前面所述的(de)基(ji)于(yu)中(zhong)心頻率(lv)、中(zhong)心斜率(lv)和數字(zi)信(xin)號(hao)差分(fen)的(de)三(san)種方(fang)(fang)(fang)法(fa)均(jun)屬于(yu)信(xin)號(hao)后處理方(fang)(fang)(fang)法(fa)，是對檢(jian)測結果的(de)進一步處理。這里(li)，介紹一種基(ji)于(yu)傳感器布(bu)置的(de)雙層梯度檢(jian)測方(fang)(fang)(fang)法(fa)，它通過特殊的(de)傳感器陣(zhen)列布(bu)置及其處理方(fang)(fang)(fang)法(fa)來區分(fen)缺陷的(de)位置。具體實施方(fang)(fang)(fang)法(fa)為：從冗(rong)余檢(jian)測出發(fa)，

  在法(fa)向上布置兩層陣(zhen)列磁敏感(gan)元(yuan)件，實現兩個特定間隔測點的(de)(de)梯度(du)檢(jian)測，并對得(de)到的(de)(de)檢(jian)測信(xin)(xin)號進行對比分析，然后利用內、外(wai)部缺(que)陷的(de)(de)檢(jian)測信(xin)(xin)號峰(feng)-峰(feng)值在提離方向上的(de)(de)衰減(jian)率進行評(ping)(ping)判。最后，構建出歸一化衰減(jian)率作為評(ping)(ping)判參數來對缺(que)陷的(de)(de)內、外(wai)位置進行評(ping)(ping)判。

一(yi)、內、外部缺陷檢測信號的提離特性和雙層梯(ti)度(du)檢測

  當考慮不(bu)同(tong)的(de)傳感器提離值(zhi)(zhi)時(shi)，實際上(shang)(shang)檢測(ce)得到的(de)數(shu)字信(xin)(xin)號(hao)是(shi)關于不(bu)同(tong)提離平面(mian)(mian)上(shang)(shang)的(de)一(yi)組(zu)信(xin)(xin)號(hao)序(xu)列。如圖4-26所示，下面(mian)(mian)討論漏(lou)磁場法向分量在(zai)不(bu)同(tong)提離值(zhi)(zhi)h下的(de)檢測(ce)信(xin)(xin)號(hao)峰(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)值(zhi)(zhi)變化規律(lv)，并將內(nei)、外部缺陷檢測(ce)信(xin)(xin)號(hao)的(de)峰(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)值(zhi)(zhi)分別記為Vinpp(h)和Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和Vimpp(h)的提離特性 

   采用鋼(gang)板進行內(nei)、外部缺陷(xian)提(ti)(ti)離特性試驗(yan)，在(zai)其表面加工(gong)人工(gong)缺陷(xian)，分別有(you)不(bu)通孔(kong)、橫(heng)向刻(ke)槽以及斜(xie)向刻(ke)槽，如圖4-27所(suo)示。用霍(huo)爾(er)元(yuan)件拾取漏磁(ci)場法向分量(liang)，通過改變霍(huo)爾(er)元(yuan)件與鋼(gang)板表面之間的距離，即提(ti)(ti)離值h的大小，考察各人工缺陷在正面和(he)反面檢(jian)測(ce)時信號峰-峰值的差異(yi)。鋼(gang)板(ban)漏磁(ci)檢(jian)測(ce)試(shi)驗平臺(tai)如圖4-28所示(shi)，試(shi)驗鋼(gang)板(ban)厚度(du)(du)(du)、寬(kuan)度(du)(du)(du)和(he)長度(du)(du)(du)分別為(wei)9.6mm、100mm和(he)1000mm，采用電(dian)火花和(he)機械加(jia)工方法制作人工缺陷，見表4-10，刻槽(cao)長度(du)(du)(du)均為(wei)40.0mm，寬(kuan)度(du)(du)(du)均為(wei)1.0mm。磁(ci)化(hua)器采用穿過式直(zhi)流(liu)磁(ci)化(hua)線圈(quan)，確(que)保鋼(gang)板(ban)被軸向磁(ci)化(hua)至飽和(he)狀態。

