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、基于(yu)檢測信號中心頻率的(de)區分方法(fa)
內部(bu)缺陷(xian)(xian)在(zai)檢(jian)測空間(jian)產生(sheng)的(de)(de)(de)漏磁場(chang)強度相(xiang)對(dui)(dui)較(jiao)弱(ruo)，但空間(jian)分布范圍(wei)相(xiang)對(dui)(dui)較(jiao)大。因(yin)此，內部(bu)缺陷(xian)(xian)檢(jian)測信號(hao)(hao)的(de)(de)(de)突(tu)變(bian)時間(jian)持續較(jiao)長；在(zai)頻(pin)(pin)(pin)域上，檢(jian)測信號(hao)(hao)的(de)(de)(de)中心(xin)頻(pin)(pin)(pin)率相(xiang)對(dui)(dui)較(jiao)低。相(xiang)反(fan)，外部(bu)缺陷(xian)(xian)檢(jian)測信號(hao)(hao)的(de)(de)(de)中心(xin)頻(pin)(pin)(pin)率較(jiao)高，突(tu)變(bian)相(xiang)對(dui)(dui)陡峭(qiao)。根(gen)據上述特(te)點，采用合理的(de)(de)(de)帶通(tong)濾(lv)(lv)波器、高通(tong)濾(lv)(lv)波器以(yi)及觸發(fa)門限電(dian)路，針對(dui)(dui)內、外部(bu)缺陷(xian)(xian)檢(jian)測信號(hao)(hao)的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)域特(te)征，設(she)置相(xiang)應的(de)(de)(de)截(jie)止頻(pin)(pin)(pin)率，將濾(lv)(lv)波后(hou)的(de)(de)(de)輸出信號(hao)(hao)幅度進行對(dui)(dui)比，可(ke)達到(dao)區分內、外部(bu)缺陷(xian)(xian)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。
如(ru)圖4-6所(suo)示，將(jiang)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)分別(bie)利(li)用高(gao)通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)(bo)器(qi)(qi)與帶通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)(bo)器(qi)(qi)進行(xing)濾(lv)波(bo)(bo)處(chu)理。其中，設置帶通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)(bo)器(qi)(qi)的上(shang)、下限頻(pin)率時需包含內、外部缺(que)陷檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)頻(pin)段，也即(ji)，內、外部缺(que)陷檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)在通(tong)(tong)過帶通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)(bo)器(qi)(qi)后(hou)均不會(hui)引起波(bo)(bo)形特征上(shang)的變化，僅(jin)(jin)僅(jin)(jin)濾(lv)除高(gao)頻(pin)與低(di)頻(pin)噪聲信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)，并將(jiang)該(gai)輸(shu)(shu)出(chu)量視為A通(tong)(tong)路(lu)，輸(shu)(shu)出(chu)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)記(ji)為XA(t)）。另外設立通(tong)(tong)路(lu)B，即(ji)高(gao)通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)(bo)支路(lu)，它能(neng)夠(gou)使得頻(pin)率較(jiao)低(di)的內部缺(que)陷檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)在強度上(shang)明顯削弱，而外部缺(que)陷檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)強度基本不變，輸(shu)(shu)出(chu)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)記(ji)為XB(t)。