu)同(tong)提(ti)離(li)值(zhi)處布置兩個測(ce)點，通過獲取測(ce)點處缺陷漏磁(ci)場法向分量信號峰-峰值(zhi)Vpp(z)在提(ti)離(li)方向上的衰減(jian)率作為評判(pan)指標，也即
其(qi)中，衰(shuai)減(jian)率R實(shi)際(ji)上是利(li)用(yong)(yong)兩(liang)測點(dian)(dian)的(de)(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)差(cha)ΔVpp(h)與(yu)兩(liang)測點(dian)(dian)的(de)(de)提(ti)離(li)值(zhi)差(cha)Δh之比來(lai)實(shi)現的(de)(de)。當Δh足夠(gou)小時(shi)，可以視(shi)為(wei)(wei)函數Vpp(h)在h方向上的(de)(de)梯(ti)度(du)，由于檢測元件具有一定(ding)厚度(du)，兩(liang)個測點(dian)(dian)間(jian)(jian)的(de)(de)間(jian)(jian)隔不可能無限小，實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)(yong)中，只有當內(nei)、外部(bu)缺陷(xian)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)Vpp(h)）的(de)(de)衰(shuai)減(jian)率R1a之間(jian)(jian)存在明(ming)顯差(cha)異時(shi)，才有可能有效(xiao)應(ying)用(yong)(yong)于內(nei)、外部(bu)缺陷(xian)的(de)(de)區分。為(wei)(wei)便于論述，對應(ying)于內(nei)部(bu)缺陷(xian)和(he)外部(bu)缺陷(xian)檢測信號(hao)，衰(shuai)減(jian)率分別記為(wei)(wei)和(he)ERdoPlyI
從圖4-29和圖4-30中可以看出，在不(bu)同提(ti)離值(zhi)下，Vexpp(和Vimpp(h)）的變化趨勢僅在一定區域(yu)具有(you)明顯差異(yi)。在此區域(yu)，外部缺(que)陷檢測(ce)信(xin)號(hao)峰-峰值(zhi)Vexpp(h)隨提(ti)離值(zhi)的增加劇烈減(jian)小，而內部缺(que)陷檢測(ce)信(xin)號(hao)峰-峰值(zhi)Vinpp(h)）的變化程度相對緩慢。
當(dang)h分(fen)別取(qu)0.3mm、0.5mm、0.7mm時，將(jiang)Vexpp(h)和Vimpp(h)進行對比分(fen)析(xi)，發現提離值為0.3mm與0.7mm時，內(nei)、外部缺陷峰-峰值衰減(jian)率有明顯差異，見表4-11。
采用不(bu)同厚度的鋼板進一步試驗，缺陷(xian)參(can)數和峰(feng)-峰(feng)值衰減率見表4-12～表4-15。
通過(guo)大量對比試驗可以發(fa)現，提離(li)值分別取0.3mm與0.7mm時，內、外(wai)部缺陷(xian)衰(shuai)減(jian)率(lv)(lv)差異(yi)較為穩定，無論缺陷(xian)形態特征(zheng)如何，內、外(wai)部缺陷(xian)的(de)衰(shuai)減(jian)率(lv)(lv)均(jun)有較大差異(yi)。從上述列表中的(de)數值可以看出(chu)，衰(shuai)減(jian)率(lv)(lv)的(de)量值并(bing)不隨缺陷(xian)的(de)其他(ta)特征(zheng)（如裂紋的(de)走向、形狀等）的(de)改變而發(fa)生(sheng)大的(de)變化(hua)。此外(wai)，隨著被檢測鋼板厚度的(de)加大，內、外(wai)部缺陷(xian)的(de)衰(shuai)減(jian)率(lv)(lv)差別更(geng)大。
二、內、外部(bu)缺陷位(wei)置區分(fen)特(te)征(zheng)量
對于(yu)相同尺寸的內(nei)、外部缺陷(xian)，在不同提(ti)離位置上的兩(liang)個(ge)測點處得到的峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值差(cha)值，外部缺陷(xian)信(xin)號明(ming)顯大于(yu)內(nei)部缺陷(xian)信(xin)號。為此(ci)，提(ti)出歸(gui)一化(hua)的峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值差(cha)值，同時得到歸(gui)一化(hua)衰減率(lv)Rid，即(ji)
