前面所(suo)述的(de)基于(yu)中心頻率(lv)、中心斜(xie)率(lv)和(he)數字信(xin)號(hao)差分(fen)的(de)三種方(fang)法均(jun)屬于(yu)信(xin)號(hao)后處(chu)理(li)方(fang)法，是對檢測(ce)結(jie)果(guo)的(de)進一步處(chu)理(li)。這里，介(jie)紹一種基于(yu)傳感(gan)器布(bu)置(zhi)的(de)雙層梯度檢測(ce)方(fang)法，它通過特殊的(de)傳感(gan)器陣列布(bu)置(zhi)及其(qi)處(chu)理(li)方(fang)法來區分(fen)缺陷的(de)位置(zhi)。具體實(shi)施方(fang)法為(wei)：從冗余檢測(ce)出發，

  在法(fa)向上布置兩(liang)層陣列磁敏(min)感(gan)元件，實現兩(liang)個(ge)特定間隔測(ce)點的(de)(de)梯度檢(jian)測(ce)，并(bing)對(dui)(dui)(dui)得到的(de)(de)檢(jian)測(ce)信(xin)(xin)號進行(xing)對(dui)(dui)(dui)比分析，然后利用內、外(wai)部缺(que)陷的(de)(de)檢(jian)測(ce)信(xin)(xin)號峰-峰值在提離方(fang)向上的(de)(de)衰(shuai)(shuai)減率(lv)進行(xing)評判。最后，構(gou)建出歸一化衰(shuai)(shuai)減率(lv)作為評判參數來(lai)對(dui)(dui)(dui)缺(que)陷的(de)(de)內、外(wai)位置進行(xing)評判。

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

  當(dang)考慮不同(tong)的(de)(de)傳感(gan)器提離(li)值(zhi)(zhi)時，實際上檢(jian)測(ce)得(de)到的(de)(de)數(shu)字信(xin)號是關于不同(tong)提離(li)平面上的(de)(de)一組信(xin)號序列(lie)。如(ru)圖4-26所示，下面討論漏磁場(chang)法向分量在不同(tong)提離(li)值(zhi)(zhi)h下的(de)(de)檢(jian)測(ce)信(xin)號峰(feng)-峰(feng)值(zhi)(zhi)變(bian)化規(gui)律，并(bing)將內、外部缺陷檢(jian)測(ce)信(xin)號的(de)(de)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)(zhi)分別記為(wei)Vinpp(h)和(he)Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和(he)Vimpp(h)的提離特性 

   采(cai)用(yong)鋼(gang)(gang)板進行內、外部缺(que)陷提(ti)離特性試(shi)驗(yan)，在其表面(mian)加(jia)工(gong)人工(gong)缺(que)陷，分(fen)別有不通(tong)孔、橫向刻槽(cao)以及斜向刻槽(cao)，如(ru)圖4-27所示(shi)。用(yong)霍(huo)爾(er)元件(jian)拾(shi)取(qu)漏磁(ci)場法(fa)向分(fen)量，通(tong)過改變霍(huo)爾(er)元件(jian)與鋼(gang)(gang)板表面(mian)之間的距(ju)離，即提(ti)離值(zhi)h的大小，考察各人工缺陷在正面和反(fan)面檢(jian)(jian)測(ce)(ce)時信(xin)號峰(feng)-峰(feng)值的(de)差(cha)異(yi)。鋼(gang)板漏磁(ci)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)試驗(yan)(yan)平臺如(ru)圖4-28所示，試驗(yan)(yan)鋼(gang)板厚度(du)(du)(du)、寬度(du)(du)(du)和長(chang)度(du)(du)(du)分別為9.6mm、100mm和1000mm，采用電火花和機械(xie)加工方法制(zhi)作人工缺陷，見表4-10，刻槽長(chang)度(du)(du)(du)均(jun)為40.0mm，寬度(du)(du)(du)均(jun)為1.0mm。磁(ci)化器采用穿過式直(zhi)流磁(ci)化線(xian)圈，確保鋼(gang)板被(bei)軸向磁(ci)化至(zhi)飽和狀(zhuang)態(tai)。

