前面所述的(de)基于(yu)中心頻(pin)率、中心斜率和數字信號差(cha)分的(de)三種方(fang)法(fa)均屬于(yu)信號后處(chu)理方(fang)法(fa)，是對檢(jian)測結果的(de)進一步處(chu)理。這(zhe)里，介紹一種基于(yu)傳感器布置的(de)雙層梯度檢(jian)測方(fang)法(fa)，它通過特殊的(de)傳感器陣列(lie)布置及其處(chu)理方(fang)法(fa)來區分缺陷的(de)位置。具體實施(shi)方(fang)法(fa)為：從冗余檢(jian)測出發，

  在法向上(shang)布置兩(liang)層陣列磁敏感(gan)元件，實現(xian)兩(liang)個特定間隔測(ce)點的(de)(de)梯度檢測(ce)，并對(dui)(dui)得到(dao)的(de)(de)檢測(ce)信號進(jin)行對(dui)(dui)比分析，然后利用內(nei)、外部缺陷(xian)(xian)的(de)(de)檢測(ce)信號峰-峰值在提離方向上(shang)的(de)(de)衰(shuai)減率(lv)進(jin)行評判。最(zui)后，構建出歸一化(hua)衰(shuai)減率(lv)作為(wei)評判參數來對(dui)(dui)缺陷(xian)(xian)的(de)(de)內(nei)、外位置進(jin)行評判。

一、內、外部缺陷檢測信(xin)號的提離特(te)性和雙層梯(ti)度(du)檢測

  當考慮不同(tong)的(de)(de)傳感器提(ti)(ti)離(li)值時，實際上檢測得到(dao)的(de)(de)數字(zi)信號(hao)是(shi)關(guan)于(yu)不同(tong)提(ti)(ti)離(li)平面上的(de)(de)一組信號(hao)序列。如(ru)圖4-26所示，下(xia)面討論(lun)漏(lou)磁場(chang)法向分量在不同(tong)提(ti)(ti)離(li)值h下(xia)的(de)(de)檢測信號(hao)峰-峰值變(bian)化規律，并(bing)將內、外部缺陷檢測信號(hao)的(de)(de)峰-峰值分別記為Vinpp(h)和Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和Vimpp(h)的提離特性 

   采用鋼(gang)板(ban)進行內、外部缺陷提(ti)(ti)離特(te)性(xing)試驗，在其表(biao)面(mian)(mian)加(jia)工(gong)人工(gong)缺陷，分(fen)別有不通孔、橫向刻槽以(yi)及斜向刻槽，如圖4-27所示。用霍爾(er)元件(jian)拾(shi)取漏磁場法向分(fen)量，通過改變(bian)霍爾(er)元件(jian)與鋼(gang)板(ban)表(biao)面(mian)(mian)之間的距(ju)離，即提(ti)(ti)離值h的大小，考察各人工(gong)缺(que)陷(xian)(xian)在正面和反面檢(jian)測(ce)時信號峰(feng)-峰(feng)值的差異。鋼板漏磁(ci)檢(jian)測(ce)試驗(yan)平臺(tai)如(ru)圖4-28所示，試驗(yan)鋼板厚度(du)、寬(kuan)度(du)和長度(du)分別為9.6mm、100mm和1000mm，采(cai)用(yong)(yong)電火花和機械加工(gong)方法制(zhi)作人工(gong)缺(que)陷(xian)(xian)，見(jian)表4-10，刻槽長度(du)均(jun)為40.0mm，寬(kuan)度(du)均(jun)為1.0mm。磁(ci)化(hua)器采(cai)用(yong)(yong)穿過式直流磁(ci)化(hua)線圈，確(que)保(bao)鋼板被軸向磁(ci)化(hua)至飽和狀態。

  試驗獲(huo)得的(de)(de)(de)人(ren)工缺陷(xian)正面檢測和背面檢測對應的(de)(de)(de)峰-峰值Vexpp(h)和Vinpp(h)與提(ti)(ti)離值h之間的(de)(de)(de)擬合曲線簇，如圖4-29和圖4-30所示(shi)。從圖中可以看出，峰-峰值Vexpp(h)和（h）的(de)(de)(de)遞(di)減(jian)趨勢雖然相(xiang)同，但(dan)兩者的(de)(de)(de)變化速率則有明顯區別，內部(bu)缺陷(xian)信(xin)號峰-峰值（h）隨提(ti)(ti)離值的(de)(de)(de)增加遞(di)減(jian)平(ping)緩，而(er)外部(bu)缺陷(xian)信(xin)號峰-峰值Vexpp(h)）遞(di)減(jian)陡峭，當(dang)提(ti)(ti)離值大于1.0mm后(hou)，內、外部(bu)缺陷(xian)信(xin)號峰-峰值均(jun)呈現(xian)出平(ping)緩的(de)(de)(de)變化趨勢。

