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(xiu)鋼管(guan)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、基于檢測信號中心(xin)頻率的區分方(fang)法
內部(bu)缺(que)陷在檢(jian)(jian)測(ce)(ce)空間(jian)產(chan)生的(de)(de)漏(lou)磁場(chang)強度(du)相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)較(jiao)(jiao)弱(ruo)，但空間(jian)分(fen)布范圍相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)較(jiao)(jiao)大(da)。因此，內部(bu)缺(que)陷檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信號的(de)(de)突變時間(jian)持續較(jiao)(jiao)長(chang)；在頻(pin)(pin)域(yu)上，檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信號的(de)(de)中心頻(pin)(pin)率(lv)相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)較(jiao)(jiao)低。相(xiang)(xiang)(xiang)反，外(wai)部(bu)缺(que)陷檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信號的(de)(de)中心頻(pin)(pin)率(lv)較(jiao)(jiao)高，突變相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)陡(dou)峭(qiao)。根據(ju)上述特點，采(cai)用合理(li)的(de)(de)帶通濾波器(qi)、高通濾波器(qi)以及觸發門限電路，針(zhen)對(dui)(dui)內、外(wai)部(bu)缺(que)陷檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信號的(de)(de)頻(pin)(pin)域(yu)特征，設置相(xiang)(xiang)(xiang)應的(de)(de)截止頻(pin)(pin)率(lv)，將濾波后的(de)(de)輸出信號幅度(du)進行對(dui)(dui)比(bi)，可達到區(qu)分(fen)內、外(wai)部(bu)缺(que)陷的(de)(de)目的(de)(de)。
如圖4-6所示(shi)，將(jiang)檢(jian)測信號(hao)(hao)分別利用高通(tong)(tong)濾波(bo)器與(yu)(yu)帶通(tong)(tong)濾波(bo)器進行(xing)濾波(bo)處理。其中，設(she)置帶通(tong)(tong)濾波(bo)器的(de)(de)(de)上、下限頻(pin)率(lv)時需包含內(nei)、外部(bu)缺(que)陷檢(jian)測信號(hao)(hao)頻(pin)段，也(ye)即，內(nei)、外部(bu)缺(que)陷檢(jian)測信號(hao)(hao)在(zai)通(tong)(tong)過帶通(tong)(tong)濾波(bo)器后均(jun)不(bu)會引起波(bo)形(xing)特征上的(de)(de)(de)變化，僅(jin)僅(jin)濾除高頻(pin)與(yu)(yu)低(di)頻(pin)噪聲信號(hao)(hao)，并將(jiang)該輸出(chu)量視為A通(tong)(tong)路(lu)，輸出(chu)信號(hao)(hao)記為XA(t)）。另外設(she)立通(tong)(tong)路(lu)B，即高通(tong)(tong)濾波(bo)支路(lu)，它能夠使得(de)頻(pin)率(lv)較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)內(nei)部(bu)缺(que)陷檢(jian)測信號(hao)(hao)在(zai)強(qiang)度(du)上明(ming)顯削弱(ruo)，而外部(bu)缺(que)陷檢(jian)測信號(hao)(hao)強(qiang)度(du)基本不(bu)變，輸出(chu)信號(hao)(hao)記為XB(t)。進一步，將(jiang)兩種濾波(bo)系統的(de)(de)(de)輸出(chu)量XA(t)與(yu)(yu)XB(t)進行(xing)對比，從而可(ke)獲得(de)內(nei)、外部(bu)缺(que)陷檢(jian)測信號(hao)(hao)的(de)(de)(de)判據。