  試驗獲得(de)的(de)人工缺陷(xian)正面檢測(ce)(ce)和(he)背面檢測(ce)(ce)對應的(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)Vexpp(h)和(he)Vinpp(h)與提(ti)離值(zhi)(zhi)h之間(jian)的(de)擬合曲線簇(cu)，如(ru)圖(tu)4-29和(he)圖(tu)4-30所示(shi)。從圖(tu)中可(ke)以看出，峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)Vexpp(h)和(he)（h）的(de)遞(di)減(jian)趨(qu)勢(shi)雖(sui)然(ran)相同(tong)，但兩者(zhe)的(de)變化(hua)速(su)率(lv)則(ze)有明顯(xian)區別，內(nei)部缺陷(xian)信號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)（h）隨提(ti)離值(zhi)(zhi)的(de)增加遞(di)減(jian)平(ping)緩，而外部缺陷(xian)信號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)Vexpp(h)）遞(di)減(jian)陡峭，當提(ti)離值(zhi)(zhi)大于1.0mm后，內(nei)、外部缺陷(xian)信號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)均呈現出平(ping)緩的(de)變化(hua)趨(qu)勢(shi)。

 2. 雙層梯度檢測(ce)方(fang)法(fa) 

   根(gen)據和Vinpp(h）提(ti)離特性的不(bu)同，提(ti)出一種雙層梯度檢測方(fang)法(fa)，即(ji)沿著相(xiang)同法(fa)線方(fang)向(xiang)的不(bu)同提(ti)離值處布置兩個測點，通過獲取測點處缺陷漏磁場法(fa)向(xiang)分(fen)量信號峰-峰值Vpp(z)在提(ti)離方(fang)向(xiang)上的衰減率作為評判(pan)指標，也即(ji)

   其中，衰(shuai)減率R實(shi)(shi)際上是利用兩(liang)測點的(de)(de)峰-峰值差ΔVpp(h)與兩(liang)測點的(de)(de)提離值差Δh之比(bi)來實(shi)(shi)現的(de)(de)。當Δh足夠小(xiao)時，可以視為函數Vpp(h)在h方向上的(de)(de)梯度，由于檢測元件(jian)具有(you)一定(ding)厚度，兩(liang)個測點間(jian)的(de)(de)間(jian)隔不可能(neng)無限小(xiao)，實(shi)(shi)際應用中，只有(you)當內、外部缺(que)陷峰-峰值Vpp(h)）的(de)(de)衰(shuai)減率R1a之間(jian)存在明顯差異時，才有(you)可能(neng)有(you)效(xiao)應用于內、外部缺(que)陷的(de)(de)區分(fen)。為便于論述，對應于內部缺(que)陷和(he)外部缺(que)陷檢測信(xin)號，衰(shuai)減率分(fen)別(bie)記(ji)為和(he)ERdoPlyI

   從圖(tu)4-29和(he)(he)圖(tu)4-30中可以(yi)看出，在(zai)(zai)不(bu)同(tong)提(ti)離值下，Vexpp(和(he)(he)Vimpp(h)）的變(bian)化趨勢僅在(zai)(zai)一定(ding)區(qu)域具有明顯差異。在(zai)(zai)此區(qu)域，外部缺陷檢(jian)測信號峰-峰值Vexpp(h)隨提(ti)離值的增加劇烈減小，而內部缺陷檢(jian)測信號峰-峰值Vinpp(h)）的變(bian)化程度(du)相對(dui)緩(huan)慢。

  當(dang)h分(fen)別(bie)取(qu)0.3mm、0.5mm、0.7mm時，將Vexpp(h)和Vimpp(h)進行對(dui)比(bi)分(fen)析，發現(xian)提離值為(wei)0.3mm與0.7mm時，內、外(wai)部缺(que)陷(xian)峰-峰值衰減率有明(ming)顯差異，見表(biao)4-11。

   采(cai)用(yong)不同厚度(du)的鋼(gang)板(ban)進一步試驗(yan)，缺(que)陷參數(shu)和峰(feng)-峰(feng)值衰減率見表(biao)4-12～表(biao)4-15。

   通過大(da)量對(dui)比試(shi)驗可以發現，提離(li)值(zhi)分別取0.3mm與0.7mm時，內(nei)(nei)(nei)、外(wai)部缺陷(xian)衰減率(lv)(lv)差異(yi)較為穩定，無論(lun)缺陷(xian)形態(tai)特(te)(te)征如何，內(nei)(nei)(nei)、外(wai)部缺陷(xian)的(de)衰減率(lv)(lv)均有較大(da)差異(yi)。從上(shang)述列表中的(de)數值(zhi)可以看出，衰減率(lv)(lv)的(de)量值(zhi)并(bing)不隨(sui)缺陷(xian)的(de)其他特(te)(te)征（如裂(lie)紋的(de)走向(xiang)、形狀(zhuang)等(deng)）的(de)改變(bian)(bian)而發生(sheng)大(da)的(de)變(bian)(bian)化。此外(wai)，隨(sui)著被檢測鋼板厚(hou)度的(de)加大(da)，內(nei)(nei)(nei)、外(wai)部缺陷(xian)的(de)衰減率(lv)(lv)差別更大(da)。