其(qi)中(zhong)，Vpp(z)對(dui)應外部缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)時為(wei)，對(dui)應內(nei)部缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)時為(wei)Vinpp(z)。為(wei)便于表(biao)達，將(jiang)外部缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)和內(nei)部缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)歸一化衰減率分別記為(wei)ERid和IRido實(shi)際檢測時，用Rid來(lai)辨別缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)信(xin)號對(dui)應的(de)是外部缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)還是內(nei)部缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)。
進(jin)一步，試(shi)驗驗證將(jiang)歸一化衰減(jian)率(lv)作(zuo)(zuo)為不銹鋼管(guan)內、外部缺(que)陷區分(fen)標準的可行性(xing)，設計(ji)雙層(ceng)霍爾元(yuan)件(jian)陣(zhen)列封(feng)裝檢(jian)測(ce)探頭，結構及實物如圖(tu)4-31所示。采(cai)用(yong)厚度(du)為0.3mm的聚甲醛片作(zuo)(zuo)為耐磨片，微型霍爾元(yuan)件(jian)厚度(du)為0.4mm，最(zui)終形成雙層(ceng)霍爾元(yuan)件(jian)相對于不銹鋼管(guan)表面(mian)提離(li)距(ju)離(li)分(fen)別為0.3mm和0.7mm。選用(yong)厚度(du)為9.35mm、外徑為88.9mm的鋼管(guan)作(zuo)(zuo)為試(shi)件(jian)，采(cai)用(yong)電火花及機械加工方(fang)法在不銹鋼管(guan)上加工內、外部缺(que)陷，見(jian)表4-16，采(cai)用(yong)直(zhi)流磁化線圈對鋼管(guan)進(jin)行軸向磁化，檢(jian)測(ce)速(su)度(du)保持(chi)穩定。
通過試驗數據計算歸一化衰減率，見表4-16，并繪制成(cheng)如圖4-32所示的(de)分布圖。從圖中(zhong)可以發現(xian)，不銹鋼(gang)管(guan)(guan)中(zhong)內(nei)、外部缺(que)陷(xian)具有較明顯的(de)量值差異。該方法(fa)區分正確率高(gao)，然而探頭系統較為復(fu)雜，需要更多的(de)通道數來實現(xian)冗余檢(jian)測，因此一般用于高(gao)品質不銹鋼(gang)管(guan)(guan)的(de)檢(jian)測。
內、外部缺陷區分是不(bu)銹鋼管漏磁檢測過程中的關鍵問題，它是內、外部缺陷實現一致性評判的基礎，也就是要求無論缺陷處于鋼管內部還是外部，相同尺寸的缺陷經過漏磁檢測后必須獲得相同的評價損傷量級。內、外部缺陷區分有很多方法，如基于缺陷信號中心頻率、中心斜率和數字差分的后處理方法，以及基于雙層梯度檢測的冗余測量方法。當然，還可與其他無損檢測方法進行聯合檢測，如漏磁檢測與渦流檢測方法，由于渦流只能檢測鋼管表面及近表面缺陷，與漏磁檢測方法聯合之后可以對缺陷的位置進行正確判斷；還有漏磁與超聲復合檢測方法，超聲檢測可根據聲波的傳遞速度和傳遞時間來判斷出缺陷位置。
每種(zhong)內、外部缺(que)(que)陷(xian)區(qu)分方(fang)(fang)(fang)法都各有優缺(que)(que)點，沒(mei)有一(yi)種(zhong)方(fang)(fang)(fang)法可100％正(zheng)確區(qu)分。在選擇(ze)缺(que)(que)陷(xian)區(qu)分方(fang)(fang)(fang)法時，要(yao)根據檢測要(yao)求、工件特性(xing)、缺(que)(que)陷(xian)類型、使用工況以(yi)及設備成本來(lai)選擇(ze)合適有效的內、外部缺(que)(que)陷(xian)區(qu)分方(fang)(fang)(fang)法。
