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(bu)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、基于檢測信(xin)號中(zhong)心頻率的區分方法(fa)
內部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)在(zai)(zai)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)空間(jian)產生(sheng)的(de)(de)漏磁場強度相(xiang)(xiang)對較(jiao)(jiao)(jiao)弱，但空間(jian)分布范(fan)圍(wei)相(xiang)(xiang)對較(jiao)(jiao)(jiao)大(da)。因(yin)此(ci)，內部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)號(hao)的(de)(de)突變時間(jian)持(chi)續較(jiao)(jiao)(jiao)長；在(zai)(zai)頻域上，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)號(hao)的(de)(de)中(zhong)心頻率(lv)(lv)相(xiang)(xiang)對較(jiao)(jiao)(jiao)低。相(xiang)(xiang)反，外部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)號(hao)的(de)(de)中(zhong)心頻率(lv)(lv)較(jiao)(jiao)(jiao)高，突變相(xiang)(xiang)對陡峭。根據(ju)上述特點(dian)，采用合(he)理的(de)(de)帶通濾波(bo)器、高通濾波(bo)器以及觸發門限電路，針對內、外部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)號(hao)的(de)(de)頻域特征，設(she)置相(xiang)(xiang)應的(de)(de)截止頻率(lv)(lv)，將(jiang)濾波(bo)后的(de)(de)輸出信(xin)號(hao)幅度進行對比(bi)，可達到區分內、外部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)的(de)(de)目的(de)(de)。
如(ru)圖4-6所示，將檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)分(fen)別利(li)用高(gao)通(tong)(tong)濾波(bo)器與帶通(tong)(tong)濾波(bo)器進行濾波(bo)處(chu)理。其中，設置帶通(tong)(tong)濾波(bo)器的上(shang)、下限頻率時需包含內(nei)、外(wai)部(bu)(bu)(bu)缺陷(xian)(xian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)頻段，也(ye)即，內(nei)、外(wai)部(bu)(bu)(bu)缺陷(xian)(xian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)在通(tong)(tong)過(guo)帶通(tong)(tong)濾波(bo)器后(hou)均不(bu)會引起波(bo)形(xing)特(te)征(zheng)上(shang)的變化，僅僅濾除高(gao)頻與低(di)頻噪聲信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)，并將該輸(shu)出(chu)量(liang)(liang)視為(wei)A通(tong)(tong)路，輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)記(ji)為(wei)XA(t)）。另外(wai)設立通(tong)(tong)路B，即高(gao)通(tong)(tong)濾波(bo)支(zhi)路，它能夠(gou)使得(de)頻率較低(di)的內(nei)部(bu)(bu)(bu)缺陷(xian)(xian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)在強度(du)上(shang)明顯(xian)削弱，而外(wai)部(bu)(bu)(bu)缺陷(xian)(xian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)強度(du)基本不(bu)變，輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)記(ji)為(wei)XB(t)。進一步，將兩(liang)種濾波(bo)系統(tong)的輸(shu)出(chu)量(liang)(liang)XA(t)與XB(t)進行對比，從而可獲得(de)內(nei)、外(wai)部(bu)(bu)(bu)缺陷(xian)(xian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)的判據。
