前面(mian)所述的(de)(de)基于中(zhong)心頻率(lv)、中(zhong)心斜率(lv)和(he)數字信號差分的(de)(de)三種(zhong)方(fang)法(fa)(fa)均屬于信號后處(chu)(chu)理方(fang)法(fa)(fa)，是(shi)對檢測(ce)結果的(de)(de)進一步(bu)處(chu)(chu)理。這里，介紹一種(zhong)基于傳感(gan)器(qi)布置的(de)(de)雙層(ceng)梯度檢測(ce)方(fang)法(fa)(fa)，它通(tong)過(guo)特殊的(de)(de)傳感(gan)器(qi)陣列布置及其處(chu)(chu)理方(fang)法(fa)(fa)來區分缺陷的(de)(de)位置。具(ju)體實施方(fang)法(fa)(fa)為：從(cong)冗余檢測(ce)出發，

  在法向(xiang)上布(bu)置兩(liang)層陣(zhen)列磁敏感元件(jian)，實現兩(liang)個特定間隔測(ce)點的梯度檢測(ce)，并(bing)對(dui)得到的檢測(ce)信號進行(xing)對(dui)比分(fen)析，然后利用(yong)內(nei)、外(wai)部缺陷的檢測(ce)信號峰-峰值在提離(li)方(fang)向(xiang)上的衰減率進行(xing)評(ping)(ping)(ping)判。最后，構(gou)建出歸一化衰減率作為評(ping)(ping)(ping)判參數來對(dui)缺陷的內(nei)、外(wai)位(wei)置進行(xing)評(ping)(ping)(ping)判。

一、內、外部缺陷(xian)檢測信號的提離特性和雙層梯(ti)度檢測

  當考慮不同的(de)(de)傳感(gan)器(qi)提離值(zhi)(zhi)時(shi)，實際(ji)上(shang)檢(jian)測得到的(de)(de)數字信號(hao)是關于不同提離平面上(shang)的(de)(de)一組信號(hao)序列。如圖4-26所示(shi)，下面討論漏磁場法(fa)向分(fen)(fen)量在(zai)不同提離值(zhi)(zhi)h下的(de)(de)檢(jian)測信號(hao)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)變化(hua)規(gui)律，并(bing)將(jiang)內、外部缺陷檢(jian)測信號(hao)的(de)(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)分(fen)(fen)別記(ji)為(wei)Vinpp(h)和Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和Vimpp(h)的(de)提離(li)特性 

   采(cai)用鋼板(ban)(ban)進行內、外部(bu)缺陷提(ti)離(li)特性試驗(yan)，在其表(biao)面(mian)加工人工缺陷，分(fen)別有不通孔、橫(heng)向刻槽(cao)(cao)以(yi)及斜向刻槽(cao)(cao)，如圖4-27所示(shi)。用霍爾元件(jian)拾取漏磁場法向分(fen)量，通過改(gai)變(bian)霍爾元件(jian)與鋼板(ban)(ban)表(biao)面(mian)之間的距(ju)離(li)，即提(ti)離(li)值h的大(da)小，考(kao)察各人(ren)工(gong)缺(que)陷在正(zheng)面和(he)(he)反(fan)面檢測(ce)時信號(hao)峰-峰值的差異。鋼(gang)板(ban)漏(lou)磁(ci)檢測(ce)試驗平臺如(ru)圖(tu)4-28所示，試驗鋼(gang)板(ban)厚(hou)度(du)(du)、寬度(du)(du)和(he)(he)長(chang)度(du)(du)分別為9.6mm、100mm和(he)(he)1000mm，采(cai)用電火(huo)花和(he)(he)機械加工(gong)方法制作(zuo)人(ren)工(gong)缺(que)陷，見表(biao)4-10，刻(ke)槽長(chang)度(du)(du)均(jun)為40.0mm，寬度(du)(du)均(jun)為1.0mm。磁(ci)化器采(cai)用穿(chuan)過式(shi)直流磁(ci)化線圈，確保鋼(gang)板(ban)被軸向磁(ci)化至飽和(he)(he)狀態。