進一(yi)步，將(jiang)兩(liang)種濾(lv)波(bo)(bo)系統的輸(shu)(shu)出(chu)量XA(t)與XB(t)進行(xing)對比，從(cong)而可獲得內、外部缺(que)陷檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)的判據。
從(cong)圖4-6中(zhong)可(ke)以看出，采(cai)用中(zhong)心(xin)頻率比較法識別缺陷(xian)的(de)位置時(shi)具有(you)(you)很好的(de)邏輯(ji)性。但必須注意的(de)是，由于檢(jian)測信號頻率與檢(jian)測速度(du)有(you)(you)關，因此檢(jian)測過程中(zhong)速度(du)必須保持恒(heng)定(ding)。如(ru)果檢(jian)測速度(du)發生(sheng)變(bian)化，則(ze)需重(zhong)新調整濾(lv)(lv)波器的(de)各(ge)濾(lv)(lv)波截止頻率。
二、缺陷形態特(te)征對中心頻率法的影響
除缺陷位置外，缺陷的其他形態(tai)特(te)征也(ye)會(hui)影(ying)響(xiang)(xiang)缺陷的中心頻(pin)率(lv)，因此，采用該區分方法時(shi)需要綜合考慮各種因素的影(ying)響(xiang)(xiang)。下面扼要介紹缺陷形狀、走向和深度(du)對基于(yu)中心頻(pin)率(lv)區分方法的影(ying)響(xiang)(xiang)。
模(mo)擬濾(lv)(lv)波與數(shu)字(zi)濾(lv)(lv)波都是改(gai)變(bian)信(xin)號(hao)中所(suo)包含頻率成分(fen)的(de)(de)相對比例，或(huo)是濾(lv)(lv)除某種頻率成分(fen)的(de)(de)系統。數(shu)字(zi)濾(lv)(lv)波具有精(jing)度高、穩定、靈活(huo)、不(bu)要求阻(zu)抗匹配等(deng)優勢。這里(li)，選用巴(ba)特(te)沃斯(si)濾(lv)(lv)波器(qi)，即幅頻特(te)性曲線(xian)在通帶與阻(zu)帶內(nei)均為單調遞減函數(shu)。綜合考慮通帶與阻(zu)帶的(de)(de)變(bian)化速度及內(nei)、外部缺(que)陷(xian)信(xin)號(hao)的(de)(de)頻帶范圍，設定濾(lv)(lv)波器(qi)為四階。下面分(fen)別從幾種典型(xing)缺(que)陷(xian)形態特(te)征出發(fa)，對各(ge)種人工缺(que)陷(xian)進(jin)行(xing)試驗區分(fen)，觀察檢測信(xin)號(hao)在經過數(shu)字(zi)濾(lv)(lv)波器(qi)之后幅值(zhi)的(de)(de)變(bian)化。
1. 缺(que)陷(xian)形(xing)狀對檢測信號(hao)頻率成分的(de)影響
不銹鋼(gang)管漏磁檢測(ce)標(biao)準(zhun)中，人工缺陷通常(chang)選用通孔(kong)或刻槽，對不通孔(kong)未加說(shuo)明(ming)。在(zai)(zai)鋼(gang)管的(de)(de)實際(ji)使(shi)用過程中，受到高壓沖刷、腐蝕等眾多(duo)因(yin)素(su)的(de)(de)影(ying)響(xiang)，鋼(gang)管上形(xing)成的(de)(de)腐蝕坑十(shi)分(fen)普遍(bian)。因(yin)此，在(zai)(zai)分(fen)析缺陷形(xing)狀對檢測(ce)信號中心(xin)頻率成分(fen)的(de)(de)影(ying)響(xiang)時，采用不通孔(kong)、裂紋和通孔(kong)作為檢測(ce)對象，研究各(ge)類缺陷信號在(zai)(zai)經過濾波系統(tong)后輸出量之間的(de)(de)差異(yi)。
