不銹鋼管內、外部缺陷產生的漏磁檢測信號頻率成分存在差異。根據這種差異，借助于電路或數字濾波器，將不銹鋼管內、外部缺陷檢測信號的頻率進行對比，可以達到內、外部缺陷區分的目的。下面扼要介紹基于檢測信號中心頻率的區分方法。
一(yi)、基于檢測信號(hao)中心頻率的(de)區分方法
內(nei)(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)在檢測空間(jian)產生(sheng)的(de)(de)漏(lou)磁場強度相對(dui)較(jiao)弱，但空間(jian)分(fen)布(bu)范圍相對(dui)較(jiao)大。因此，內(nei)(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)檢測信(xin)(xin)號的(de)(de)突(tu)變時間(jian)持續較(jiao)長；在頻域上(shang)，檢測信(xin)(xin)號的(de)(de)中(zhong)心頻率(lv)相對(dui)較(jiao)低。相反(fan)，外部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)檢測信(xin)(xin)號的(de)(de)中(zhong)心頻率(lv)較(jiao)高，突(tu)變相對(dui)陡峭(qiao)。根據上(shang)述特點，采用(yong)合(he)理的(de)(de)帶通濾波器(qi)(qi)、高通濾波器(qi)(qi)以及觸發門(men)限電路(lu)，針(zhen)對(dui)內(nei)(nei)、外部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)檢測信(xin)(xin)號的(de)(de)頻域特征，設置(zhi)相應的(de)(de)截止頻率(lv)，將(jiang)濾波后的(de)(de)輸出信(xin)(xin)號幅(fu)度進(jin)行對(dui)比(bi)，可(ke)達到區分(fen)內(nei)(nei)、外部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。
如圖(tu)4-6所示，將檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號分別利(li)用高通(tong)濾(lv)(lv)(lv)波(bo)器與(yu)帶(dai)(dai)通(tong)濾(lv)(lv)(lv)波(bo)器進行濾(lv)(lv)(lv)波(bo)處理。其中(zhong)，設置帶(dai)(dai)通(tong)濾(lv)(lv)(lv)波(bo)器的(de)(de)(de)上、下限頻(pin)率時需包含內、外部(bu)缺(que)(que)陷(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號頻(pin)段，也即(ji)，內、外部(bu)缺(que)(que)陷(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號在通(tong)過帶(dai)(dai)通(tong)濾(lv)(lv)(lv)波(bo)器后均不會(hui)引起波(bo)形特征上的(de)(de)(de)變化，僅僅濾(lv)(lv)(lv)除高頻(pin)與(yu)低頻(pin)噪聲信(xin)(xin)號，并將該輸(shu)(shu)出(chu)量視為(wei)(wei)A通(tong)路，輸(shu)(shu)出(chu)信(xin)(xin)號記為(wei)(wei)XA(t)）。另(ling)外設立通(tong)路B，即(ji)高通(tong)濾(lv)(lv)(lv)波(bo)支路，它能夠使得(de)頻(pin)率較低的(de)(de)(de)內部(bu)缺(que)(que)陷(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號在強度(du)上明顯(xian)削弱，而外部(bu)缺(que)(que)陷(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號強度(du)基本不變，輸(shu)(shu)出(chu)信(xin)(xin)號記為(wei)(wei)XB(t)。進一步(bu)，將兩種濾(lv)(lv)(lv)波(bo)系統的(de)(de)(de)輸(shu)(shu)出(chu)量XA(t)與(yu)XB(t)進行對比(bi)，從而可獲得(de)內、外部(bu)缺(que)(que)陷(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號的(de)(de)(de)判據。
