前面所述的(de)(de)基于(yu)(yu)中心(xin)頻率、中心(xin)斜率和數字信號(hao)差分(fen)(fen)的(de)(de)三種方(fang)法(fa)均屬于(yu)(yu)信號(hao)后處(chu)(chu)理方(fang)法(fa)，是(shi)對檢測(ce)結果的(de)(de)進一(yi)步(bu)處(chu)(chu)理。這里，介紹一(yi)種基于(yu)(yu)傳感器布(bu)置(zhi)的(de)(de)雙層梯(ti)度檢測(ce)方(fang)法(fa)，它通過特殊的(de)(de)傳感器陣列布(bu)置(zhi)及其(qi)處(chu)(chu)理方(fang)法(fa)來(lai)區分(fen)(fen)缺(que)陷的(de)(de)位置(zhi)。具體實施(shi)方(fang)法(fa)為：從冗余檢測(ce)出發，

  在(zai)法向上(shang)布置兩層陣列(lie)磁敏感(gan)元(yuan)件(jian)，實現兩個特(te)定間隔(ge)測(ce)點的梯(ti)度(du)檢測(ce)，并對得到的檢測(ce)信號(hao)進行(xing)對比分(fen)析，然后(hou)利用內、外(wai)部缺(que)陷的檢測(ce)信號(hao)峰-峰值在(zai)提離方向上(shang)的衰減率(lv)(lv)進行(xing)評(ping)判(pan)。最后(hou)，構(gou)建出歸一化衰減率(lv)(lv)作為評(ping)判(pan)參數來對缺(que)陷的內、外(wai)位置進行(xing)評(ping)判(pan)。

一、內、外部缺(que)陷檢測(ce)信號的(de)提(ti)離特性和雙層(ceng)梯度檢測(ce)

  當(dang)考慮不同(tong)(tong)的(de)傳感器(qi)提離(li)值(zhi)(zhi)時，實際上檢(jian)(jian)測(ce)(ce)得到的(de)數字(zi)信(xin)(xin)號(hao)是關于不同(tong)(tong)提離(li)平(ping)面上的(de)一組信(xin)(xin)號(hao)序列(lie)。如圖4-26所示，下面討論漏磁場(chang)法向分(fen)量在不同(tong)(tong)提離(li)值(zhi)(zhi)h下的(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)(zhi)變(bian)化規律，并將(jiang)內、外部缺陷檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)的(de)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)(zhi)分(fen)別記為Vinpp(h)和Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和Vimpp(h)的提離特性 

   采用鋼(gang)板進行(xing)內、外部缺(que)陷提(ti)離特性試驗，在其表面(mian)加工人工缺(que)陷，分(fen)別有不通(tong)孔、橫(heng)向(xiang)刻槽以及斜向(xiang)刻槽，如(ru)圖4-27所示。用霍爾元件(jian)拾取漏磁場(chang)法向(xiang)分(fen)量，通(tong)過改變霍爾元件(jian)與鋼(gang)板表面(mian)之間的距離，即提(ti)離值(zhi)h的大(da)小，考察(cha)各人(ren)工缺(que)陷在正面和(he)反面檢(jian)測(ce)(ce)時(shi)信(xin)號峰-峰值的(de)差異。鋼(gang)板(ban)漏磁(ci)檢(jian)測(ce)(ce)試(shi)驗(yan)(yan)平臺如(ru)圖4-28所示，試(shi)驗(yan)(yan)鋼(gang)板(ban)厚度(du)、寬(kuan)度(du)和(he)長度(du)分別為9.6mm、100mm和(he)1000mm，采(cai)用(yong)電火(huo)花和(he)機械加工方法(fa)制作人(ren)工缺(que)陷，見表4-10，刻槽長度(du)均為40.0mm，寬(kuan)度(du)均為1.0mm。磁(ci)化器采(cai)用(yong)穿(chuan)過式直流(liu)磁(ci)化線(xian)圈，確保鋼(gang)板(ban)被(bei)軸向磁(ci)化至飽(bao)和(he)狀態。

