前面所(suo)述的(de)基于中(zhong)心頻率(lv)(lv)、中(zhong)心斜率(lv)(lv)和數字信號(hao)差分的(de)三(san)種方法均屬于信號(hao)后(hou)處理(li)(li)方法，是對檢測結(jie)果的(de)進一步處理(li)(li)。這(zhe)里，介(jie)紹一種基于傳(chuan)感器(qi)布置的(de)雙(shuang)層(ceng)梯度檢測方法，它通過特殊的(de)傳(chuan)感器(qi)陣列布置及(ji)其處理(li)(li)方法來區分缺陷的(de)位置。具體實施方法為(wei)：從冗余檢測出發，

  在(zai)法向(xiang)上(shang)布(bu)置兩層陣(zhen)列磁敏(min)感元件，實現兩個(ge)特(te)定間(jian)隔測點的(de)梯(ti)度檢(jian)測，并對(dui)(dui)得到的(de)檢(jian)測信號進(jin)行(xing)對(dui)(dui)比分析，然后利(li)用內、外(wai)部缺(que)陷的(de)檢(jian)測信號峰-峰值(zhi)在(zai)提離方向(xiang)上(shang)的(de)衰減率進(jin)行(xing)評判(pan)。最后，構建出歸一化衰減率作為評判(pan)參數(shu)來對(dui)(dui)缺(que)陷的(de)內、外(wai)位置進(jin)行(xing)評判(pan)。

一、內(nei)、外部缺陷(xian)檢(jian)(jian)測信號的提離特性(xing)和雙層梯度檢(jian)(jian)測

  當考慮(lv)不同(tong)的(de)傳感器提離值時，實際上檢(jian)(jian)測得到的(de)數字信(xin)號是關于不同(tong)提離平面上的(de)一組信(xin)號序列。如圖4-26所(suo)示，下面討(tao)論漏(lou)磁場法向分(fen)(fen)量在不同(tong)提離值h下的(de)檢(jian)(jian)測信(xin)號峰(feng)-峰(feng)值變化規律，并將內、外部(bu)缺陷檢(jian)(jian)測信(xin)號的(de)峰(feng)-峰(feng)值分(fen)(fen)別記為Vinpp(h)和Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和(he)Vimpp(h)的提離(li)特(te)性 

   采用鋼板進(jin)行內(nei)、外部缺(que)(que)陷提離(li)(li)特性試驗，在其表面加(jia)工人工缺(que)(que)陷，分別有(you)不通(tong)孔、橫向刻(ke)槽以及斜向刻(ke)槽，如圖4-27所示。用霍爾(er)元件拾取漏磁(ci)場法(fa)向分量(liang)，通(tong)過改變(bian)霍爾(er)元件與(yu)鋼板表面之間的距(ju)離(li)(li)，即提離(li)(li)值h的大小，考察(cha)各人工缺陷(xian)在正面(mian)和(he)(he)反面(mian)檢測時信號峰(feng)-峰(feng)值的差異(yi)。鋼(gang)板(ban)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)檢測試驗平臺如(ru)圖(tu)4-28所(suo)示，試驗鋼(gang)板(ban)厚度、寬度和(he)(he)長(chang)度分別(bie)為9.6mm、100mm和(he)(he)1000mm，采(cai)(cai)用(yong)電火花(hua)和(he)(he)機械加(jia)工方法制作(zuo)人工缺陷(xian)，見(jian)表4-10，刻槽長(chang)度均(jun)為40.0mm，寬度均(jun)為1.0mm。磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)器采(cai)(cai)用(yong)穿過式直(zhi)流磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)線(xian)圈，確保鋼(gang)板(ban)被軸向磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)至飽(bao)和(he)(he)狀態。

  試驗獲(huo)得(de)的人工(gong)缺(que)陷正面檢(jian)測(ce)和(he)(he)背(bei)面檢(jian)測(ce)對應的峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值Vexpp(h)和(he)(he)Vinpp(h)與提離(li)值h之間(jian)的擬合曲線簇，如圖(tu)4-29和(he)(he)圖(tu)4-30所示。從圖(tu)中可以看(kan)出，峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值Vexpp(h)和(he)(he)（h）的遞減(jian)趨勢(shi)雖然(ran)相(xiang)同，但兩者的變化(hua)速率則有明顯區別，內(nei)部(bu)缺(que)陷信號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值（h）隨提離(li)值的增加遞減(jian)平緩，而(er)外部(bu)缺(que)陷信號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值Vexpp(h)）遞減(jian)陡(dou)峭(qiao)，當提離(li)值大(da)于1.0mm后，內(nei)、外部(bu)缺(que)陷信號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值均呈現(xian)出平緩的變化(hua)趨勢(shi)。