從圖4-6中(zhong)(zhong)可以看出，采(cai)用中(zhong)(zhong)心頻(pin)率比較法識(shi)別(bie)缺陷(xian)的(de)位置時具有(you)很好的(de)邏輯性(xing)。但必(bi)須(xu)注意的(de)是，由于(yu)檢(jian)測信號(hao)頻(pin)率與檢(jian)測速度(du)有(you)關，因此檢(jian)測過程(cheng)中(zhong)(zhong)速度(du)必(bi)須(xu)保持恒(heng)定。如果(guo)檢(jian)測速度(du)發生變化，則(ze)需重(zhong)新調整濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)各濾(lv)波(bo)截止頻(pin)率。
二、缺陷形態特征對中心(xin)頻率法的影響
除缺(que)陷位置外，缺(que)陷的其他形(xing)態特征也(ye)會影響(xiang)缺(que)陷的中心頻率，因(yin)此(ci)，采用(yong)該區分(fen)(fen)方(fang)法時需要綜合(he)考慮各種因(yin)素的影響(xiang)。下面扼要介紹缺(que)陷形(xing)狀、走向和深(shen)度對(dui)基于中心頻率區分(fen)(fen)方(fang)法的影響(xiang)。
模擬濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)與(yu)數(shu)字濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)都是改(gai)變信(xin)號(hao)中(zhong)所包(bao)含頻率成分的(de)相對比例，或是濾(lv)(lv)除(chu)某種頻率成分的(de)系統。數(shu)字濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)具有精度高(gao)、穩定、靈活、不要求阻抗匹配等優勢。這里，選用(yong)巴(ba)特(te)(te)沃斯濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)器，即幅頻特(te)(te)性(xing)曲線在(zai)通帶(dai)(dai)與(yu)阻帶(dai)(dai)內均(jun)為單(dan)調遞減函(han)數(shu)。綜合考慮通帶(dai)(dai)與(yu)阻帶(dai)(dai)的(de)變化速度及內、外部缺(que)(que)陷(xian)(xian)信(xin)號(hao)的(de)頻帶(dai)(dai)范圍，設(she)定濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)器為四階(jie)。下面分別從幾(ji)種典型(xing)缺(que)(que)陷(xian)(xian)形態特(te)(te)征出發，對各種人工(gong)缺(que)(que)陷(xian)(xian)進行試驗(yan)區分，觀(guan)察檢測信(xin)號(hao)在(zai)經(jing)過數(shu)字濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)器之后幅值(zhi)的(de)變化。
1. 缺陷形狀對檢測信號頻率(lv)成(cheng)分(fen)的影(ying)響
不銹鋼(gang)(gang)管(guan)漏磁檢測標準中(zhong)，人工缺陷(xian)(xian)通(tong)(tong)常選用(yong)(yong)通(tong)(tong)孔或刻(ke)槽，對不通(tong)(tong)孔未加說明。在(zai)鋼(gang)(gang)管(guan)的(de)實際(ji)使(shi)用(yong)(yong)過程中(zhong)，受(shou)到(dao)高壓沖刷、腐蝕等眾多(duo)因(yin)素的(de)影(ying)響(xiang)，鋼(gang)(gang)管(guan)上形成的(de)腐蝕坑十分普遍。因(yin)此，在(zai)分析缺陷(xian)(xian)形狀對檢測信(xin)號中(zhong)心(xin)頻率成分的(de)影(ying)響(xiang)時，采用(yong)(yong)不通(tong)(tong)孔、裂(lie)紋和通(tong)(tong)孔作為檢測對象，研(yan)究各類缺陷(xian)(xian)信(xin)號在(zai)經過濾(lv)波系統后輸(shu)出量(liang)之間的(de)差(cha)異(yi)。