從圖(tu)4-6中(zhong)可以(yi)看出，采用(yong)中(zhong)心頻率比較法識別(bie)缺陷的(de)(de)位(wei)置(zhi)時具有很(hen)好的(de)(de)邏輯(ji)性。但必(bi)須(xu)注(zhu)意的(de)(de)是，由于檢(jian)測信號頻率與檢(jian)測速(su)(su)度有關，因此(ci)檢(jian)測過程中(zhong)速(su)(su)度必(bi)須(xu)保持(chi)恒定。如果檢(jian)測速(su)(su)度發生變化，則(ze)需(xu)重新調整濾(lv)(lv)波器的(de)(de)各濾(lv)(lv)波截止頻率。
二、缺陷形態特征對中心頻(pin)率法的影響
除缺(que)陷位置外(wai)，缺(que)陷的(de)(de)其(qi)他形(xing)態(tai)特征也(ye)會影(ying)響(xiang)缺(que)陷的(de)(de)中心(xin)頻率，因此，采(cai)用該(gai)區分方(fang)法時需要綜合考(kao)慮各種因素的(de)(de)影(ying)響(xiang)。下面扼(e)要介紹缺(que)陷形(xing)狀(zhuang)、走向和深度(du)對基于(yu)中心(xin)頻率區分方(fang)法的(de)(de)影(ying)響(xiang)。
模擬濾波(bo)(bo)與數(shu)字濾波(bo)(bo)都(dou)是(shi)改變信號中所包含頻(pin)率成(cheng)分的(de)(de)相對比例(li)，或是(shi)濾除某種(zhong)頻(pin)率成(cheng)分的(de)(de)系統。數(shu)字濾波(bo)(bo)具(ju)有精度高(gao)、穩定、靈活(huo)、不要(yao)求(qiu)阻抗匹配等優勢。這里，選用(yong)巴特(te)沃斯濾波(bo)(bo)器(qi)，即幅頻(pin)特(te)性曲線在(zai)通(tong)帶(dai)與阻帶(dai)內均(jun)為(wei)單調遞減函數(shu)。綜合考慮通(tong)帶(dai)與阻帶(dai)的(de)(de)變化(hua)速度及(ji)內、外部缺陷信號的(de)(de)頻(pin)帶(dai)范圍，設定濾波(bo)(bo)器(qi)為(wei)四(si)階。下面(mian)分別從幾(ji)種(zhong)典型缺陷形態特(te)征出發，對各種(zhong)人工缺陷進(jin)行(xing)試(shi)驗區分，觀察檢測(ce)信號在(zai)經(jing)過數(shu)字濾波(bo)(bo)器(qi)之后(hou)幅值的(de)(de)變化(hua)。
1. 缺(que)陷形狀對檢測信號頻(pin)率成分的影響
不銹鋼(gang)管漏磁檢測標(biao)準中(zhong)(zhong)，人工缺(que)(que)陷(xian)通(tong)常(chang)選用通(tong)孔或刻(ke)槽(cao)，對不通(tong)孔未加說明(ming)。在鋼(gang)管的實際使用過程(cheng)中(zhong)(zhong)，受到高壓沖刷、腐蝕等眾(zhong)多因(yin)素的影響(xiang)，鋼(gang)管上形成(cheng)的腐蝕坑十分普遍(bian)。因(yin)此(ci)，在分析(xi)缺(que)(que)陷(xian)形狀對檢測信(xin)號中(zhong)(zhong)心(xin)頻(pin)率成(cheng)分的影響(xiang)時(shi)，采用不通(tong)孔、裂(lie)紋和通(tong)孔作為(wei)檢測對象，研究各類缺(que)(que)陷(xian)信(xin)號在經過濾(lv)波系統(tong)后輸出量之間(jian)的差異。
建(jian)立不銹鋼管(guan)(guan)漏磁自動化檢測系統，鋼管(guan)(guan)螺旋前進，螺距為(wei)(wei)105mm，鋼管(guan)(guan)直(zhi)徑(jing)為(wei)(wei)139.7mm，壁(bi)(bi)厚為(wei)(wei)8.5mm，采用電火花(hua)加工方法在內、外管(guan)(guan)壁(bi)(bi)加工周向(xiang)和軸(zhou)向(xiang)刻槽，寬度均為(wei)(wei)0.8mm；采用機械加工的(de)(de)方法，在鋼管(guan)(guan)外壁(bi)(bi)面上加工直(zhi)徑(jing)為(wei)(wei)3.2mm、深(shen)度為(wei)(wei)2.0mm的(de)(de)外部不通(tong)孔(kong)和直(zhi)徑(jing)為(wei)(wei)1.6mm的(de)(de)通(tong)孔(kong)。檢測過程(cheng)中，保證(zheng)鋼管(guan)(guan)的(de)(de)行(xing)進與旋轉速度恒定不變(bian)(bian)，以消(xiao)除傳感器掃查速度變(bian)(bian)化對(dui)檢測信(xin)號(hao)的(de)(de)影響，獲得的(de)(de)檢測原(yuan)始信(xin)號(hao)波形(xing)如(ru)圖4-7所示。
