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(ji)于檢測信號中心(xin)頻率的區分方法
內(nei)部缺(que)陷在檢(jian)測(ce)(ce)空(kong)間(jian)產生的(de)(de)漏磁場強度(du)相(xiang)對(dui)較(jiao)弱，但空(kong)間(jian)分(fen)(fen)布(bu)范圍(wei)相(xiang)對(dui)較(jiao)大。因此，內(nei)部缺(que)陷檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號(hao)的(de)(de)突(tu)變時間(jian)持續較(jiao)長；在頻(pin)域上，檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號(hao)的(de)(de)中心頻(pin)率相(xiang)對(dui)較(jiao)低。相(xiang)反(fan)，外(wai)部缺(que)陷檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號(hao)的(de)(de)中心頻(pin)率較(jiao)高，突(tu)變相(xiang)對(dui)陡峭。根據上述特點，采用合理的(de)(de)帶(dai)通濾(lv)波(bo)器、高通濾(lv)波(bo)器以及觸發門(men)限電路，針對(dui)內(nei)、外(wai)部缺(que)陷檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號(hao)的(de)(de)頻(pin)域特征(zheng)，設置(zhi)相(xiang)應的(de)(de)截止頻(pin)率，將(jiang)濾(lv)波(bo)后的(de)(de)輸出信(xin)號(hao)幅度(du)進行對(dui)比，可達到區分(fen)(fen)內(nei)、外(wai)部缺(que)陷的(de)(de)目的(de)(de)。
如(ru)圖(tu)4-6所示，將(jiang)檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號(hao)分別利用高通(tong)濾(lv)波(bo)(bo)器(qi)與帶(dai)通(tong)濾(lv)波(bo)(bo)器(qi)進(jin)行(xing)濾(lv)波(bo)(bo)處理。其中，設置帶(dai)通(tong)濾(lv)波(bo)(bo)器(qi)的(de)上、下(xia)限頻率時需包含內、外部(bu)缺陷(xian)檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號(hao)頻段，也即(ji)，內、外部(bu)缺陷(xian)檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號(hao)在(zai)通(tong)過帶(dai)通(tong)濾(lv)波(bo)(bo)器(qi)后(hou)均不(bu)(bu)會引起波(bo)(bo)形(xing)特征(zheng)上的(de)變化，僅(jin)僅(jin)濾(lv)除高頻與低頻噪聲信(xin)(xin)號(hao)，并將(jiang)該輸出(chu)量視為A通(tong)路(lu)，輸出(chu)信(xin)(xin)號(hao)記為XA(t)）。另外設立通(tong)路(lu)B，即(ji)高通(tong)濾(lv)波(bo)(bo)支路(lu)，它能夠使得頻率較低的(de)內部(bu)缺陷(xian)檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號(hao)在(zai)強度上明顯削(xue)弱，而(er)外部(bu)缺陷(xian)檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號(hao)強度基(ji)本不(bu)(bu)變，輸出(chu)信(xin)(xin)號(hao)記為XB(t)。進(jin)一步，將(jiang)兩種濾(lv)波(bo)(bo)系統的(de)輸出(chu)量XA(t)與XB(t)進(jin)行(xing)對(dui)比，從而(er)可(ke)獲得內、外部(bu)缺陷(xian)檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號(hao)的(de)判據。
