前面所述的基于(yu)中心頻率(lv)(lv)、中心斜率(lv)(lv)和數(shu)字信號差分(fen)的三種方法(fa)(fa)(fa)均(jun)屬(shu)于(yu)信號后(hou)處理方法(fa)(fa)(fa)，是對檢測結果的進一步處理。這(zhe)里，介(jie)紹一種基于(yu)傳感器(qi)布置的雙層梯度檢測方法(fa)(fa)(fa)，它通(tong)過特殊(shu)的傳感器(qi)陣列布置及其處理方法(fa)(fa)(fa)來區(qu)分(fen)缺陷的位置。具體(ti)實(shi)施方法(fa)(fa)(fa)為：從冗(rong)余檢測出發，

  在(zai)法向上布置兩(liang)層陣列磁敏感元件，實現(xian)兩(liang)個特(te)定間隔測(ce)(ce)點的梯度檢測(ce)(ce)，并對(dui)得到的檢測(ce)(ce)信號進行(xing)對(dui)比分析，然(ran)后利(li)用內、外部缺陷的檢測(ce)(ce)信號峰(feng)-峰(feng)值在(zai)提離方(fang)向上的衰減率進行(xing)評判。最后，構建出歸一化衰減率作為評判參數來對(dui)缺陷的內、外位置進行(xing)評判。

一(yi)、內、外部缺陷檢(jian)(jian)測信號的提離(li)特性和雙層梯(ti)度(du)檢(jian)(jian)測

  當(dang)考慮不(bu)同的(de)(de)傳感器提(ti)離(li)(li)值時，實(shi)際上檢(jian)測得到的(de)(de)數(shu)字信號是關于不(bu)同提(ti)離(li)(li)平面上的(de)(de)一組信號序列(lie)。如圖4-26所示，下(xia)面討論漏磁(ci)場法向(xiang)分量在(zai)不(bu)同提(ti)離(li)(li)值h下(xia)的(de)(de)檢(jian)測信號峰(feng)-峰(feng)值變化規(gui)律(lv)，并將內、外(wai)部缺陷(xian)檢(jian)測信號的(de)(de)峰(feng)-峰(feng)值分別(bie)記為Vinpp(h)和Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和Vimpp(h)的提離特性 

   采用(yong)(yong)鋼(gang)板進行內(nei)、外(wai)部缺陷提離(li)特性(xing)試驗，在(zai)其表(biao)面加工人工缺陷，分別有不通孔、橫向刻槽以及(ji)斜向刻槽，如(ru)圖4-27所示。用(yong)(yong)霍(huo)爾元件拾取漏磁場(chang)法向分量，通過改(gai)變(bian)霍(huo)爾元件與(yu)鋼(gang)板表(biao)面之間的(de)距離(li)，即提離(li)值(zhi)h的(de)大(da)小，考察各人工缺陷(xian)在正(zheng)面(mian)和反面(mian)檢測時(shi)信號峰(feng)-峰(feng)值的差異。鋼板漏(lou)磁(ci)檢測試驗平(ping)臺(tai)如圖(tu)4-28所示(shi)，試驗鋼板厚度、寬度和長度分別為(wei)9.6mm、100mm和1000mm，采用電火(huo)花和機械加工方法制作人工缺陷(xian)，見(jian)表4-10，刻槽長度均(jun)為(wei)40.0mm，寬度均(jun)為(wei)1.0mm。磁(ci)化器采用穿過式直流磁(ci)化線(xian)圈，確保鋼板被軸向磁(ci)化至飽(bao)和狀態。