  試驗獲得的人工缺陷正(zheng)面檢(jian)測(ce)和背(bei)面檢(jian)測(ce)對應的峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)Vexpp(h)和Vinpp(h)與提(ti)(ti)離(li)值(zhi)h之間的擬合曲線簇，如圖4-29和圖4-30所示。從(cong)圖中可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)Vexpp(h)和（h）的遞(di)減(jian)趨勢(shi)雖然(ran)相同，但兩者的變化速率則有明顯(xian)區別，內部缺陷信(xin)號(hao)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)（h）隨(sui)提(ti)(ti)離(li)值(zhi)的增加遞(di)減(jian)平(ping)(ping)緩，而外部缺陷信(xin)號(hao)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)Vexpp(h)）遞(di)減(jian)陡峭，當提(ti)(ti)離(li)值(zhi)大(da)于1.0mm后，內、外部缺陷信(xin)號(hao)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)均呈現出(chu)平(ping)(ping)緩的變化趨勢(shi)。

 2. 雙層梯度檢測方法 

   根據和Vinpp(h）提(ti)離(li)(li)特性的(de)不同，提(ti)出(chu)一種雙層梯度檢測方法，即沿著(zhu)相同法線方向(xiang)的(de)不同提(ti)離(li)(li)值處(chu)布置兩個(ge)測點，通過(guo)獲取(qu)測點處(chu)缺陷漏磁(ci)場(chang)法向(xiang)分量信(xin)號峰-峰值Vpp(z)在提(ti)離(li)(li)方向(xiang)上的(de)衰減率作為評判指標，也即

   其(qi)中(zhong)，衰減率(lv)R實(shi)(shi)際(ji)(ji)上(shang)是利用(yong)兩(liang)測(ce)點的(de)(de)(de)(de)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)差(cha)ΔVpp(h)與兩(liang)測(ce)點的(de)(de)(de)(de)提離(li)值(zhi)差(cha)Δh之比來實(shi)(shi)現的(de)(de)(de)(de)。當Δh足(zu)夠小(xiao)時(shi)，可(ke)以視為(wei)(wei)函數Vpp(h)在h方(fang)向(xiang)上(shang)的(de)(de)(de)(de)梯(ti)度，由于(yu)檢測(ce)元(yuan)件具有(you)一定厚度，兩(liang)個測(ce)點間的(de)(de)(de)(de)間隔不可(ke)能無限小(xiao)，實(shi)(shi)際(ji)(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)，只有(you)當內(nei)、外(wai)部(bu)(bu)缺(que)陷峰(feng)-峰(feng)值(zhi)Vpp(h)）的(de)(de)(de)(de)衰減率(lv)R1a之間存在明顯差(cha)異時(shi)，才(cai)有(you)可(ke)能有(you)效應(ying)用(yong)于(yu)內(nei)、外(wai)部(bu)(bu)缺(que)陷的(de)(de)(de)(de)區分(fen)。為(wei)(wei)便(bian)于(yu)論述，對應(ying)于(yu)內(nei)部(bu)(bu)缺(que)陷和外(wai)部(bu)(bu)缺(que)陷檢測(ce)信(xin)號，衰減率(lv)分(fen)別記為(wei)(wei)和ERdoPlyI

   從圖4-29和(he)圖4-30中(zhong)可(ke)以看出(chu)，在(zai)不同提離(li)值下，Vexpp(和(he)Vimpp(h)）的(de)變(bian)化趨勢(shi)僅在(zai)一定區域(yu)具有明(ming)顯差異。在(zai)此區域(yu)，外(wai)部缺陷檢測信號峰(feng)-峰(feng)值Vexpp(h)隨提離(li)值的(de)增加劇烈(lie)減小，而內部缺陷檢測信號峰(feng)-峰(feng)值Vinpp(h)）的(de)變(bian)化程度相(xiang)對緩慢。

  當h分別(bie)取0.3mm、0.5mm、0.7mm時(shi)，將(jiang)Vexpp(h)和Vimpp(h)進(jin)行對比分析，發現提離值為0.3mm與0.7mm時(shi)，內、外(wai)部缺陷峰-峰值衰減率有明顯差異，見表(biao)4-11。

   采用不同厚度的鋼板進一步試(shi)驗(yan)，缺陷(xian)參數和峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值衰(shuai)減率(lv)見表(biao)4-12～表(biao)4-15。

   通(tong)過(guo)大(da)量(liang)對(dui)比試驗可(ke)以發現，提(ti)離值(zhi)(zhi)分別取(qu)0.3mm與(yu)0.7mm時，內、外(wai)部缺陷(xian)衰減(jian)率(lv)(lv)差(cha)異較為穩定(ding)，無論缺陷(xian)形態特征(zheng)如(ru)何，內、外(wai)部缺陷(xian)的(de)(de)衰減(jian)率(lv)(lv)均有(you)較大(da)差(cha)異。從上述列表中的(de)(de)數值(zhi)(zhi)可(ke)以看出，衰減(jian)率(lv)(lv)的(de)(de)量(liang)值(zhi)(zhi)并不隨缺陷(xian)的(de)(de)其他特征(zheng)（如(ru)裂紋的(de)(de)走向(xiang)、形狀等(deng)）的(de)(de)改(gai)變而發生大(da)的(de)(de)變化。此外(wai)，隨著(zhu)被(bei)檢測鋼板厚度的(de)(de)加大(da)，內、外(wai)部缺陷(xian)的(de)(de)衰減(jian)率(lv)(lv)差(cha)別更(geng)大(da)。