從圖4-6中可以看出(chu)，采用中心頻率比較(jiao)法(fa)識別缺陷的(de)(de)位置時具有很(hen)好的(de)(de)邏輯(ji)性。但必須(xu)注(zhu)意的(de)(de)是，由于檢(jian)測信(xin)號頻率與(yu)檢(jian)測速(su)度有關，因此(ci)檢(jian)測過(guo)程中速(su)度必須(xu)保持恒定。如(ru)果檢(jian)測速(su)度發生變化，則(ze)需(xu)重新調整濾波器的(de)(de)各(ge)濾波截(jie)止頻率。
二、缺陷形態特征對中心頻率法的影響
除(chu)缺(que)陷(xian)位置外，缺(que)陷(xian)的(de)其他形態(tai)特征也(ye)會(hui)影響(xiang)缺(que)陷(xian)的(de)中心頻(pin)率(lv)，因此，采用該區(qu)分方(fang)法(fa)時(shi)需(xu)要(yao)綜合考慮各(ge)種因素的(de)影響(xiang)。下面扼(e)要(yao)介紹缺(que)陷(xian)形狀、走(zou)向和深度對(dui)基于中心頻(pin)率(lv)區(qu)分方(fang)法(fa)的(de)影響(xiang)。
模擬濾(lv)(lv)波(bo)與數(shu)字(zi)濾(lv)(lv)波(bo)都是改變信(xin)號中所(suo)包含頻(pin)(pin)率成分(fen)的相(xiang)對比例，或是濾(lv)(lv)除某(mou)種(zhong)頻(pin)(pin)率成分(fen)的系統。數(shu)字(zi)濾(lv)(lv)波(bo)具有精度高(gao)、穩定、靈活(huo)、不要求阻抗匹配等優(you)勢。這里，選用巴(ba)特(te)沃(wo)斯濾(lv)(lv)波(bo)器，即(ji)幅(fu)頻(pin)(pin)特(te)性曲(qu)線在(zai)(zai)通帶(dai)與阻帶(dai)內均(jun)為(wei)單調遞減函數(shu)。綜(zong)合考慮通帶(dai)與阻帶(dai)的變化速度及內、外(wai)部缺(que)(que)陷信(xin)號的頻(pin)(pin)帶(dai)范圍，設(she)定濾(lv)(lv)波(bo)器為(wei)四階。下面分(fen)別從幾種(zhong)典型缺(que)(que)陷形(xing)態特(te)征(zheng)出發，對各種(zhong)人工(gong)缺(que)(que)陷進行(xing)試驗區分(fen)，觀(guan)察檢測(ce)信(xin)號在(zai)(zai)經過數(shu)字(zi)濾(lv)(lv)波(bo)器之后(hou)幅(fu)值的變化。
1. 缺陷形狀對(dui)檢測信號頻(pin)率成分的影響
不(bu)銹鋼管漏磁(ci)檢(jian)測(ce)(ce)標(biao)準中，人工缺(que)陷(xian)(xian)通(tong)常選用通(tong)孔(kong)或刻槽(cao)，對不(bu)通(tong)孔(kong)未加說明。在鋼管的(de)實際使用過程中，受到(dao)高(gao)壓沖(chong)刷、腐蝕等眾多因素的(de)影響，鋼管上形成(cheng)的(de)腐蝕坑十(shi)分普遍。因此，在分析(xi)缺(que)陷(xian)(xian)形狀對檢(jian)測(ce)(ce)信號(hao)中心(xin)頻率成(cheng)分的(de)影響時，采用不(bu)通(tong)孔(kong)、裂紋(wen)和(he)通(tong)孔(kong)作為(wei)檢(jian)測(ce)(ce)對象(xiang)，研究各(ge)類缺(que)陷(xian)(xian)信號(hao)在經過濾波系統(tong)后(hou)輸(shu)出量(liang)之間(jian)的(de)差異。
建立不銹鋼(gang)(gang)(gang)管漏(lou)磁自(zi)動化(hua)檢(jian)測系(xi)統，鋼(gang)(gang)(gang)管螺旋前進(jin)，螺距為(wei)(wei)(wei)(wei)105mm，鋼(gang)(gang)(gang)管直(zhi)徑為(wei)(wei)(wei)(wei)139.7mm，壁厚(hou)為(wei)(wei)(wei)(wei)8.5mm，采(cai)用電火花加(jia)工方法在內(nei)、外(wai)管壁加(jia)工周(zhou)向(xiang)和軸向(xiang)刻(ke)槽，寬度(du)均為(wei)(wei)(wei)(wei)0.8mm；采(cai)用機械加(jia)工的(de)方法，在鋼(gang)(gang)(gang)管外(wai)壁面上加(jia)工直(zhi)徑為(wei)(wei)(wei)(wei)3.2mm、深度(du)為(wei)(wei)(wei)(wei)2.0mm的(de)外(wai)部不通孔(kong)和直(zhi)徑為(wei)(wei)(wei)(wei)1.6mm的(de)通孔(kong)。