前面所(suo)述的(de)基于(yu)中心(xin)頻(pin)率(lv)、中心(xin)斜率(lv)和數字信(xin)號差(cha)分(fen)的(de)三種(zhong)方(fang)法(fa)均(jun)屬(shu)于(yu)信(xin)號后(hou)處(chu)理(li)(li)方(fang)法(fa)，是(shi)對檢(jian)測(ce)結果的(de)進一(yi)步處(chu)理(li)(li)。這里，介(jie)紹一(yi)種(zhong)基于(yu)傳(chuan)感器(qi)(qi)布(bu)置(zhi)的(de)雙層梯度檢(jian)測(ce)方(fang)法(fa)，它通過特(te)殊(shu)的(de)傳(chuan)感器(qi)(qi)陣列布(bu)置(zhi)及其(qi)處(chu)理(li)(li)方(fang)法(fa)來區(qu)分(fen)缺陷的(de)位置(zhi)。具體實施方(fang)法(fa)為：從冗余檢(jian)測(ce)出發，

  在法向上布置兩(liang)層陣列磁(ci)敏(min)感元件(jian)，實(shi)現(xian)兩(liang)個特定(ding)間隔測點的(de)(de)(de)梯度檢(jian)(jian)測，并(bing)對(dui)得到的(de)(de)(de)檢(jian)(jian)測信號進(jin)行(xing)對(dui)比(bi)分析，然后(hou)利(li)用內(nei)、外(wai)部缺(que)(que)陷的(de)(de)(de)檢(jian)(jian)測信號峰-峰值在提離(li)方(fang)向上的(de)(de)(de)衰減率進(jin)行(xing)評(ping)判。最后(hou)，構(gou)建出歸一化衰減率作為評(ping)判參數來(lai)對(dui)缺(que)(que)陷的(de)(de)(de)內(nei)、外(wai)位置進(jin)行(xing)評(ping)判。

一、內(nei)、外(wai)部缺陷檢(jian)測信號的(de)提離特性和雙層梯度檢(jian)測

  當考慮不同(tong)的(de)傳感器提離值(zhi)時，實際上(shang)檢(jian)測得到的(de)數字信號(hao)是關(guan)于(yu)不同(tong)提離平面上(shang)的(de)一(yi)組信號(hao)序列。如圖4-26所(suo)示，下面討論漏磁場法向分量在不同(tong)提離值(zhi)h下的(de)檢(jian)測信號(hao)峰-峰值(zhi)變化規律，并將內、外部缺陷檢(jian)測信號(hao)的(de)峰-峰值(zhi)分別(bie)記為(wei)Vinpp(h)和Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和Vimpp(h)的提(ti)離特性(xing) 

   采(cai)用鋼(gang)板進行內(nei)、外部缺陷提離特(te)性試驗，在其表面加(jia)工人工缺陷，分(fen)別有不通(tong)孔、橫(heng)向刻槽(cao)以及斜向刻槽(cao)，如(ru)圖4-27所示(shi)。用霍爾(er)元件拾取漏磁(ci)場法(fa)向分(fen)量，通(tong)過(guo)改(gai)變霍爾(er)元件與鋼(gang)板表面之間的距離，即提離值h的大小，考(kao)察各人(ren)工(gong)缺(que)陷(xian)(xian)在正面和(he)(he)反面檢測(ce)時信號峰-峰值的(de)差異。鋼板(ban)漏(lou)磁檢測(ce)試(shi)驗(yan)平臺(tai)如圖4-28所示，試(shi)驗(yan)鋼板(ban)厚度(du)、寬度(du)和(he)(he)長度(du)分別為(wei)9.6mm、100mm和(he)(he)1000mm，采(cai)用(yong)電火花和(he)(he)機械加工(gong)方法制(zhi)作(zuo)人(ren)工(gong)缺(que)陷(xian)(xian)，見表4-10，刻(ke)槽長度(du)均(jun)為(wei)40.0mm，寬度(du)均(jun)為(wei)1.0mm。磁化器(qi)采(cai)用(yong)穿過式直流磁化線(xian)圈，確(que)保鋼板(ban)被軸向磁化至(zhi)飽和(he)(he)狀態。