  試驗(yan)獲得的(de)人工(gong)缺(que)陷正(zheng)面檢測和背面檢測對應的(de)峰-峰值(zhi)(zhi)Vexpp(h)和Vinpp(h)與提離(li)值(zhi)(zhi)h之間的(de)擬(ni)合(he)曲(qu)線(xian)簇，如圖(tu)(tu)4-29和圖(tu)(tu)4-30所示。從圖(tu)(tu)中可以看出，峰-峰值(zhi)(zhi)Vexpp(h)和（h）的(de)遞(di)減(jian)(jian)趨(qu)勢雖然相同，但(dan)兩者的(de)變化(hua)速(su)率則有(you)明顯(xian)區(qu)別，內(nei)部缺(que)陷信(xin)(xin)號峰-峰值(zhi)(zhi)（h）隨提離(li)值(zhi)(zhi)的(de)增加遞(di)減(jian)(jian)平(ping)緩，而外(wai)部缺(que)陷信(xin)(xin)號峰-峰值(zhi)(zhi)Vexpp(h)）遞(di)減(jian)(jian)陡峭，當提離(li)值(zhi)(zhi)大(da)于1.0mm后，內(nei)、外(wai)部缺(que)陷信(xin)(xin)號峰-峰值(zhi)(zhi)均呈現出平(ping)緩的(de)變化(hua)趨(qu)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)同(tong)(tong)，提(ti)出一(yi)種雙(shuang)層梯(ti)度(du)檢測(ce)方法(fa)，即沿著相同(tong)(tong)法(fa)線(xian)方向(xiang)(xiang)(xiang)的不(bu)同(tong)(tong)提(ti)離(li)值處布置兩個測(ce)點，通過(guo)獲(huo)取測(ce)點處缺陷漏(lou)磁場(chang)法(fa)向(xiang)(xiang)(xiang)分量信號峰-峰值Vpp(z)在提(ti)離(li)方向(xiang)(xiang)(xiang)上的衰減率作為(wei)評判指(zhi)標，也即

   其中，衰(shuai)減率R實(shi)際上(shang)是利(li)用兩(liang)測(ce)點的(de)(de)峰-峰值(zhi)差ΔVpp(h)與兩(liang)測(ce)點的(de)(de)提離值(zhi)差Δh之比來(lai)實(shi)現的(de)(de)。當(dang)Δh足夠小時，可以視為(wei)函數Vpp(h)在(zai)(zai)h方向上(shang)的(de)(de)梯度(du)(du)，由于(yu)檢(jian)測(ce)元件具有一定厚度(du)(du)，兩(liang)個測(ce)點間(jian)的(de)(de)間(jian)隔不可能(neng)(neng)無限小，實(shi)際應用中，只有當(dang)內(nei)、外(wai)部(bu)缺(que)陷峰-峰值(zhi)Vpp(h)）的(de)(de)衰(shuai)減率R1a之間(jian)存(cun)在(zai)(zai)明顯差異時，才有可能(neng)(neng)有效應用于(yu)內(nei)、外(wai)部(bu)缺(que)陷的(de)(de)區分。為(wei)便于(yu)論(lun)述，對應于(yu)內(nei)部(bu)缺(que)陷和外(wai)部(bu)缺(que)陷檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)，衰(shuai)減率分別(bie)記(ji)為(wei)和ERdoPlyI

   從圖4-29和(he)圖4-30中可(ke)以(yi)看出，在(zai)不(bu)同提離值下(xia)，Vexpp(和(he)Vimpp(h)）的變化趨(qu)勢僅在(zai)一定區域具(ju)有明顯(xian)差異。在(zai)此區域，外部缺陷(xian)檢(jian)測信(xin)號峰-峰值Vexpp(h)隨提離值的增加劇烈減小，而內部缺陷(xian)檢(jian)測信(xin)號峰-峰值Vinpp(h)）的變化程度相對緩慢(man)。

  當h分別取0.3mm、0.5mm、0.7mm時，將Vexpp(h)和(he)Vimpp(h)進(jin)行對比分析，發現(xian)提離值為0.3mm與0.7mm時，內、外部缺陷(xian)峰(feng)-峰(feng)值衰(shuai)減率(lv)有(you)明顯差異(yi)，見表4-11。

   采(cai)用不(bu)同厚度的鋼板進一(yi)步試驗，缺陷參(can)數(shu)和峰-峰值衰減率(lv)見表4-12～表4-15。

   通過(guo)大量(liang)對比試驗可以發現，提離值分別取0.3mm與(yu)0.7mm時，內、外部(bu)缺(que)陷(xian)衰(shuai)減率差(cha)異較(jiao)(jiao)為穩定，無論(lun)缺(que)陷(xian)形(xing)態特(te)征如何，內、外部(bu)缺(que)陷(xian)的(de)(de)(de)衰(shuai)減率均有較(jiao)(jiao)大差(cha)異。從上述列表(biao)中的(de)(de)(de)數(shu)值可以看(kan)出，衰(shuai)減率的(de)(de)(de)量(liang)值并不隨缺(que)陷(xian)的(de)(de)(de)其他特(te)征（如裂紋的(de)(de)(de)走向(xiang)、形(xing)狀(zhuang)等）的(de)(de)(de)改變而發生大的(de)(de)(de)變化。此(ci)外，隨著被檢測鋼(gang)板厚度的(de)(de)(de)加大，內、外部(bu)缺(que)陷(xian)的(de)(de)(de)衰(shuai)減率差(cha)別更大。