檢(jian)測過程(cheng)中，保證鋼(gang)(gang)(gang)管的(de)行(xing)進(jin)與旋轉速(su)度(du)恒(heng)定不變，以消除(chu)傳感器掃查速(su)度(du)變化(hua)對檢(jian)測信(xin)號(hao)的(de)影(ying)響，獲得的(de)檢(jian)測原始信(xin)號(hao)波形如圖4-7所(suo)示。
經過不同截止頻(pin)率的高通濾波器之(zhi)后，檢測缺陷信(xin)號輸出如圖4-8和圖4-9所示(shi)。
可(ke)以看出，經過截止頻率為540Hz的(de)(de)(de)高通(tong)(tong)濾(lv)(lv)波器(qi)之(zhi)后，N10的(de)(de)(de)內(nei)(nei)傷可(ke)以很(hen)好地被(bei)(bei)削(xue)弱，直至從信(xin)號輸(shu)出中(zhong)完全消失。然(ran)而(er)，同在鋼管外表(biao)壁但形狀不同的(de)(de)(de)直徑為3.2mm的(de)(de)(de)外不通(tong)(tong)孔(kong)的(de)(de)(de)檢測(ce)信(xin)號變化規律與N5外表(biao)面刻槽不同：外不通(tong)(tong)孔(kong)檢測(ce)信(xin)號同樣(yang)受到(dao)了高通(tong)(tong)濾(lv)(lv)波的(de)(de)(de)影響而(er)被(bei)(bei)嚴重削(xue)弱，當(dang)內(nei)(nei)部缺(que)陷信(xin)號被(bei)(bei)濾(lv)(lv)波消除后，外不通(tong)(tong)孔(kong)的(de)(de)(de)檢測(ce)信(xin)號也被(bei)(bei)濾(lv)(lv)除。這(zhe)說明如(ru)果對外腐蝕坑(keng)采(cai)用基于中(zhong)心頻率的(de)(de)(de)區分(fen)方法，檢測(ce)結(jie)果可(ke)能會(hui)出現誤判的(de)(de)(de)情(qing)況。
2. 缺陷走向對檢測信號頻率成分的影響(xiang)
不銹鋼管(guan)(guan)在生產或使用(yong)過程(cheng)中如果受到(dao)扭轉載荷與軸(zhou)向(xiang)力的(de)同時作用(yong)，容易在管(guan)(guan)壁內、外表(biao)面形成(cheng)與管(guan)(guan)材軸(zhou)線(xian)(xian)方向(xiang)既不垂直也不平行的(de)裂(lie)(lie)紋，使得漏磁(ci)(ci)(ci)檢測過程(cheng)中無論是被(bei)周向(xiang)磁(ci)(ci)(ci)化或是軸(zhou)向(xiang)磁(ci)(ci)(ci)化，都無法滿(man)足管(guan)(guan)材中磁(ci)(ci)(ci)力線(xian)(xian)與缺(que)陷走(zou)向(xiang)相(xiang)(xiang)垂直的(de)要(yao)求。而(er)且(qie)，就目前(qian)不銹鋼管(guan)(guan)漏磁(ci)(ci)(ci)檢測系統中使用(yong)的(de)磁(ci)(ci)(ci)化裝置來看，裂(lie)(lie)紋的(de)走(zou)向(xiang)在絕大多數情況下與磁(ci)(ci)(ci)力線(xian)(xian)方向(xiang)成(cheng)斜向(xiang)夾角，即兩者之間并非處于相(xiang)(xiang)互(hu)垂直的(de)狀態。
裂紋的走向對漏磁(ci)場強度與分布影響較大，這一點可以通過檢(jian)(jian)測(ce)信號的波形(xing)特(te)征反映出來，進一步也必然會引起檢(jian)(jian)測(ce)信號中心頻(pin)(pin)率(lv)的變化，從而會影響基(ji)于中心頻(pin)(pin)率(lv)方(fang)法的內、外部(bu)裂紋區分準確率(lv)。