建(jian)立不(bu)銹鋼管(guan)(guan)漏磁自動化檢測(ce)系統，鋼管(guan)(guan)螺(luo)旋前進，螺(luo)距為(wei)105mm，鋼管(guan)(guan)直徑為(wei)139.7mm，壁(bi)厚為(wei)8.5mm，采用電火花加工(gong)方(fang)法(fa)在(zai)(zai)內、外(wai)管(guan)(guan)壁(bi)加工(gong)周(zhou)向和(he)軸向刻(ke)槽，寬度(du)均為(wei)0.8mm；采用機械加工(gong)的(de)方(fang)法(fa)，在(zai)(zai)鋼管(guan)(guan)外(wai)壁(bi)面上加工(gong)直徑為(wei)3.2mm、深度(du)為(wei)2.0mm的(de)外(wai)部(bu)不(bu)通孔和(he)直徑為(wei)1.6mm的(de)通孔。檢測(ce)過程中，保證鋼管(guan)(guan)的(de)行進與旋轉速(su)度(du)恒定不(bu)變，以消除(chu)傳感器掃(sao)查速(su)度(du)變化對(dui)檢測(ce)信號的(de)影響，獲得的(de)檢測(ce)原始信號波形(xing)如圖4-7所示。
經過不同截止(zhi)頻率的高通濾波器之后，檢測缺陷信號輸出如圖(tu)4-8和圖(tu)4-9所(suo)示。
可以看出，經過截止(zhi)頻率為540Hz的(de)(de)高通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)(bo)器之(zhi)后，N10的(de)(de)內傷可以很好地被削弱(ruo)(ruo)，直至從信(xin)號(hao)輸出中(zhong)完全消失。然而，同(tong)(tong)在(zai)鋼管外(wai)表壁但形狀不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)直徑為3.2mm的(de)(de)外(wai)不(bu)通(tong)(tong)孔的(de)(de)檢測(ce)(ce)(ce)信(xin)號(hao)變化(hua)規(gui)律與(yu)N5外(wai)表面刻槽不(bu)同(tong)(tong)：外(wai)不(bu)通(tong)(tong)孔檢測(ce)(ce)(ce)信(xin)號(hao)同(tong)(tong)樣受到(dao)了高通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)(bo)的(de)(de)影響而被嚴重(zhong)削弱(ruo)(ruo)，當內部缺陷(xian)信(xin)號(hao)被濾(lv)波(bo)(bo)消除后，外(wai)不(bu)通(tong)(tong)孔的(de)(de)檢測(ce)(ce)(ce)信(xin)號(hao)也被濾(lv)除。這說明如(ru)果對外(wai)腐蝕坑采(cai)用基于中(zhong)心頻率的(de)(de)區分(fen)方法，檢測(ce)(ce)(ce)結(jie)果可能會出現誤判的(de)(de)情況。
2. 缺陷走向對檢(jian)測信號頻率成分的影響(xiang)
不銹鋼管(guan)在(zai)(zai)生(sheng)產或(huo)使(shi)用過程(cheng)中(zhong)(zhong)如果(guo)受(shou)到扭轉載荷(he)與(yu)(yu)軸向(xiang)(xiang)力的同時(shi)作用，容(rong)易(yi)在(zai)(zai)管(guan)壁內、外表面形(xing)成(cheng)與(yu)(yu)管(guan)材軸線方向(xiang)(xiang)既不垂直(zhi)也(ye)不平(ping)行的裂(lie)紋，使(shi)得漏磁(ci)(ci)檢(jian)測過程(cheng)中(zhong)(zhong)無(wu)論是(shi)被周向(xiang)(xiang)磁(ci)(ci)化或(huo)是(shi)軸向(xiang)(xiang)磁(ci)(ci)化，都無(wu)法(fa)滿足管(guan)材中(zhong)(zhong)磁(ci)(ci)力線與(yu)(yu)缺陷走(zou)向(xiang)(xiang)相垂直(zhi)的要求。而(er)且，就目(mu)前不銹鋼管(guan)漏磁(ci)(ci)檢(jian)測系統中(zhong)(zhong)使(shi)用的磁(ci)(ci)化裝置來看，裂(lie)紋的走(zou)向(xiang)(xiang)在(zai)(zai)絕大多數情況下與(yu)(yu)磁(ci)(ci)力線方向(xiang)(xiang)成(cheng)斜向(xiang)(xiang)夾角，即兩者之間并非處于相互垂直(zhi)的狀(zhuang)態(tai)。
裂紋的(de)(de)走向對漏磁場強度與(yu)分布影響(xiang)較大，這一(yi)點可以通過檢(jian)測信(xin)號的(de)(de)波形(xing)特征反映(ying)出來，進一(yi)步也必然會引起(qi)檢(jian)測信(xin)號中(zhong)心頻率的(de)(de)變化，從(cong)而會影響(xiang)基于中(zhong)心頻率方法的(de)(de)內(nei)、外部(bu)裂紋區分準確率。