建(jian)立不銹鋼(gang)管漏磁自動化檢(jian)測系統(tong)，鋼(gang)管螺旋前進，螺距為(wei)105mm，鋼(gang)管直(zhi)(zhi)徑為(wei)139.7mm，壁(bi)(bi)(bi)厚為(wei)8.5mm，采用(yong)電火花加工(gong)(gong)方法(fa)在內、外(wai)管壁(bi)(bi)(bi)加工(gong)(gong)周向和(he)軸向刻(ke)槽，寬度均為(wei)0.8mm；采用(yong)機械(xie)加工(gong)(gong)的方法(fa)，在鋼(gang)管外(wai)壁(bi)(bi)(bi)面上加工(gong)(gong)直(zhi)(zhi)徑為(wei)3.2mm、深度為(wei)2.0mm的外(wai)部不通(tong)孔和(he)直(zhi)(zhi)徑為(wei)1.6mm的通(tong)孔。檢(jian)測過程(cheng)中(zhong)，保證鋼(gang)管的行進與旋轉(zhuan)速(su)度恒定(ding)不變，以(yi)消除傳感器掃查速(su)度變化對檢(jian)測信號(hao)的影響(xiang)，獲得(de)的檢(jian)測原始信號(hao)波(bo)形如圖4-7所示。
經過不同截止(zhi)頻率的高通濾波(bo)器之后，檢測缺(que)陷信(xin)號輸出(chu)如圖4-8和圖4-9所示。
可(ke)以(yi)看出(chu)，經過截止頻(pin)率(lv)為540Hz的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)通濾(lv)(lv)波(bo)器之(zhi)后(hou)，N10的(de)(de)(de)(de)(de)內傷可(ke)以(yi)很好地被(bei)(bei)削(xue)(xue)弱，直至從(cong)信(xin)(xin)號(hao)輸出(chu)中(zhong)完(wan)全消失。然而(er)，同在鋼管外(wai)表壁但(dan)形狀不同的(de)(de)(de)(de)(de)直徑為3.2mm的(de)(de)(de)(de)(de)外(wai)不通孔的(de)(de)(de)(de)(de)檢(jian)測信(xin)(xin)號(hao)變化規律與(yu)N5外(wai)表面(mian)刻槽不同：外(wai)不通孔檢(jian)測信(xin)(xin)號(hao)同樣受到了高(gao)通濾(lv)(lv)波(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)影響而(er)被(bei)(bei)嚴(yan)重削(xue)(xue)弱，當內部缺(que)陷信(xin)(xin)號(hao)被(bei)(bei)濾(lv)(lv)波(bo)消除(chu)后(hou)，外(wai)不通孔的(de)(de)(de)(de)(de)檢(jian)測信(xin)(xin)號(hao)也被(bei)(bei)濾(lv)(lv)除(chu)。這說明(ming)如果對外(wai)腐蝕坑采用基于中(zhong)心頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)區分(fen)方法，檢(jian)測結果可(ke)能會出(chu)現誤判(pan)的(de)(de)(de)(de)(de)情況(kuang)。
2. 缺(que)陷走向對檢測信(xin)號頻率成分的影響
不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)在生產或(huo)使用過程中(zhong)如果受到扭轉載荷與(yu)軸(zhou)向(xiang)(xiang)力(li)的同時作(zuo)用，容易在管(guan)壁內、外表(biao)面形成與(yu)管(guan)材軸(zhou)線(xian)方向(xiang)(xiang)既不(bu)垂(chui)直也不(bu)平(ping)行的裂紋(wen)，使得漏(lou)磁(ci)(ci)檢測(ce)過程中(zhong)無論是(shi)被周向(xiang)(xiang)磁(ci)(ci)化或(huo)是(shi)軸(zhou)向(xiang)(xiang)磁(ci)(ci)化，都無法(fa)滿足管(guan)材中(zhong)磁(ci)(ci)力(li)線(xian)與(yu)缺陷走向(xiang)(xiang)相垂(chui)直的要求。而(er)且，就目前(qian)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)漏(lou)磁(ci)(ci)檢測(ce)系統中(zhong)使用的磁(ci)(ci)化裝置來看，裂紋(wen)的走向(xiang)(xiang)在絕大多(duo)數情況下(xia)與(yu)磁(ci)(ci)力(li)線(xian)方向(xiang)(xiang)成斜(xie)向(xiang)(xiang)夾角，即兩者(zhe)之間并非(fei)處(chu)于相互(hu)垂(chui)直的狀態。
裂(lie)紋(wen)的走向對漏磁場強度(du)與(yu)分布影響較(jiao)大，這一(yi)(yi)點可以通過檢(jian)測(ce)信(xin)號的波形特征反映出(chu)來，進一(yi)(yi)步(bu)也必然(ran)會引(yin)起檢(jian)測(ce)信(xin)號中(zhong)心頻率的變化，從而(er)會影響基于(yu)中(zhong)心頻率方法的內、外部裂(lie)紋(wen)區分準確率。