 2. 雙層梯度(du)檢測方法 

   根據(ju)和Vinpp(h）提離特性的(de)不(bu)同，提出一種雙層(ceng)梯(ti)度檢測方法(fa)，即(ji)沿著相同法(fa)線方向的(de)不(bu)同提離值處布置兩個測點，通過獲取測點處缺陷(xian)漏磁場法(fa)向分(fen)量信號峰(feng)-峰(feng)值Vpp(z)在(zai)提離方向上的(de)衰減(jian)率(lv)作為評判(pan)指標，也即(ji)

   其中(zhong)，衰(shuai)減率(lv)(lv)R實際上是(shi)利用兩測點的(de)(de)(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)差ΔVpp(h)與兩測點的(de)(de)(de)提(ti)離值(zhi)(zhi)差Δh之比來實現(xian)的(de)(de)(de)。當Δh足夠小時，可(ke)(ke)以視為(wei)函數(shu)Vpp(h)在h方向上的(de)(de)(de)梯度，由于(yu)檢測元(yuan)件具有(you)一(yi)定厚度，兩個測點間的(de)(de)(de)間隔不可(ke)(ke)能無(wu)限小，實際應用中(zhong)，只有(you)當內(nei)、外(wai)(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)Vpp(h)）的(de)(de)(de)衰(shuai)減率(lv)(lv)R1a之間存在明顯差異(yi)時，才有(you)可(ke)(ke)能有(you)效(xiao)應用于(yu)內(nei)、外(wai)(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)的(de)(de)(de)區分(fen)。為(wei)便于(yu)論述(shu)，對應于(yu)內(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)和(he)外(wai)(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)檢測信號(hao)，衰(shuai)減率(lv)(lv)分(fen)別記為(wei)和(he)ERdoPlyI

   從圖4-29和(he)圖4-30中可以看出，在不同提離值(zhi)下，Vexpp(和(he)Vimpp(h)）的(de)(de)變化(hua)趨勢僅(jin)在一定區域(yu)(yu)具有明顯差異。在此區域(yu)(yu)，外部(bu)缺陷檢測(ce)(ce)信號峰(feng)-峰(feng)值(zhi)Vexpp(h)隨提離值(zhi)的(de)(de)增加劇烈減(jian)小(xiao)，而內部(bu)缺陷檢測(ce)(ce)信號峰(feng)-峰(feng)值(zhi)Vinpp(h)）的(de)(de)變化(hua)程度相對緩(huan)慢。

  當h分(fen)別(bie)取0.3mm、0.5mm、0.7mm時(shi)，將Vexpp(h)和Vimpp(h)進行對比分(fen)析，發現(xian)提離值為0.3mm與0.7mm時(shi)，內、外部缺陷(xian)峰-峰值衰減率(lv)有明顯差異(yi)，見表4-11。

   采用不同厚度的(de)鋼板進一步(bu)試(shi)驗，缺陷參數和峰-峰值衰(shuai)減(jian)率見表(biao)4-12～表(biao)4-15。

   通(tong)過大(da)(da)量(liang)對比試驗可以發現，提離值分別取0.3mm與0.7mm時，內(nei)、外部(bu)缺(que)(que)陷衰(shuai)減(jian)率(lv)差(cha)異較為(wei)穩定，無論(lun)缺(que)(que)陷形態特征(zheng)如何，內(nei)、外部(bu)缺(que)(que)陷的(de)衰(shuai)減(jian)率(lv)均有(you)較大(da)(da)差(cha)異。從上述列表中的(de)數值可以看出，衰(shuai)減(jian)率(lv)的(de)量(liang)值并不隨(sui)缺(que)(que)陷的(de)其他特征(zheng)（如裂(lie)紋的(de)走(zou)向、形狀等）的(de)改變而發生大(da)(da)的(de)變化(hua)。此外，隨(sui)著被檢(jian)測鋼(gang)板厚度的(de)加大(da)(da)，內(nei)、外部(bu)缺(que)(que)陷的(de)衰(shuai)減(jian)率(lv)差(cha)別更(geng)大(da)(da)。