從圖(tu)4-6中(zhong)可以看出，采用中(zhong)心頻(pin)(pin)率(lv)比較法識(shi)別缺陷(xian)的位置時具有很好(hao)的邏(luo)輯性。但必須(xu)注意(yi)的是，由于檢測(ce)信號頻(pin)(pin)率(lv)與檢測(ce)速(su)(su)度(du)有關，因此檢測(ce)過程中(zhong)速(su)(su)度(du)必須(xu)保持(chi)恒定。如(ru)果檢測(ce)速(su)(su)度(du)發生變(bian)化，則(ze)需重新調整濾(lv)波器的各(ge)濾(lv)波截止頻(pin)(pin)率(lv)。
二、缺(que)陷形態特(te)征對中心頻率法的(de)影(ying)響
除缺(que)(que)(que)陷(xian)位置(zhi)外，缺(que)(que)(que)陷(xian)的其他形(xing)(xing)態特征也會影響缺(que)(que)(que)陷(xian)的中(zhong)心(xin)(xin)頻率(lv)(lv)，因(yin)此，采(cai)用該區(qu)分方(fang)法時需要綜合(he)考慮各種(zhong)因(yin)素的影響。下面扼要介紹缺(que)(que)(que)陷(xian)形(xing)(xing)狀、走向和深度對(dui)基于中(zhong)心(xin)(xin)頻率(lv)(lv)區(qu)分方(fang)法的影響。
模擬(ni)濾波(bo)(bo)(bo)與數(shu)字(zi)(zi)濾波(bo)(bo)(bo)都是改變(bian)信(xin)號(hao)中所包(bao)含頻率(lv)成(cheng)分(fen)的(de)相對比例，或是濾除某種(zhong)頻率(lv)成(cheng)分(fen)的(de)系(xi)統。數(shu)字(zi)(zi)濾波(bo)(bo)(bo)具有精度高、穩定、靈活、不要求阻抗匹配等優勢。這里(li)，選用巴(ba)特沃(wo)斯濾波(bo)(bo)(bo)器(qi)(qi)(qi)，即幅(fu)頻特性曲(qu)線在通帶與阻帶內均(jun)為單調遞(di)減函數(shu)。綜合考慮通帶與阻帶的(de)變(bian)化速度及內、外部缺陷信(xin)號(hao)的(de)頻帶范圍，設定濾波(bo)(bo)(bo)器(qi)(qi)(qi)為四階(jie)。下面分(fen)別從(cong)幾種(zhong)典型(xing)缺陷形態(tai)特征出發，對各種(zhong)人工缺陷進行試驗區分(fen)，觀察檢(jian)測信(xin)號(hao)在經過數(shu)字(zi)(zi)濾波(bo)(bo)(bo)器(qi)(qi)(qi)之后幅(fu)值(zhi)的(de)變(bian)化。
1. 缺陷(xian)形狀對檢測信號(hao)頻率(lv)成(cheng)分的影響
不銹鋼(gang)管(guan)漏磁檢測標準中，人工缺(que)陷(xian)(xian)通常(chang)選用(yong)通孔或刻槽，對(dui)不通孔未加說明。在鋼(gang)管(guan)的實際使用(yong)過程中，受到高壓沖刷、腐蝕等眾多因素的影(ying)響(xiang)，鋼(gang)管(guan)上形(xing)成的腐蝕坑十分普遍。因此，在分析缺(que)陷(xian)(xian)形(xing)狀對(dui)檢測信(xin)號中心(xin)頻率成分的影(ying)響(xiang)時，采用(yong)不通孔、裂紋和通孔作為檢測對(dui)象，研究各(ge)類缺(que)陷(xian)(xian)信(xin)號在經過濾(lv)波系統后輸出(chu)量之間的差(cha)異。
建立不銹(xiu)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)漏(lou)磁自動化檢測系統，鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)螺旋前進(jin)，螺距(ju)為(wei)105mm，鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)直(zhi)徑為(wei)139.7mm，壁(bi)厚為(wei)8.5mm，采用電火花加工(gong)方(fang)法(fa)在內、外管(guan)(guan)(guan)壁(bi)加工(gong)周向和(he)軸向刻槽(cao)，寬度(du)均為(wei)0.8mm；采用機械加工(gong)的方(fang)法(fa)，在鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)外壁(bi)面上加工(gong)直(zhi)徑為(wei)3.2mm、深度(du)為(wei)2.0mm的外部不通(tong)孔和(he)直(zhi)徑為(wei)1.6mm的通(tong)孔。檢測過程(cheng)中，保證鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)的行進(jin)與旋轉速(su)(su)度(du)恒定(ding)不變(bian)，以消除傳感器掃查速(su)(su)度(du)變(bian)化對檢測信(xin)(xin)號的影響，獲(huo)得的檢測原始信(xin)(xin)號波形如圖4-7所示。