二、內、外部(bu)缺陷位(wei)置區(qu)分(fen)特征量

  對于(yu)相同(tong)(tong)尺寸的內、外部(bu)(bu)缺(que)陷，在不同(tong)(tong)提離位(wei)置(zhi)上的兩(liang)個測點處(chu)得(de)到的峰-峰值(zhi)差(cha)值(zhi)，外部(bu)(bu)缺(que)陷信(xin)號明顯(xian)大于(yu)內部(bu)(bu)缺(que)陷信(xin)號。為此，提出歸一(yi)化(hua)的峰-峰值(zhi)差(cha)值(zhi)，同(tong)(tong)時得(de)到歸一(yi)化(hua)衰減率(lv)Rid，即

  其中，Vpp(z)對應外部(bu)缺(que)陷時為(wei)(wei)(wei)，對應內部(bu)缺(que)陷時為(wei)(wei)(wei)Vinpp(z)。為(wei)(wei)(wei)便于表達，將外部(bu)缺(que)陷和(he)內部(bu)缺(que)陷歸一化衰減率分別記為(wei)(wei)(wei)ERid和(he)IRido實際檢測時，用(yong)Rid來辨別缺(que)陷信(xin)號(hao)對應的是(shi)(shi)外部(bu)缺(que)陷還是(shi)(shi)內部(bu)缺(que)陷。

  進(jin)一(yi)步，試(shi)(shi)驗驗證將歸一(yi)化衰減率(lv)作(zuo)為不銹(xiu)(xiu)鋼管(guan)(guan)內、外部缺陷(xian)區分(fen)標準的(de)可行性，設計雙層(ceng)霍爾元件(jian)(jian)陣(zhen)列(lie)封裝檢測(ce)探頭，結(jie)構及實物如圖4-31所示。采用(yong)(yong)厚度(du)為0.3mm的(de)聚甲醛片作(zuo)為耐磨片，微型霍爾元件(jian)(jian)厚度(du)為0.4mm，最(zui)終形成雙層(ceng)霍爾元件(jian)(jian)相對(dui)于(yu)不銹(xiu)(xiu)鋼管(guan)(guan)表(biao)面提離距離分(fen)別為0.3mm和0.7mm。選用(yong)(yong)厚度(du)為9.35mm、外徑為88.9mm的(de)鋼管(guan)(guan)作(zuo)為試(shi)(shi)件(jian)(jian)，采用(yong)(yong)電火(huo)花及機械加工方法(fa)在不銹(xiu)(xiu)鋼管(guan)(guan)上加工內、外部缺陷(xian)，見表(biao)4-16，采用(yong)(yong)直流磁化線圈對(dui)鋼管(guan)(guan)進(jin)行軸向磁化，檢測(ce)速度(du)保持穩(wen)定。

  通過試驗數據計算歸(gui)一化衰(shuai)減率，見表(biao)4-16，并繪制成如(ru)圖(tu)4-32所示的分(fen)布(bu)圖(tu)。從圖(tu)中可以發現，不銹鋼(gang)管中內(nei)、外部缺陷具有較明(ming)顯的量值差異(yi)。該方(fang)法(fa)區分(fen)正確率高，然(ran)而探頭(tou)系統(tong)較為(wei)復(fu)雜，需要更多的通道數來實現冗(rong)余檢(jian)測(ce)(ce)，因此一般(ban)用于高品質不銹鋼(gang)管的檢(jian)測(ce)(ce)。

  內、外部缺陷區分是不銹鋼管漏(lou)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(wai)部(bu)缺(que)陷區分方法都(dou)各有優缺(que)點，沒有一種(zhong)方法可100％正確區分。在選擇(ze)缺(que)陷區分方法時，要(yao)根據檢測要(yao)求、工(gong)件特性、缺(que)陷類型、使(shi)用(yong)工(gong)況以及(ji)設備成本(ben)來選擇(ze)合適有效的內、外(wai)部(bu)缺(que)陷區分方法。