經過不同截(jie)止頻率的高通濾波器(qi)之后，檢測缺陷信號輸(shu)出如圖(tu)(tu)4-8和(he)圖(tu)(tu)4-9所示(shi)。
可(ke)以看出(chu)，經過截(jie)止(zhi)頻率(lv)為(wei)540Hz的(de)(de)(de)高通(tong)濾(lv)(lv)波器之(zhi)后，N10的(de)(de)(de)內傷可(ke)以很好(hao)地(di)被(bei)(bei)(bei)削(xue)弱(ruo)，直(zhi)至從信(xin)號(hao)輸出(chu)中(zhong)完全消失。然而，同(tong)(tong)在(zai)鋼(gang)管外表(biao)壁但形狀不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)直(zhi)徑(jing)為(wei)3.2mm的(de)(de)(de)外不(bu)通(tong)孔的(de)(de)(de)檢(jian)測信(xin)號(hao)變化規律(lv)與N5外表(biao)面刻(ke)槽不(bu)同(tong)(tong)：外不(bu)通(tong)孔檢(jian)測信(xin)號(hao)同(tong)(tong)樣受到了高通(tong)濾(lv)(lv)波的(de)(de)(de)影響而被(bei)(bei)(bei)嚴重削(xue)弱(ruo)，當內部(bu)缺陷(xian)信(xin)號(hao)被(bei)(bei)(bei)濾(lv)(lv)波消除(chu)后，外不(bu)通(tong)孔的(de)(de)(de)檢(jian)測信(xin)號(hao)也被(bei)(bei)(bei)濾(lv)(lv)除(chu)。這說明(ming)如果(guo)對外腐(fu)蝕(shi)坑采用基(ji)于中(zhong)心頻率(lv)的(de)(de)(de)區分方(fang)法，檢(jian)測結果(guo)可(ke)能會出(chu)現誤判的(de)(de)(de)情況(kuang)。
2. 缺陷走向對檢測(ce)信號頻率成分的影(ying)響
不(bu)銹鋼管(guan)在(zai)生產或(huo)使用(yong)(yong)過程中(zhong)如果受到扭轉載荷與軸(zhou)向(xiang)(xiang)力的(de)(de)(de)同時(shi)作用(yong)(yong)，容易在(zai)管(guan)壁內、外表面形成(cheng)與管(guan)材(cai)軸(zhou)線方向(xiang)(xiang)既不(bu)垂直(zhi)也不(bu)平行的(de)(de)(de)裂(lie)(lie)紋(wen)，使得漏磁(ci)(ci)檢測過程中(zhong)無論是(shi)被周(zhou)向(xiang)(xiang)磁(ci)(ci)化或(huo)是(shi)軸(zhou)向(xiang)(xiang)磁(ci)(ci)化，都無法滿(man)足管(guan)材(cai)中(zhong)磁(ci)(ci)力線與缺(que)陷(xian)走向(xiang)(xiang)相(xiang)垂直(zhi)的(de)(de)(de)要求。而且，就(jiu)目前(qian)不(bu)銹鋼管(guan)漏磁(ci)(ci)檢測系(xi)統中(zhong)使用(yong)(yong)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)化裝置來看，裂(lie)(lie)紋(wen)的(de)(de)(de)走向(xiang)(xiang)在(zai)絕大多數情況(kuang)下與磁(ci)(ci)力線方向(xiang)(xiang)成(cheng)斜向(xiang)(xiang)夾角，即兩者之間(jian)并非處于相(xiang)互(hu)垂直(zhi)的(de)(de)(de)狀態(tai)。
裂紋的走向(xiang)對漏(lou)磁場強度與(yu)分(fen)布影(ying)響較大，這一點(dian)可以通過檢測(ce)信號的波(bo)形特征反(fan)映出來，進一步也必然會(hui)引起檢測(ce)信號中心頻(pin)率(lv)的變化，從而會(hui)影(ying)響基于中心頻(pin)率(lv)方(fang)法(fa)的內、外部裂紋區分(fen)準(zhun)確率(lv)。