經過(guo)不同截止(zhi)頻率的高通濾波器(qi)之后，檢測缺(que)陷信號輸出如圖4-8和圖4-9所示。
可以看出，經過截(jie)止(zhi)頻率(lv)(lv)為540Hz的(de)(de)(de)高通濾波器之(zhi)后，N10的(de)(de)(de)內(nei)傷可以很好(hao)地被(bei)(bei)削(xue)弱，直至從信(xin)號(hao)(hao)輸出中(zhong)完全(quan)消失。然而，同(tong)(tong)在鋼(gang)管外表壁但形狀不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)直徑為3.2mm的(de)(de)(de)外不(bu)(bu)通孔(kong)的(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)(hao)變化規律與N5外表面刻(ke)槽不(bu)(bu)同(tong)(tong)：外不(bu)(bu)通孔(kong)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)(hao)同(tong)(tong)樣(yang)受到(dao)了高通濾波的(de)(de)(de)影響而被(bei)(bei)嚴重削(xue)弱，當內(nei)部缺陷信(xin)號(hao)(hao)被(bei)(bei)濾波消除(chu)(chu)后，外不(bu)(bu)通孔(kong)的(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)(hao)也被(bei)(bei)濾除(chu)(chu)。這(zhe)說明如果對外腐蝕坑采用基于中(zhong)心頻率(lv)(lv)的(de)(de)(de)區分方法(fa)，檢(jian)測(ce)結果可能(neng)會出現(xian)誤判的(de)(de)(de)情況。
2. 缺陷走向對檢測(ce)信號頻率成分的(de)影響
不銹鋼管在(zai)(zai)生(sheng)產或(huo)(huo)使(shi)用過程(cheng)中如果受到扭轉載荷與(yu)(yu)軸(zhou)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)力(li)的(de)(de)同時作用，容易在(zai)(zai)管壁內、外表面形成與(yu)(yu)管材軸(zhou)線方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)既不垂(chui)(chui)直也不平行的(de)(de)裂紋(wen)，使(shi)得漏磁(ci)(ci)檢(jian)測過程(cheng)中無論是被周(zhou)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)磁(ci)(ci)化或(huo)(huo)是軸(zhou)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)磁(ci)(ci)化，都無法滿足管材中磁(ci)(ci)力(li)線與(yu)(yu)缺陷(xian)走向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)相垂(chui)(chui)直的(de)(de)要求。而(er)且，就目前不銹鋼管漏磁(ci)(ci)檢(jian)測系統中使(shi)用的(de)(de)磁(ci)(ci)化裝置(zhi)來(lai)看，裂紋(wen)的(de)(de)走向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)在(zai)(zai)絕大多(duo)數情況下與(yu)(yu)磁(ci)(ci)力(li)線方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)成斜向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)夾角，即兩者之間并非(fei)處于相互(hu)垂(chui)(chui)直的(de)(de)狀態。