 2. 雙層梯度檢(jian)測方法 

   根據和(he)Vinpp(h）提離特(te)性的不同，提出(chu)一種雙(shuang)層(ceng)梯度檢測方(fang)法(fa)，即(ji)(ji)沿著相同法(fa)線方(fang)向的不同提離值(zhi)處布(bu)置兩個測點(dian)，通過獲(huo)取測點(dian)處缺(que)陷漏(lou)磁場(chang)法(fa)向分量信號峰-峰值(zhi)Vpp(z)在提離方(fang)向上的衰減率作為評(ping)判指標(biao)，也即(ji)(ji)

   其中，衰減率(lv)R實(shi)際上是利用(yong)兩(liang)測(ce)(ce)點的(de)峰(feng)-峰(feng)值差(cha)ΔVpp(h)與(yu)兩(liang)測(ce)(ce)點的(de)提離值差(cha)Δh之(zhi)比來實(shi)現的(de)。當Δh足夠小時，可以視為(wei)函數Vpp(h)在h方向上的(de)梯度，由于檢(jian)測(ce)(ce)元件具(ju)有(you)一(yi)定(ding)厚度，兩(liang)個測(ce)(ce)點間(jian)的(de)間(jian)隔(ge)不(bu)可能(neng)無限(xian)小，實(shi)際應(ying)用(yong)中，只有(you)當內、外部(bu)缺陷(xian)峰(feng)-峰(feng)值Vpp(h)）的(de)衰減率(lv)R1a之(zhi)間(jian)存在明顯差(cha)異時，才有(you)可能(neng)有(you)效應(ying)用(yong)于內、外部(bu)缺陷(xian)的(de)區分。為(wei)便于論述(shu)，對應(ying)于內部(bu)缺陷(xian)和外部(bu)缺陷(xian)檢(jian)測(ce)(ce)信號，衰減率(lv)分別記為(wei)和ERdoPlyI

   從(cong)圖(tu)4-29和圖(tu)4-30中(zhong)可(ke)以看出(chu)，在不同提(ti)離(li)值下，Vexpp(和Vimpp(h)）的(de)變(bian)化(hua)(hua)趨(qu)勢僅在一定區域(yu)具(ju)有明顯差異。在此區域(yu)，外部缺陷檢(jian)測信號峰(feng)-峰(feng)值Vexpp(h)隨提(ti)離(li)值的(de)增加劇烈減小，而內部缺陷檢(jian)測信號峰(feng)-峰(feng)值Vinpp(h)）的(de)變(bian)化(hua)(hua)程度相對(dui)緩慢。

  當(dang)h分別取0.3mm、0.5mm、0.7mm時，將(jiang)Vexpp(h)和(he)Vimpp(h)進行對(dui)比分析，發現提離值為0.3mm與0.7mm時，內、外部缺陷(xian)峰-峰值衰減率有(you)明顯差異，見表(biao)4-11。

   采用不同(tong)厚(hou)度的鋼板進(jin)一步(bu)試驗，缺陷參數和峰(feng)-峰(feng)值衰減率見(jian)表4-12～表4-15。

   通過大(da)量(liang)對比試驗可以發現(xian)，提離值分別取0.3mm與0.7mm時，內、外(wai)部(bu)缺陷(xian)(xian)(xian)衰(shuai)(shuai)減率(lv)差異較為穩定，無論(lun)缺陷(xian)(xian)(xian)形態特(te)征(zheng)如何，內、外(wai)部(bu)缺陷(xian)(xian)(xian)的(de)衰(shuai)(shuai)減率(lv)均有(you)較大(da)差異。從上(shang)述列(lie)表中(zhong)的(de)數值可以看出，衰(shuai)(shuai)減率(lv)的(de)量(liang)值并(bing)不隨缺陷(xian)(xian)(xian)的(de)其他特(te)征(zheng)（如裂(lie)紋(wen)的(de)走向、形狀等）的(de)改變而發生大(da)的(de)變化。此外(wai)，隨著(zhu)被檢測(ce)鋼板厚度的(de)加(jia)大(da)，內、外(wai)部(bu)缺陷(xian)(xian)(xian)的(de)衰(shuai)(shuai)減率(lv)差別更大(da)。