采用電火花加(jia)(jia)工(gong)方式，在(zai)鋼管上(shang)加(jia)(jia)工(gong)N5（缺(que)陷深度(du)占壁厚的5％）內、外(wai)部軸向(xiang)(xiang)(xiang)刻(ke)槽(cao)(cao)（也即縱向(xiang)(xiang)(xiang)刻(ke)槽(cao)(cao)）、45°外(wai)部斜向(xiang)(xiang)(xiang)刻(ke)槽(cao)(cao)以及(ji)不通孔(kong)等。圖4-10和(he)圖4-11所示(shi)為原(yuan)始檢(jian)(jian)測信號(hao)(hao)通過不同截止(zhi)頻率(lv)濾波器后的信號(hao)(hao)輸出。不難發現(xian)：雖(sui)然處于鋼管外(wai)部，45°外(wai)部斜向(xiang)(xiang)(xiang)刻(ke)槽(cao)(cao)與內部缺(que)陷一(yi)樣(yang)，檢(jian)(jian)測信號(hao)(hao)發生了嚴(yan)重的削弱，從而無法得到(dao)與軸向(xiang)(xiang)(xiang)、周向(xiang)(xiang)(xiang)標(biao)準刻(ke)槽(cao)(cao)區分一(yi)致的評判(pan)結果。
究其原因，斜向(xiang)外部裂紋(wen)的走向(xiang)與磁化場之間的夾角呈非垂直狀態，形成的漏(lou)磁場強度相(xiang)對(dui)較(jiao)弱，在(zai)檢(jian)測(ce)空間上也趨(qu)于分散，從而導致斜向(xiang)裂紋(wen)檢(jian)測(ce)信號在(zai)頻(pin)域內可能會被誤判為內部缺陷(xian)。
3. 缺(que)陷深度對檢測信(xin)號頻率成分(fen)的(de)影(ying)響
缺(que)陷的(de)深度直(zhi)接決定了管(guan)材(cai)的(de)使用(yong)性能。在管(guan)材(cai)的(de)實際使用(yong)過(guo)程中，根據工作環境的(de)不(bu)(bu)同，位于鋼管(guan)不(bu)(bu)同表面(mian)（內表面(mian)或(huo)外表面(mian)）的(de)具有相同深度的(de)缺(que)陷對管(guan)材(cai)性能的(de)影響(xiang)會不(bu)(bu)一樣(yang)。這里討論缺(que)陷深度對檢測信(xin)號(hao)頻率成(cheng)分的(de)影響(xiang)。
仍然選用不(bu)銹鋼(gang)管作為試(shi)件(jian)，在距(ju)管端250mm的圓周(zhou)(zhou)(zhou)方(fang)向(xiang)上加工N20（缺陷深度(du)占壁厚(hou)(hou)的20％）周(zhou)(zhou)(zhou)向(xiang)內部刻(ke)槽(cao)和N10（缺陷深度(du)占壁厚(hou)(hou)的10％）周(zhou)(zhou)(zhou)向(xiang)外部刻(ke)槽(cao)。經過(guo)試(shi)驗(yan)發現(xian)，通過(guo)不(bu)同(tong)截止(zhi)頻(pin)率(lv)的高通濾波系統處理后，深度(du)較大的內部刻(ke)槽(cao)檢測信(xin)號(hao)始終難(nan)以被有效濾除，如圖(tu)4-12所示。
三、基于檢測(ce)信號中(zhong)心頻率區分方法(fa)的適應性
通過上述試驗分(fen)析可(ke)以看出，檢測信(xin)號中心(xin)頻(pin)率(lv)的(de)影響因素較多，如圖4-13所示，其對缺(que)陷(xian)的(de)形狀、走向和深(shen)度(du)等(deng)具有(you)代(dai)表(biao)性的(de)形態特征均十分(fen)敏感。這充分(fen)說明了信(xin)號的(de)頻(pin)率(lv)成(cheng)(cheng)分(fen)在描述缺(que)陷(xian)位置(zhi)時并不(bu)具有(you)完(wan)備(bei)的(de)表(biao)達能力。究其原(yuan)因，利用中心(xin)頻(pin)率(lv)區分(fen)內(nei)、外部缺(que)陷(xian)，是(shi)以低維(wei)度(du)信(xin)息(xi)量(liang)去評(ping)判具有(you)高維(wei)度(du)信(xin)息(xi)的(de)檢測對象，因而(er)，也就不(bu)可(ke)避免(mian)地(di)碰到(dao)信(xin)息(xi)維(wei)度(du)過少而(er)造成(cheng)(cheng)評(ping)判時模棱(leng)兩(liang)可(ke)的(de)尷尬局面。
中心頻率(lv)比較(jiao)法(fa)，可以(yi)對某些特定類(lei)型缺(que)(que)陷進行位(wei)置特征判(pan)別。但由(you)于判(pan)定指標的成(cheng)因并不具有唯(wei)一性，因此，該方(fang)法(fa)并不能保(bao)證對所有類(lei)型缺(que)(que)陷實現正確(que)區分。