  試驗(yan)獲得的(de)(de)(de)人工缺(que)陷(xian)正(zheng)面檢測和(he)背面檢測對應的(de)(de)(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)Vexpp(h)和(he)Vinpp(h)與提離值(zhi)h之間的(de)(de)(de)擬合曲(qu)線簇，如(ru)圖4-29和(he)圖4-30所示。從(cong)圖中可以看(kan)出，峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)Vexpp(h)和(he)（h）的(de)(de)(de)遞減趨(qu)勢(shi)雖然相同，但兩(liang)者的(de)(de)(de)變化速率則(ze)有明顯區別，內部缺(que)陷(xian)信(xin)號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)（h）隨提離值(zhi)的(de)(de)(de)增加遞減平(ping)緩，而外部缺(que)陷(xian)信(xin)號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)Vexpp(h)）遞減陡峭(qiao)，當提離值(zhi)大于1.0mm后(hou)，內、外部缺(que)陷(xian)信(xin)號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)均(jun)呈現(xian)出平(ping)緩的(de)(de)(de)變化趨(qu)勢(shi)。

 2. 雙層梯度檢測(ce)方法 

   根據和Vinpp(h）提(ti)離特性(xing)的不同，提(ti)出一種雙(shuang)層梯度檢測方(fang)法，即沿著相(xiang)同法線方(fang)向的不同提(ti)離值處布置兩個測點，通過獲取測點處缺陷漏磁場法向分量信(xin)號峰-峰值Vpp(z)在提(ti)離方(fang)向上(shang)的衰減率作為評判指標，也即

   其中，衰(shuai)(shuai)(shuai)減率R實際(ji)上是利用兩(liang)(liang)測(ce)點的(de)(de)(de)峰(feng)-峰(feng)值差(cha)(cha)ΔVpp(h)與兩(liang)(liang)測(ce)點的(de)(de)(de)提離值差(cha)(cha)Δh之比來實現的(de)(de)(de)。當Δh足(zu)夠小時，可(ke)以視為函(han)數Vpp(h)在h方向上的(de)(de)(de)梯度，由于檢測(ce)元件具有(you)一定厚度，兩(liang)(liang)個測(ce)點間(jian)的(de)(de)(de)間(jian)隔不可(ke)能無限小，實際(ji)應用中，只(zhi)有(you)當內(nei)(nei)、外部(bu)缺(que)(que)陷(xian)峰(feng)-峰(feng)值Vpp(h)）的(de)(de)(de)衰(shuai)(shuai)(shuai)減率R1a之間(jian)存在明(ming)顯差(cha)(cha)異時，才有(you)可(ke)能有(you)效應用于內(nei)(nei)、外部(bu)缺(que)(que)陷(xian)的(de)(de)(de)區分。為便于論述，對應于內(nei)(nei)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)和(he)外部(bu)缺(que)(que)陷(xian)檢測(ce)信號，衰(shuai)(shuai)(shuai)減率分別記(ji)為和(he)ERdoPlyI

   從圖(tu)4-29和圖(tu)4-30中可以看(kan)出(chu)，在不同提(ti)(ti)離值下(xia)，Vexpp(和Vimpp(h)）的(de)(de)變化趨(qu)勢僅(jin)在一定區域具有明顯差異。在此區域，外部(bu)缺陷檢測信號(hao)峰-峰值Vexpp(h)隨提(ti)(ti)離值的(de)(de)增加劇烈減小，而內(nei)部(bu)缺陷檢測信號(hao)峰-峰值Vinpp(h)）的(de)(de)變化程度相對緩慢。

  當h分(fen)別取(qu)0.3mm、0.5mm、0.7mm時，將Vexpp(h)和Vimpp(h)進行對(dui)比分(fen)析，發現提離值為0.3mm與0.7mm時，內、外(wai)部缺陷峰-峰值衰減率有明顯差異，見表4-11。

   采用不同厚度的鋼板(ban)進一步試驗，缺陷參數和峰-峰值衰減率(lv)見(jian)表4-12～表4-15。

   通過(guo)大(da)量(liang)對比試驗(yan)可以發現(xian)，提離值分別(bie)取0.3mm與(yu)0.7mm時，內(nei)、外部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)衰減(jian)(jian)率(lv)差異(yi)較(jiao)為(wei)穩定，無論(lun)缺(que)陷(xian)(xian)形態(tai)特(te)(te)征(zheng)如(ru)何(he)，內(nei)、外部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)衰減(jian)(jian)率(lv)均有(you)較(jiao)大(da)差異(yi)。從上(shang)述列表中的(de)(de)數值可以看出，衰減(jian)(jian)率(lv)的(de)(de)量(liang)值并不隨(sui)缺(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)其(qi)他特(te)(te)征(zheng)（如(ru)裂紋的(de)(de)走向、形狀等(deng)）的(de)(de)改變而(er)發生(sheng)大(da)的(de)(de)變化(hua)。此(ci)外，隨(sui)著被檢測鋼板厚度的(de)(de)加大(da)，內(nei)、外部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)衰減(jian)(jian)率(lv)差別(bie)更(geng)大(da)。