采用電火花加工方式，在鋼管(guan)上加工N5（缺陷深度占壁厚的(de)5％）內(nei)、外部(bu)軸向(xiang)(xiang)刻槽（也即(ji)縱向(xiang)(xiang)刻槽）、45°外部(bu)斜(xie)向(xiang)(xiang)刻槽以及不通(tong)孔等。圖(tu)(tu)4-10和圖(tu)(tu)4-11所示(shi)為原始(shi)檢測(ce)信號通(tong)過不同截(jie)止頻(pin)率濾波器后的(de)信號輸出。不難發現：雖(sui)然處于鋼管(guan)外部(bu)，45°外部(bu)斜(xie)向(xiang)(xiang)刻槽與內(nei)部(bu)缺陷一(yi)樣(yang)，檢測(ce)信號發生了嚴重的(de)削弱(ruo)，從而無(wu)法得到與軸向(xiang)(xiang)、周向(xiang)(xiang)標準(zhun)刻槽區分(fen)一(yi)致的(de)評判結果。
究其原因，斜向(xiang)外部裂紋的(de)走向(xiang)與磁(ci)化場(chang)之間(jian)的(de)夾(jia)角呈非垂直狀態，形成的(de)漏(lou)磁(ci)場(chang)強(qiang)度相對(dui)較弱，在檢測空間(jian)上(shang)也趨于分散(san)，從而導(dao)致斜向(xiang)裂紋檢測信(xin)號(hao)在頻域(yu)內可能會被(bei)誤判(pan)為(wei)內部缺陷。
3. 缺陷深度(du)對(dui)檢測信號頻(pin)率(lv)成分的影響
缺陷的(de)深(shen)度(du)直(zhi)接決定了(le)管材(cai)(cai)的(de)使用(yong)性能(neng)。在(zai)管材(cai)(cai)的(de)實際使用(yong)過(guo)程中，根據工(gong)作環境(jing)的(de)不(bu)同(tong)，位(wei)于鋼管不(bu)同(tong)表(biao)面(mian)（內表(biao)面(mian)或外表(biao)面(mian)）的(de)具有相(xiang)同(tong)深(shen)度(du)的(de)缺陷對管材(cai)(cai)性能(neng)的(de)影(ying)(ying)響(xiang)會不(bu)一(yi)樣(yang)。這里討論缺陷深(shen)度(du)對檢測信號(hao)頻率(lv)成分的(de)影(ying)(ying)響(xiang)。
仍然選用不(bu)銹鋼(gang)管(guan)作為試件，在(zai)距管(guan)端(duan)250mm的(de)圓周方向(xiang)(xiang)上加工N20（缺陷(xian)深(shen)(shen)度占壁厚的(de)20％）周向(xiang)(xiang)內部刻槽(cao)和N10（缺陷(xian)深(shen)(shen)度占壁厚的(de)10％）周向(xiang)(xiang)外(wai)部刻槽(cao)。經過試驗發現，通(tong)過不(bu)同截止頻率的(de)高通(tong)濾波系統(tong)處理后(hou)，深(shen)(shen)度較大的(de)內部刻槽(cao)檢測(ce)信號始終難以(yi)被有效濾除，如圖4-12所示(shi)。
三、基于(yu)檢(jian)測(ce)信號中心頻(pin)率區分方法(fa)的適應性
通過(guo)(guo)上述試驗分(fen)析可以看出(chu)，檢測(ce)信號中心頻率的(de)(de)影(ying)響因素較多，如圖4-13所示，其(qi)對缺(que)陷(xian)的(de)(de)形(xing)狀、走(zou)向和深(shen)度(du)等具有(you)(you)代表(biao)性的(de)(de)形(xing)態特征均十分(fen)敏(min)感。這充分(fen)說明了信號的(de)(de)頻率成分(fen)在描述缺(que)陷(xian)位置時并不(bu)具有(you)(you)完(wan)備的(de)(de)表(biao)達(da)能力。究(jiu)其(qi)原因，利用(yong)中心頻率區分(fen)內、外部缺(que)陷(xian)，是(shi)以低維度(du)信息(xi)量去評判具有(you)(you)高維度(du)信息(xi)的(de)(de)檢測(ce)對象，因而，也就不(bu)可避免(mian)地碰到(dao)信息(xi)維度(du)過(guo)(guo)少而造成評判時模(mo)棱兩可的(de)(de)尷尬局面。
中心頻(pin)率比較(jiao)法，可以對某(mou)些特(te)定類型缺(que)陷進行位置特(te)征判別。但由(you)于判定指標(biao)的(de)成(cheng)因并不(bu)具有唯(wei)一(yi)性，因此(ci)，該方法并不(bu)能(neng)保證對所有類型缺(que)陷實現(xian)正確(que)區分。