采用電火花加工(gong)方(fang)式(shi)，在鋼(gang)管上加工(gong)N5（缺(que)陷深(shen)度(du)占(zhan)壁厚(hou)的(de)5％）內、外部(bu)軸(zhou)向(xiang)刻(ke)(ke)(ke)槽(cao)（也即縱(zong)向(xiang)刻(ke)(ke)(ke)槽(cao)）、45°外部(bu)斜(xie)(xie)向(xiang)刻(ke)(ke)(ke)槽(cao)以及(ji)不(bu)(bu)通孔等。圖4-10和圖4-11所示為原始檢測(ce)信(xin)號(hao)通過不(bu)(bu)同(tong)截止頻率濾波器后的(de)信(xin)號(hao)輸出。不(bu)(bu)難發現(xian)：雖然處于鋼(gang)管外部(bu)，45°外部(bu)斜(xie)(xie)向(xiang)刻(ke)(ke)(ke)槽(cao)與內部(bu)缺(que)陷一樣，檢測(ce)信(xin)號(hao)發生了嚴重的(de)削弱，從而無法得(de)到與軸(zhou)向(xiang)、周向(xiang)標準刻(ke)(ke)(ke)槽(cao)區分一致的(de)評判結果(guo)。
究(jiu)其原(yuan)因，斜向外部(bu)裂紋(wen)的走向與磁化(hua)場之間的夾角呈非垂直狀(zhuang)態，形成的漏磁場強度相對較弱，在檢(jian)測空間上也趨于分散(san)，從而導致斜向裂紋(wen)檢(jian)測信號在頻(pin)域內(nei)可能會被誤判(pan)為內(nei)部(bu)缺陷(xian)。
3. 缺陷深度(du)對(dui)檢測(ce)信號頻率成分的影響
缺(que)陷(xian)的(de)深(shen)度直接決(jue)定了管(guan)材的(de)使用性能(neng)。在管(guan)材的(de)實際使用過程中(zhong)，根據(ju)工作環境的(de)不同，位(wei)于鋼管(guan)不同表(biao)(biao)面（內表(biao)(biao)面或外(wai)表(biao)(biao)面）的(de)具有相(xiang)同深(shen)度的(de)缺(que)陷(xian)對管(guan)材性能(neng)的(de)影響會不一樣(yang)。這里討(tao)論缺(que)陷(xian)深(shen)度對檢測(ce)信號頻率成分的(de)影響。
仍然選(xuan)用不(bu)銹鋼管作為試件(jian)，在(zai)距管端250mm的(de)(de)圓周方(fang)向(xiang)上(shang)加工(gong)N20（缺(que)陷(xian)深(shen)度占壁厚的(de)(de)20％）周向(xiang)內(nei)部刻槽和N10（缺(que)陷(xian)深(shen)度占壁厚的(de)(de)10％）周向(xiang)外部刻槽。經過(guo)試驗發(fa)現(xian)，通過(guo)不(bu)同截止頻率的(de)(de)高通濾(lv)波系(xi)統處(chu)理后，深(shen)度較大的(de)(de)內(nei)部刻槽檢測信(xin)號始終難以被有效濾(lv)除，如圖4-12所示。
三、基于檢測(ce)信號中心頻率區(qu)分方法(fa)的(de)適應性
通過上述(shu)試驗分(fen)析可以看出，檢測(ce)信(xin)(xin)號中心(xin)頻(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)影響(xiang)因素(su)較(jiao)多，如(ru)圖4-13所示，其(qi)對缺(que)陷的(de)(de)形(xing)狀、走(zou)向和深度(du)(du)等具(ju)有代表性的(de)(de)形(xing)態特征均(jun)十分(fen)敏(min)感(gan)。這充分(fen)說明了信(xin)(xin)號的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)成分(fen)在(zai)描述(shu)缺(que)陷位置時并不具(ju)有完備的(de)(de)表達能力。究其(qi)原因，利用中心(xin)頻(pin)(pin)率(lv)區分(fen)內、外部缺(que)陷，是以低(di)維度(du)(du)信(xin)(xin)息量去評(ping)判具(ju)有高維度(du)(du)信(xin)(xin)息的(de)(de)檢測(ce)對象(xiang)，因而，也就不可避免地碰到信(xin)(xin)息維度(du)(du)過少而造成評(ping)判時模棱兩(liang)可的(de)(de)尷尬局面。
中(zhong)心頻(pin)率比較法，可以對(dui)某些特定類型缺陷(xian)(xian)進行位(wei)置(zhi)特征判別(bie)。但(dan)由(you)于判定指標的(de)成(cheng)因(yin)并不具有唯一性，因(yin)此，該方法并不能保(bao)證對(dui)所有類型缺陷(xian)(xian)實(shi)現正確區分。