二、內(nei)、外部缺(que)陷位(wei)置區分特征量(liang)

  對于相同尺寸的內、外(wai)部缺(que)陷，在(zai)不同提離位置上的兩個測(ce)點處得到(dao)的峰(feng)-峰(feng)值(zhi)(zhi)差(cha)值(zhi)(zhi)，外(wai)部缺(que)陷信號(hao)明(ming)顯大于內部缺(que)陷信號(hao)。為此，提出歸一化的峰(feng)-峰(feng)值(zhi)(zhi)差(cha)值(zhi)(zhi)，同時(shi)得到(dao)歸一化衰減(jian)率Rid，即

  其中(zhong)，Vpp(z)對應(ying)外(wai)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)時(shi)為，對應(ying)內(nei)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)時(shi)為Vinpp(z)。為便于表達，將外(wai)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)和內(nei)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)歸一化衰減率分別(bie)記為ERid和IRido實際(ji)檢測時(shi)，用Rid來辨別(bie)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)信號對應(ying)的(de)是外(wai)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)還(huan)是內(nei)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)。

  進一(yi)步(bu)，試驗(yan)驗(yan)證將(jiang)歸(gui)一(yi)化(hua)衰減率作為(wei)不銹鋼(gang)管內(nei)、外(wai)部缺陷區分標準(zhun)的(de)(de)可行性，設(she)計雙層霍(huo)爾元(yuan)件(jian)(jian)陣列封裝檢(jian)測探頭，結構及實物如圖4-31所示。采(cai)用厚度為(wei)0.3mm的(de)(de)聚甲醛片作為(wei)耐磨片，微型霍(huo)爾元(yuan)件(jian)(jian)厚度為(wei)0.4mm，最終形成雙層霍(huo)爾元(yuan)件(jian)(jian)相對(dui)于不銹鋼(gang)管表面(mian)提離距離分別為(wei)0.3mm和(he)0.7mm。選用厚度為(wei)9.35mm、外(wai)徑為(wei)88.9mm的(de)(de)鋼(gang)管作為(wei)試件(jian)(jian)，采(cai)用電火花及機械(xie)加工(gong)方法(fa)在不銹鋼(gang)管上加工(gong)內(nei)、外(wai)部缺陷，見(jian)表4-16，采(cai)用直流磁(ci)化(hua)線圈對(dui)鋼(gang)管進行軸向磁(ci)化(hua)，檢(jian)測速度保(bao)持穩(wen)定。

  通(tong)過試(shi)驗數據計(ji)算歸(gui)一化衰(shuai)減率，見表4-16，并繪制成如圖(tu)4-32所示的(de)(de)分布圖(tu)。從圖(tu)中可以發(fa)現，不銹鋼管中內、外部(bu)缺(que)陷具有較明顯的(de)(de)量值(zhi)差(cha)異。該方法區分正確率高，然而探頭系(xi)統較為復(fu)雜(za)，需要更多的(de)(de)通(tong)道數來實現冗余檢測，因此一般(ban)用于高品質不銹鋼管的(de)(de)檢測。

  內、外部缺陷區分是不銹(xiu)鋼管漏(lou)磁(ci)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)(zhong)內(nei)、外(wai)部缺(que)(que)陷(xian)區(qu)(qu)(qu)分(fen)(fen)方(fang)(fang)法(fa)都(dou)各有優缺(que)(que)點(dian)，沒有一(yi)種(zhong)(zhong)方(fang)(fang)法(fa)可(ke)100％正確(que)區(qu)(qu)(qu)分(fen)(fen)。在選(xuan)(xuan)擇缺(que)(que)陷(xian)區(qu)(qu)(qu)分(fen)(fen)方(fang)(fang)法(fa)時，要根據檢測要求、工件特性、缺(que)(que)陷(xian)類型、使用(yong)工況(kuang)以及設(she)備成本來選(xuan)(xuan)擇合適有效的內(nei)、外(wai)部缺(que)(que)陷(xian)區(qu)(qu)(qu)分(fen)(fen)方(fang)(fang)法(fa)。