  試驗獲得的(de)人工(gong)缺陷(xian)(xian)正面檢測(ce)和背面檢測(ce)對(dui)應(ying)的(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)Vexpp(h)和Vinpp(h)與提(ti)離(li)值(zhi)(zhi)h之間的(de)擬合曲線簇(cu)，如圖4-29和圖4-30所(suo)示。從圖中(zhong)可以看出(chu)，峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)Vexpp(h)和（h）的(de)遞(di)減(jian)(jian)趨勢雖然相(xiang)同，但兩(liang)者的(de)變化(hua)速率(lv)則有明顯區別，內部缺陷(xian)(xian)信(xin)(xin)號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)（h）隨提(ti)離(li)值(zhi)(zhi)的(de)增(zeng)加(jia)遞(di)減(jian)(jian)平緩，而(er)外部缺陷(xian)(xian)信(xin)(xin)號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)Vexpp(h)）遞(di)減(jian)(jian)陡峭，當提(ti)離(li)值(zhi)(zhi)大于1.0mm后，內、外部缺陷(xian)(xian)信(xin)(xin)號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)均(jun)呈現出(chu)平緩的(de)變化(hua)趨勢。

 2. 雙層梯度檢測方法 

   根據和Vinpp(h）提(ti)離特性的(de)(de)不(bu)同(tong)，提(ti)出一種雙層(ceng)梯(ti)度檢(jian)測方法(fa)，即沿著相同(tong)法(fa)線方向(xiang)的(de)(de)不(bu)同(tong)提(ti)離值(zhi)處(chu)布(bu)置兩(liang)個測點，通過獲取測點處(chu)缺陷漏磁場(chang)法(fa)向(xiang)分量信(xin)號峰-峰值(zhi)Vpp(z)在(zai)提(ti)離方向(xiang)上的(de)(de)衰減率作為評(ping)判指標，也即

   其中，衰(shuai)減率(lv)R實(shi)際(ji)上(shang)(shang)是利用(yong)兩測點的(de)峰-峰值差ΔVpp(h)與兩測點的(de)提離(li)值差Δh之比(bi)來實(shi)現的(de)。當Δh足夠小(xiao)時(shi)，可(ke)以(yi)視為函數Vpp(h)在h方向上(shang)(shang)的(de)梯度，由于(yu)(yu)檢測元件具(ju)有一定厚(hou)度，兩個測點間的(de)間隔不可(ke)能無限(xian)小(xiao)，實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中，只有當內(nei)、外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)峰-峰值Vpp(h)）的(de)衰(shuai)減率(lv)R1a之間存在明顯差異時(shi)，才有可(ke)能有效應(ying)用(yong)于(yu)(yu)內(nei)、外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)的(de)區分(fen)。為便于(yu)(yu)論述，對應(ying)于(yu)(yu)內(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)和外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)檢測信號(hao)，衰(shuai)減率(lv)分(fen)別記(ji)為和ERdoPlyI

   從圖4-29和圖4-30中可以看(kan)出，在(zai)不同提離值下，Vexpp(和Vimpp(h)）的(de)變化(hua)趨勢(shi)僅在(zai)一定(ding)區域具有明顯(xian)差(cha)異。在(zai)此區域，外部缺陷(xian)檢測信(xin)號峰(feng)-峰(feng)值Vexpp(h)隨提離值的(de)增加劇烈減小，而內部缺陷(xian)檢測信(xin)號峰(feng)-峰(feng)值Vinpp(h)）的(de)變化(hua)程度相對緩慢。

  當(dang)h分(fen)別取0.3mm、0.5mm、0.7mm時，將Vexpp(h)和Vimpp(h)進(jin)行對(dui)比分(fen)析，發現提離值為0.3mm與0.7mm時，內(nei)、外部缺陷峰-峰值衰(shuai)減率(lv)有(you)明顯差(cha)異，見表4-11。

   采用不同厚度的(de)鋼板進一步試驗(yan)，缺(que)陷(xian)參(can)數和峰-峰值(zhi)衰減率見表(biao)4-12～表(biao)4-15。