  試驗(yan)獲得(de)的(de)(de)人工(gong)缺陷正面檢(jian)測(ce)和(he)(he)背面檢(jian)測(ce)對應的(de)(de)峰-峰值(zhi)Vexpp(h)和(he)(he)Vinpp(h)與提離(li)(li)值(zhi)h之間的(de)(de)擬合曲線簇，如圖4-29和(he)(he)圖4-30所示。從圖中(zhong)可以看出(chu)，峰-峰值(zhi)Vexpp(h)和(he)(he)（h）的(de)(de)遞(di)減(jian)趨勢(shi)雖然相同，但兩者的(de)(de)變(bian)化速(su)率(lv)則(ze)有明顯區別，內(nei)部(bu)缺陷信(xin)號(hao)峰-峰值(zhi)（h）隨提離(li)(li)值(zhi)的(de)(de)增加遞(di)減(jian)平(ping)緩，而外(wai)部(bu)缺陷信(xin)號(hao)峰-峰值(zhi)Vexpp(h)）遞(di)減(jian)陡峭，當提離(li)(li)值(zhi)大于1.0mm后，內(nei)、外(wai)部(bu)缺陷信(xin)號(hao)峰-峰值(zhi)均呈(cheng)現出(chu)平(ping)緩的(de)(de)變(bian)化趨勢(shi)。

 2. 雙層梯度檢測方法 

   根據和Vinpp(h）提(ti)(ti)離(li)特性的不同，提(ti)(ti)出一(yi)種雙(shuang)層梯度檢(jian)測方(fang)法，即沿著(zhu)相(xiang)同法線方(fang)向(xiang)(xiang)的不同提(ti)(ti)離(li)值處(chu)布置兩個測點(dian)，通過獲取(qu)測點(dian)處(chu)缺陷(xian)漏磁場法向(xiang)(xiang)分量信號峰-峰值Vpp(z)在提(ti)(ti)離(li)方(fang)向(xiang)(xiang)上的衰減率(lv)作(zuo)為評判指標，也即

   其中，衰減(jian)率(lv)R實(shi)際上(shang)是利(li)用(yong)兩測(ce)點的(de)(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值差ΔVpp(h)與兩測(ce)點的(de)(de)提離值差Δh之比來實(shi)現的(de)(de)。當Δh足夠小時，可(ke)以視(shi)為(wei)函數Vpp(h)在h方向上(shang)的(de)(de)梯度，由(you)于(yu)檢(jian)測(ce)元(yuan)件具有一定(ding)厚度，兩個測(ce)點間(jian)的(de)(de)間(jian)隔不(bu)可(ke)能無限小，實(shi)際應(ying)用(yong)中，只有當內(nei)(nei)(nei)、外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值Vpp(h)）的(de)(de)衰減(jian)率(lv)R1a之間(jian)存(cun)在明顯(xian)差異(yi)時，才有可(ke)能有效(xiao)應(ying)用(yong)于(yu)內(nei)(nei)(nei)、外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)的(de)(de)區分(fen)。為(wei)便于(yu)論述，對(dui)應(ying)于(yu)內(nei)(nei)(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)和(he)外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)信號，衰減(jian)率(lv)分(fen)別(bie)記為(wei)和(he)ERdoPlyI

   從圖(tu)4-29和(he)圖(tu)4-30中可以看出，在不同提離值(zhi)下，Vexpp(和(he)Vimpp(h)）的變化趨勢(shi)僅在一定區域具有(you)明(ming)顯差異。在此區域，外部缺(que)陷檢測信號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)Vexpp(h)隨提離值(zhi)的增加劇烈減小，而(er)內部缺(que)陷檢測信號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)Vinpp(h)）的變化程(cheng)度相對緩慢。

  當h分別取0.3mm、0.5mm、0.7mm時，將(jiang)Vexpp(h)和Vimpp(h)進行(xing)對比(bi)分析(xi)，發現提離值(zhi)為0.3mm與(yu)0.7mm時，內、外部缺(que)陷峰-峰值(zhi)衰減率有明顯(xian)差異，見(jian)表(biao)4-11。