二、內、外部缺陷位置區分特(te)征量

  對于相同(tong)尺寸的內(nei)、外部缺(que)陷，在不(bu)同(tong)提離位(wei)置上的兩(liang)個測點(dian)處得(de)到(dao)的峰-峰值差(cha)值，外部缺(que)陷信號(hao)明顯大于內(nei)部缺(que)陷信號(hao)。為此，提出(chu)歸(gui)一化(hua)的峰-峰值差(cha)值，同(tong)時得(de)到(dao)歸(gui)一化(hua)衰減率Rid，即

  其中(zhong)，Vpp(z)對(dui)應(ying)外部缺(que)(que)陷(xian)時(shi)為(wei)，對(dui)應(ying)內(nei)部缺(que)(que)陷(xian)時(shi)為(wei)Vinpp(z)。為(wei)便于表達，將外部缺(que)(que)陷(xian)和內(nei)部缺(que)(que)陷(xian)歸一化衰減率分(fen)別記為(wei)ERid和IRido實際檢測時(shi)，用Rid來辨別缺(que)(que)陷(xian)信號對(dui)應(ying)的是外部缺(que)(que)陷(xian)還是內(nei)部缺(que)(que)陷(xian)。

  進(jin)一步，試驗驗證將歸一化衰減率作為(wei)(wei)不(bu)銹鋼(gang)管(guan)內(nei)、外部缺陷區分標(biao)準(zhun)的(de)可(ke)行性，設(she)計雙層(ceng)霍爾(er)元(yuan)件陣列封(feng)裝檢(jian)測(ce)探頭，結構及(ji)實物如圖4-31所示。采用(yong)厚度為(wei)(wei)0.3mm的(de)聚甲醛(quan)片作為(wei)(wei)耐(nai)磨片，微型(xing)霍爾(er)元(yuan)件厚度為(wei)(wei)0.4mm，最(zui)終形成雙層(ceng)霍爾(er)元(yuan)件相對于不(bu)銹鋼(gang)管(guan)表面提離(li)距離(li)分別為(wei)(wei)0.3mm和0.7mm。選用(yong)厚度為(wei)(wei)9.35mm、外徑(jing)為(wei)(wei)88.9mm的(de)鋼(gang)管(guan)作為(wei)(wei)試件，采用(yong)電火花及(ji)機械加工方法在不(bu)銹鋼(gang)管(guan)上(shang)加工內(nei)、外部缺陷，見(jian)表4-16，采用(yong)直流磁化線圈對鋼(gang)管(guan)進(jin)行軸(zhou)向磁化，檢(jian)測(ce)速度保持穩定。

  通(tong)過試驗數(shu)據計算歸一(yi)化衰減率(lv)，見表(biao)4-16，并繪制成如(ru)圖(tu)(tu)(tu)4-32所示的分布(bu)圖(tu)(tu)(tu)。從圖(tu)(tu)(tu)中可以(yi)發現(xian)，不銹鋼(gang)管中內、外部缺陷具有較(jiao)明顯的量(liang)值差(cha)異。該(gai)方(fang)法區分正確率(lv)高(gao)，然而探頭系統較(jiao)為復(fu)雜，需要更多的通(tong)道數(shu)來實現(xian)冗余檢(jian)測(ce)，因此一(yi)般用于高(gao)品質不銹鋼(gang)管的檢(jian)測(ce)。

  內、外部缺陷區分是不銹(xiu)鋼(gang)管漏磁檢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(wai)(wai)部(bu)缺陷區分方(fang)(fang)法都各(ge)有優缺點(dian)，沒(mei)有一種(zhong)方(fang)(fang)法可(ke)100％正確區分。在選(xuan)擇缺陷區分方(fang)(fang)法時(shi)，要(yao)根據檢測要(yao)求、工件(jian)特性、缺陷類型、使(shi)用工況以及設備(bei)成本(ben)來(lai)選(xuan)擇合適有效的內、外(wai)(wai)部(bu)缺陷區分方(fang)(fang)法。