二、內、外部缺陷位置區分特征量

  對于相(xiang)同(tong)(tong)尺寸的內、外部(bu)(bu)缺陷，在不(bu)同(tong)(tong)提離(li)位置上的兩(liang)個(ge)測點(dian)處(chu)得到的峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值差(cha)(cha)值，外部(bu)(bu)缺陷信號明(ming)顯大(da)于內部(bu)(bu)缺陷信號。為此(ci)，提出歸一化(hua)(hua)的峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值差(cha)(cha)值，同(tong)(tong)時(shi)得到歸一化(hua)(hua)衰減(jian)率Rid，即

  其中(zhong)，Vpp(z)對(dui)應(ying)外(wai)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)時為，對(dui)應(ying)內(nei)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)時為Vinpp(z)。為便于表(biao)達，將外(wai)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)和(he)(he)內(nei)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)歸一化衰減(jian)率分(fen)別(bie)記為ERid和(he)(he)IRido實際(ji)檢測時，用Rid來(lai)辨別(bie)缺(que)(que)陷(xian)信號對(dui)應(ying)的是外(wai)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)還是內(nei)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)。

  進一(yi)步，試驗驗證將(jiang)歸一(yi)化衰減率(lv)作(zuo)為不銹鋼管(guan)內、外(wai)部缺(que)陷(xian)區分標準的可(ke)行(xing)性(xing)，設計雙(shuang)層霍(huo)爾元(yuan)件(jian)(jian)陣列封裝(zhuang)檢測探頭，結(jie)構及實物如圖4-31所示(shi)。采用(yong)厚度(du)(du)為0.3mm的聚(ju)甲(jia)醛片作(zuo)為耐磨片，微型霍(huo)爾元(yuan)件(jian)(jian)厚度(du)(du)為0.4mm，最終形(xing)成雙(shuang)層霍(huo)爾元(yuan)件(jian)(jian)相對于不銹鋼管(guan)表(biao)面提離距離分別為0.3mm和(he)0.7mm。選用(yong)厚度(du)(du)為9.35mm、外(wai)徑為88.9mm的鋼管(guan)作(zuo)為試件(jian)(jian)，采用(yong)電火花及機械加工方(fang)法在不銹鋼管(guan)上加工內、外(wai)部缺(que)陷(xian)，見(jian)表(biao)4-16，采用(yong)直流磁化線圈對鋼管(guan)進行(xing)軸向磁化，檢測速度(du)(du)保持穩定。

  通過試驗(yan)數據計算歸一化衰減率，見(jian)表4-16，并(bing)繪制成如圖(tu)4-32所示(shi)的(de)分(fen)布圖(tu)。從圖(tu)中(zhong)可以發現，不銹(xiu)(xiu)鋼管中(zhong)內、外部缺陷(xian)具有(you)較(jiao)明顯的(de)量值差(cha)異(yi)。該方(fang)法區分(fen)正確率高，然而(er)探(tan)頭系統較(jiao)為復雜，需要更多(duo)的(de)通道數來實現冗余(yu)檢測，因(yin)此一般用于高品(pin)質(zhi)不銹(xiu)(xiu)鋼管的(de)檢測。

  內、外部缺陷區分是不銹鋼管漏磁檢(jian)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。

  每種內、外(wai)部缺(que)陷(xian)區分(fen)(fen)方(fang)(fang)(fang)法(fa)都各有優(you)缺(que)點，沒有一種方(fang)(fang)(fang)法(fa)可100％正(zheng)確區分(fen)(fen)。在選擇缺(que)陷(xian)區分(fen)(fen)方(fang)(fang)(fang)法(fa)時，要根據檢(jian)測要求、工件特性、缺(que)陷(xian)類型(xing)、使用工況以及設備成本來選擇合適有效(xiao)的內、外(wai)部缺(que)陷(xian)區分(fen)(fen)方(fang)(fang)(fang)法(fa)。