二(er)、內、外部(bu)缺陷(xian)位置(zhi)區分特征量

  對于相同尺寸(cun)的(de)(de)內、外部缺陷，在不(bu)同提離位置(zhi)上的(de)(de)兩個測點處得到(dao)的(de)(de)峰(feng)-峰(feng)值差值，外部缺陷信(xin)號(hao)明顯(xian)大于內部缺陷信(xin)號(hao)。為此，提出歸一化的(de)(de)峰(feng)-峰(feng)值差值，同時得到(dao)歸一化衰減率Rid，即

  其中(zhong)，Vpp(z)對(dui)應外(wai)部缺(que)陷時(shi)為，對(dui)應內(nei)部缺(que)陷時(shi)為Vinpp(z)。為便于表達，將外(wai)部缺(que)陷和內(nei)部缺(que)陷歸一化衰減率分(fen)別(bie)(bie)記為ERid和IRido實際檢測時(shi)，用Rid來辨別(bie)(bie)缺(que)陷信號對(dui)應的(de)是(shi)外(wai)部缺(que)陷還是(shi)內(nei)部缺(que)陷。

  進一(yi)步(bu)，試驗驗證(zheng)將歸一(yi)化衰減率(lv)作(zuo)為(wei)(wei)(wei)不銹鋼(gang)管(guan)內(nei)、外(wai)(wai)部(bu)缺(que)(que)陷區分標準的(de)(de)可行(xing)(xing)性(xing)，設計雙層(ceng)霍爾元件(jian)陣列封(feng)裝檢測探頭，結構及(ji)實物(wu)如圖4-31所示(shi)。采(cai)用厚(hou)度(du)為(wei)(wei)(wei)0.3mm的(de)(de)聚甲醛(quan)片(pian)作(zuo)為(wei)(wei)(wei)耐(nai)磨片(pian)，微型霍爾元件(jian)厚(hou)度(du)為(wei)(wei)(wei)0.4mm，最(zui)終形成雙層(ceng)霍爾元件(jian)相對于(yu)不銹鋼(gang)管(guan)表面提離距離分別為(wei)(wei)(wei)0.3mm和0.7mm。選用厚(hou)度(du)為(wei)(wei)(wei)9.35mm、外(wai)(wai)徑為(wei)(wei)(wei)88.9mm的(de)(de)鋼(gang)管(guan)作(zuo)為(wei)(wei)(wei)試件(jian)，采(cai)用電火(huo)花及(ji)機械加工方(fang)法在不銹鋼(gang)管(guan)上(shang)加工內(nei)、外(wai)(wai)部(bu)缺(que)(que)陷，見(jian)表4-16，采(cai)用直流磁化線(xian)圈對鋼(gang)管(guan)進行(xing)(xing)軸向磁化，檢測速度(du)保持(chi)穩定。

  通(tong)(tong)過試驗數(shu)(shu)據計算歸一(yi)化衰減率，見表4-16，并(bing)繪制成如圖(tu)4-32所示的(de)分(fen)布圖(tu)。從圖(tu)中可(ke)以發現，不銹鋼管中內、外部缺(que)陷具有較明顯(xian)的(de)量值差(cha)異。該方(fang)法(fa)區分(fen)正確率高，然(ran)而探頭(tou)系統較為(wei)復雜，需要(yao)更多的(de)通(tong)(tong)道數(shu)(shu)來實(shi)現冗余檢測(ce)，因此一(yi)般用于高品質不銹鋼管的(de)檢測(ce)。

  內、外部缺陷區分是不銹鋼(gang)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(zhong)內、外部(bu)缺(que)陷區分(fen)方法都各有(you)(you)優缺(que)點，沒有(you)(you)一種(zhong)方法可(ke)100％正(zheng)確區分(fen)。在選(xuan)擇缺(que)陷區分(fen)方法時，要根據檢測要求、工件(jian)特性、缺(que)陷類型、使(shi)用工況以及(ji)設備(bei)成本來(lai)選(xuan)擇合適有(you)(you)效的內、外部(bu)缺(que)陷區分(fen)方法。