   通過大(da)量(liang)對比試(shi)驗可以(yi)發現，提(ti)離值(zhi)分別(bie)取0.3mm與0.7mm時，內、外部缺(que)(que)陷(xian)衰減(jian)(jian)率差異(yi)較(jiao)(jiao)為穩定(ding)，無論(lun)缺(que)(que)陷(xian)形態特(te)(te)征如(ru)何，內、外部缺(que)(que)陷(xian)的(de)衰減(jian)(jian)率均有(you)較(jiao)(jiao)大(da)差異(yi)。從上述列表中的(de)數值(zhi)可以(yi)看出，衰減(jian)(jian)率的(de)量(liang)值(zhi)并不隨缺(que)(que)陷(xian)的(de)其他(ta)特(te)(te)征（如(ru)裂紋(wen)的(de)走(zou)向、形狀等）的(de)改變而發生大(da)的(de)變化(hua)。此外，隨著(zhu)被(bei)檢測鋼板厚度的(de)加大(da)，內、外部缺(que)(que)陷(xian)的(de)衰減(jian)(jian)率差別(bie)更大(da)。

二、內、外部(bu)缺陷位置區分(fen)特征量

  對于相同(tong)尺寸的(de)內(nei)、外(wai)部缺陷(xian)，在(zai)不同(tong)提(ti)離位(wei)置上(shang)的(de)兩個(ge)測點處(chu)得到的(de)峰-峰值差(cha)值，外(wai)部缺陷(xian)信號明顯大于內(nei)部缺陷(xian)信號。為此，提(ti)出歸(gui)一(yi)化(hua)的(de)峰-峰值差(cha)值，同(tong)時(shi)得到歸(gui)一(yi)化(hua)衰減率Rid，即

  其中，Vpp(z)對(dui)應(ying)外部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)時(shi)為(wei)，對(dui)應(ying)內(nei)(nei)(nei)部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)時(shi)為(wei)Vinpp(z)。為(wei)便(bian)于表達，將外部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)和內(nei)(nei)(nei)部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)歸一(yi)化衰(shuai)減率分別記為(wei)ERid和IRido實際檢測時(shi)，用Rid來辨別缺(que)(que)陷(xian)信號對(dui)應(ying)的是(shi)外部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)還是(shi)內(nei)(nei)(nei)部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)。

  進一(yi)步，試驗驗證將歸一(yi)化衰減率作(zuo)為不(bu)銹鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)內(nei)(nei)、外部缺陷(xian)(xian)區(qu)分標準的(de)可行性，設計雙層(ceng)霍爾元件(jian)陣列封裝(zhuang)檢測探頭(tou)，結構及實物如圖(tu)4-31所示(shi)。采(cai)用厚度(du)為0.3mm的(de)聚甲醛(quan)片(pian)作(zuo)為耐磨片(pian)，微型(xing)霍爾元件(jian)厚度(du)為0.4mm，最終(zhong)形成雙層(ceng)霍爾元件(jian)相對于(yu)不(bu)銹鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)表面提離距離分別為0.3mm和0.7mm。選用厚度(du)為9.35mm、外徑為88.9mm的(de)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)作(zuo)為試件(jian)，采(cai)用電火(huo)花及機(ji)械加工方法在(zai)不(bu)銹鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)上加工內(nei)(nei)、外部缺陷(xian)(xian)，見表4-16，采(cai)用直流磁化線圈對鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)進行軸向磁化，檢測速度(du)保(bao)持穩(wen)定。

  通(tong)過試驗數據計(ji)算歸一化(hua)衰(shuai)減(jian)率，見(jian)表4-16，并繪制成如圖4-32所示的(de)分(fen)布圖。從圖中可以發現，不銹鋼管(guan)中內、外部缺(que)陷具有較(jiao)明顯的(de)量值差異。該方法區(qu)分(fen)正確(que)率高(gao)，然而探頭系統較(jiao)為復(fu)雜，需(xu)要(yao)更多的(de)通(tong)道數來實現冗余檢測(ce)(ce)，因此一般用于高(gao)品質不銹鋼管(guan)的(de)檢測(ce)(ce)。

  內、外部缺陷區分是不銹鋼管漏磁(ci)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(zhong)內、外部(bu)缺(que)陷區分(fen)方(fang)法(fa)都各(ge)有(you)(you)優缺(que)點，沒(mei)有(you)(you)一種(zhong)方(fang)法(fa)可100％正確區分(fen)。在選擇缺(que)陷區分(fen)方(fang)法(fa)時，要根(gen)據(ju)檢測要求、工件特性、缺(que)陷類型(xing)、使用工況以及設備成本來選擇合適有(you)(you)效的內、外部(bu)缺(que)陷區分(fen)方(fang)法(fa)。