裂紋的(de)走向對漏磁(ci)場(chang)強度與(yu)分布(bu)影(ying)響較大，這(zhe)一(yi)點可以通過檢(jian)測(ce)(ce)信號的(de)波(bo)形特征反映出來，進一(yi)步(bu)也必然(ran)會(hui)引(yin)起檢(jian)測(ce)(ce)信號中心(xin)頻率(lv)(lv)的(de)變化，從而會(hui)影(ying)響基于中心(xin)頻率(lv)(lv)方法的(de)內、外(wai)部裂紋區分準確(que)率(lv)(lv)。
采用電火花加工方式(shi)，在鋼管上加工N5（缺(que)(que)陷(xian)深度占壁厚(hou)的(de)(de)5％）內、外(wai)部(bu)軸向(xiang)(xiang)刻(ke)(ke)槽（也即縱向(xiang)(xiang)刻(ke)(ke)槽）、45°外(wai)部(bu)斜向(xiang)(xiang)刻(ke)(ke)槽以及(ji)不(bu)(bu)通孔等。圖4-10和圖4-11所(suo)示為原始檢(jian)測信號通過不(bu)(bu)同截止頻率濾波器后的(de)(de)信號輸出。不(bu)(bu)難發(fa)(fa)現：雖(sui)然處于鋼管外(wai)部(bu)，45°外(wai)部(bu)斜向(xiang)(xiang)刻(ke)(ke)槽與(yu)內部(bu)缺(que)(que)陷(xian)一(yi)樣，檢(jian)測信號發(fa)(fa)生了嚴(yan)重(zhong)的(de)(de)削(xue)弱，從而無法得(de)到(dao)與(yu)軸向(xiang)(xiang)、周(zhou)向(xiang)(xiang)標(biao)準(zhun)刻(ke)(ke)槽區分(fen)一(yi)致的(de)(de)評判結(jie)果。
究其原因，斜(xie)向外部裂紋的(de)走向與磁(ci)化(hua)場(chang)之間(jian)的(de)夾(jia)角呈非垂直狀(zhuang)態，形成的(de)漏磁(ci)場(chang)強度相對較(jiao)弱，在檢測空間(jian)上也趨(qu)于分散(san)，從而導(dao)致斜(xie)向裂紋檢測信號在頻域內可(ke)能會被誤判為內部缺陷。
3. 缺陷(xian)深度對檢測信號(hao)頻率成分(fen)的影響
缺(que)陷的深度直接決(jue)定了管材(cai)的使(shi)用(yong)性能(neng)。在(zai)管材(cai)的實際使(shi)用(yong)過(guo)程中(zhong)，根據工作環境的不同，位于鋼管不同表面(mian)（內表面(mian)或外(wai)表面(mian)）的具有相同深度的缺(que)陷對管材(cai)性能(neng)的影(ying)響會不一樣。這(zhe)里(li)討(tao)論缺(que)陷深度對檢測信號頻率成(cheng)分的影(ying)響。
仍然選(xuan)用不銹鋼(gang)管作為試(shi)件(jian)，在距管端(duan)250mm的(de)圓周(zhou)方(fang)向上加(jia)工(gong)N20（缺陷深(shen)(shen)度占(zhan)壁厚的(de)20％）周(zhou)向內部(bu)刻(ke)槽和N10（缺陷深(shen)(shen)度占(zhan)壁厚的(de)10％）周(zhou)向外部(bu)刻(ke)槽。經過(guo)試(shi)驗發現，通過(guo)不同截止頻率的(de)高通濾(lv)波系(xi)統處理(li)后(hou)，深(shen)(shen)度較(jiao)大的(de)內部(bu)刻(ke)槽檢測信號始終(zhong)難(nan)以被(bei)有效濾(lv)除，如圖4-12所示。
三(san)、基于檢測信(xin)號中心頻率區分方(fang)法(fa)的適應性
通過(guo)上述(shu)試驗分(fen)(fen)析可以(yi)看出(chu)，檢(jian)測信(xin)號(hao)中心頻率的(de)(de)影響因素較多，如圖4-13所示，其對(dui)缺陷的(de)(de)形狀、走向和深度等具有代表性(xing)的(de)(de)形態特(te)征均十分(fen)(fen)敏感。這(zhe)充(chong)分(fen)(fen)說(shuo)明了信(xin)號(hao)的(de)(de)頻率成分(fen)(fen)在描述(shu)缺陷位(wei)置時(shi)并(bing)不(bu)具有完備的(de)(de)表達能力(li)。究其原因，利用中心頻率區分(fen)(fen)內、外部缺陷，是(shi)以(yi)低維(wei)度信(xin)息(xi)量去評判(pan)具有高維(wei)度信(xin)息(xi)的(de)(de)檢(jian)測對(dui)象，因而，也就不(bu)可避免地(di)碰到信(xin)息(xi)維(wei)度過(guo)少而造成評判(pan)時(shi)模(mo)棱兩可的(de)(de)尷尬局面(mian)。
中心頻率比(bi)較法(fa)，可以對(dui)某(mou)些特(te)定(ding)類型(xing)缺(que)陷進行位(wei)置特(te)征判別。但由于判定(ding)指標的(de)成因并不具(ju)有唯一性(xing)，因此，該方法(fa)并不能保證對(dui)所(suo)有類型(xing)缺(que)陷實現正確區(qu)分。