二、內、外部缺陷位置區分(fen)特征(zheng)量

  對于相同(tong)(tong)尺寸的(de)內(nei)、外(wai)部缺(que)陷(xian)(xian)，在(zai)不同(tong)(tong)提離(li)位置(zhi)上的(de)兩個測點處得到(dao)的(de)峰(feng)-峰(feng)值差值，外(wai)部缺(que)陷(xian)(xian)信(xin)號明顯大于內(nei)部缺(que)陷(xian)(xian)信(xin)號。為此，提出歸一化的(de)峰(feng)-峰(feng)值差值，同(tong)(tong)時得到(dao)歸一化衰減率Rid，即

  其中，Vpp(z)對應外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)時為(wei)，對應內部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)時為(wei)Vinpp(z)。為(wei)便于表達，將(jiang)外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)和(he)(he)內部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)歸一化衰減率分別(bie)記(ji)為(wei)ERid和(he)(he)IRido實際檢(jian)測(ce)時，用Rid來辨別(bie)缺(que)陷(xian)(xian)信號對應的(de)是外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)還是內部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)。

  進(jin)(jin)一步，試驗驗證將歸一化(hua)(hua)衰減率作為(wei)(wei)不銹鋼管(guan)內、外(wai)部(bu)缺陷區分(fen)標準的(de)可行性，設計雙(shuang)層霍(huo)(huo)(huo)爾元件(jian)陣列封裝檢測探頭，結構及實(shi)物如圖4-31所示(shi)。采(cai)用厚度(du)為(wei)(wei)0.3mm的(de)聚甲醛片作為(wei)(wei)耐磨片，微型霍(huo)(huo)(huo)爾元件(jian)厚度(du)為(wei)(wei)0.4mm，最(zui)終(zhong)形成雙(shuang)層霍(huo)(huo)(huo)爾元件(jian)相(xiang)對于不銹鋼管(guan)表(biao)面提(ti)離距(ju)離分(fen)別(bie)為(wei)(wei)0.3mm和(he)0.7mm。選用厚度(du)為(wei)(wei)9.35mm、外(wai)徑為(wei)(wei)88.9mm的(de)鋼管(guan)作為(wei)(wei)試件(jian)，采(cai)用電火(huo)花及機械加工方法在不銹鋼管(guan)上(shang)加工內、外(wai)部(bu)缺陷，見表(biao)4-16，采(cai)用直流磁(ci)化(hua)(hua)線圈對鋼管(guan)進(jin)(jin)行軸向(xiang)磁(ci)化(hua)(hua)，檢測速(su)度(du)保持穩定。

  通(tong)過試驗數(shu)據計算(suan)歸一化(hua)衰減率，見表(biao)4-16，并繪制成如(ru)圖(tu)4-32所示的分(fen)布圖(tu)。從圖(tu)中(zhong)可(ke)以發現，不銹鋼管(guan)中(zhong)內、外(wai)部缺陷具有較明顯的量值差異。該方法(fa)區分(fen)正確率高，然而(er)探頭(tou)系統較為復雜，需要更多(duo)的通(tong)道數(shu)來(lai)實現冗余檢測(ce)，因此一般(ban)用于高品質不銹鋼管(guan)的檢測(ce)。

  內、外部缺陷區分是不銹鋼(gang)管漏磁(ci)檢測(ce)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(mei)種(zhong)內、外部缺(que)陷(xian)區(qu)分(fen)方(fang)法(fa)都(dou)各有優缺(que)點，沒有一種(zhong)方(fang)法(fa)可100％正確區(qu)分(fen)。在(zai)選擇缺(que)陷(xian)區(qu)分(fen)方(fang)法(fa)時(shi)，要(yao)根(gen)據檢(jian)測要(yao)求、工(gong)件(jian)特性、缺(que)陷(xian)類型、使用工(gong)況以及設備(bei)成本來選擇合適有效(xiao)的內、外部缺(que)陷(xian)區(qu)分(fen)方(fang)法(fa)。