采用(yong)電火(huo)花加工(gong)方式，在鋼管(guan)上加工(gong)N5（缺(que)(que)陷深度占壁厚的(de)(de)5％）內、外部軸向(xiang)刻(ke)(ke)槽(cao)（也即縱向(xiang)刻(ke)(ke)槽(cao)）、45°外部斜(xie)向(xiang)刻(ke)(ke)槽(cao)以及不通(tong)孔等(deng)。圖4-10和圖4-11所示為原始檢(jian)測信號通(tong)過不同(tong)截止頻率濾波器后(hou)的(de)(de)信號輸出。不難發(fa)現：雖然處(chu)于鋼管(guan)外部，45°外部斜(xie)向(xiang)刻(ke)(ke)槽(cao)與內部缺(que)(que)陷一樣，檢(jian)測信號發(fa)生(sheng)了嚴(yan)重的(de)(de)削弱，從而(er)無法得到(dao)與軸向(xiang)、周(zhou)向(xiang)標準刻(ke)(ke)槽(cao)區分(fen)一致的(de)(de)評判結果。
究其原因(yin)，斜(xie)向外部(bu)裂(lie)紋(wen)的(de)走向與磁(ci)化(hua)場(chang)之(zhi)間的(de)夾角呈非垂直狀態，形成的(de)漏磁(ci)場(chang)強度相對(dui)較弱，在(zai)檢(jian)(jian)測空間上也(ye)趨于分散，從而(er)導致斜(xie)向裂(lie)紋(wen)檢(jian)(jian)測信(xin)號在(zai)頻域內(nei)可能會(hui)被誤判為內(nei)部(bu)缺陷(xian)。
3. 缺陷深度對檢測信號頻率成分(fen)的影響
缺(que)陷(xian)的(de)深(shen)(shen)度直接決定了管(guan)材(cai)的(de)使用性(xing)能(neng)。在管(guan)材(cai)的(de)實際(ji)使用過程中，根據工作環境的(de)不同，位于(yu)鋼(gang)管(guan)不同表面(mian)（內表面(mian)或外表面(mian)）的(de)具有相同深(shen)(shen)度的(de)缺(que)陷(xian)對(dui)(dui)管(guan)材(cai)性(xing)能(neng)的(de)影響(xiang)會不一樣。這里討論缺(que)陷(xian)深(shen)(shen)度對(dui)(dui)檢測信號頻率成分(fen)的(de)影響(xiang)。
仍然(ran)選用不銹鋼管作為試件，在距管端(duan)250mm的(de)圓(yuan)周方向(xiang)上(shang)加(jia)工(gong)N20（缺陷深度(du)占壁(bi)厚的(de)20％）周向(xiang)內(nei)部(bu)刻槽和N10（缺陷深度(du)占壁(bi)厚的(de)10％）周向(xiang)外部(bu)刻槽。經(jing)過(guo)(guo)試驗發現，通過(guo)(guo)不同截(jie)止頻率的(de)高通濾波系統處理后，深度(du)較(jiao)大的(de)內(nei)部(bu)刻槽檢測信號始終難以(yi)被有(you)效濾除(chu)，如圖4-12所示。
三、基(ji)于檢測信號中心(xin)頻率區分方法的適應性
通過上(shang)述試驗分析可以看出，檢測(ce)信號中(zhong)心頻(pin)率的(de)(de)影響因素(su)較多，如圖4-13所示，其對(dui)缺(que)陷的(de)(de)形狀、走(zou)向和深度(du)等具(ju)(ju)有代(dai)表性的(de)(de)形態特征均十分敏感。這充分說明了(le)信號的(de)(de)頻(pin)率成分在描述缺(que)陷位(wei)置時(shi)并不(bu)具(ju)(ju)有完備的(de)(de)表達(da)能力。究其原因，利用中(zhong)心頻(pin)率區(qu)分內、外部缺(que)陷，是(shi)以低維度(du)信息量去評(ping)判具(ju)(ju)有高維度(du)信息的(de)(de)檢測(ce)對(dui)象，因而，也(ye)就不(bu)可避免地(di)碰到信息維度(du)過少而造成評(ping)判時(shi)模棱兩(liang)可的(de)(de)尷尬局(ju)面。
中心頻率(lv)比較法，可以對某(mou)些特定類(lei)型缺陷(xian)進行(xing)位置(zhi)特征判別。但由(you)于判定指標的成因(yin)(yin)并(bing)不具有唯一性(xing)，因(yin)(yin)此，該方法并(bing)不能(neng)保(bao)證對所(suo)有類(lei)型缺陷(xian)實現正確(que)區(qu)分。