   采用不(bu)同厚度的鋼板進一步試驗(yan)，缺(que)陷(xian)參數和峰(feng)-峰(feng)值衰減率見表4-12～表4-15。

   通過大(da)(da)量(liang)(liang)對比(bi)試驗可以發(fa)(fa)現，提離值分別(bie)取0.3mm與0.7mm時，內、外(wai)部(bu)缺(que)(que)(que)陷(xian)衰減(jian)(jian)率(lv)差(cha)(cha)異(yi)較為穩(wen)定，無(wu)論(lun)缺(que)(que)(que)陷(xian)形態特(te)征(zheng)如何，內、外(wai)部(bu)缺(que)(que)(que)陷(xian)的(de)衰減(jian)(jian)率(lv)均(jun)有較大(da)(da)差(cha)(cha)異(yi)。從上述列(lie)表(biao)中的(de)數值可以看出，衰減(jian)(jian)率(lv)的(de)量(liang)(liang)值并不隨缺(que)(que)(que)陷(xian)的(de)其他特(te)征(zheng)（如裂紋的(de)走(zou)向、形狀(zhuang)等）的(de)改(gai)變(bian)而發(fa)(fa)生(sheng)大(da)(da)的(de)變(bian)化(hua)。此外(wai)，隨著被檢測鋼板厚度的(de)加大(da)(da)，內、外(wai)部(bu)缺(que)(que)(que)陷(xian)的(de)衰減(jian)(jian)率(lv)差(cha)(cha)別(bie)更大(da)(da)。

二、內、外部缺(que)陷位置區分特(te)征量

  對于相同(tong)尺寸的(de)內、外(wai)部(bu)缺(que)陷，在不同(tong)提離(li)位(wei)置上的(de)兩個測點處得(de)到(dao)的(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值差(cha)值，外(wai)部(bu)缺(que)陷信號(hao)明顯大于內部(bu)缺(que)陷信號(hao)。為此，提出(chu)歸(gui)一(yi)化的(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值差(cha)值，同(tong)時得(de)到(dao)歸(gui)一(yi)化衰減(jian)率Rid，即

  其(qi)中，Vpp(z)對應外(wai)部缺(que)(que)陷(xian)時(shi)為(wei)，對應內(nei)(nei)部缺(que)(que)陷(xian)時(shi)為(wei)Vinpp(z)。為(wei)便于表達，將外(wai)部缺(que)(que)陷(xian)和內(nei)(nei)部缺(que)(que)陷(xian)歸一化衰減率分別記為(wei)ERid和IRido實際檢(jian)測時(shi)，用Rid來辨(bian)別缺(que)(que)陷(xian)信號對應的(de)是外(wai)部缺(que)(que)陷(xian)還是內(nei)(nei)部缺(que)(que)陷(xian)。

  進(jin)一(yi)步(bu)，試驗驗證將歸一(yi)化衰減率作(zuo)為(wei)(wei)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)內、外(wai)部缺(que)陷(xian)區分標(biao)準(zhun)的可行(xing)(xing)性(xing)，設計雙層霍爾(er)元(yuan)件(jian)陣列(lie)封(feng)裝(zhuang)檢測探(tan)頭，結構及(ji)實物(wu)如圖(tu)4-31所示。采(cai)(cai)(cai)用厚(hou)度為(wei)(wei)0.3mm的聚甲醛片(pian)作(zuo)為(wei)(wei)耐磨片(pian)，微(wei)型霍爾(er)元(yuan)件(jian)厚(hou)度為(wei)(wei)0.4mm，最終形成雙層霍爾(er)元(yuan)件(jian)相對于不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)表面提離(li)距離(li)分別為(wei)(wei)0.3mm和0.7mm。選用厚(hou)度為(wei)(wei)9.35mm、外(wai)徑為(wei)(wei)88.9mm的鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)作(zuo)為(wei)(wei)試件(jian)，采(cai)(cai)(cai)用電火花及(ji)機械(xie)加工(gong)方法(fa)在不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)上加工(gong)內、外(wai)部缺(que)陷(xian)，見(jian)表4-16，采(cai)(cai)(cai)用直流磁化線(xian)圈對鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)進(jin)行(xing)(xing)軸向磁化，檢測速度保持(chi)穩(wen)定。

  通(tong)過(guo)試驗數據計(ji)算(suan)歸一(yi)化(hua)衰減率，見表4-16，并繪制成如(ru)圖4-32所示的(de)分(fen)布圖。從圖中可以發現，不(bu)銹鋼管(guan)中內、外部缺(que)陷具(ju)有較(jiao)明顯(xian)的(de)量值差異。該方法區(qu)分(fen)正確(que)率高，然而探(tan)頭系統較(jiao)為復雜，需要(yao)更多(duo)的(de)通(tong)道數來實(shi)現冗余(yu)檢(jian)測，因此一(yi)般用(yong)于高品質(zhi)不(bu)銹鋼管(guan)的(de)檢(jian)測。

  內、外部缺陷區分是不銹鋼管(guan)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。

  每種內、外部(bu)缺(que)陷區(qu)分(fen)方法都(dou)各有(you)優缺(que)點，沒有(you)一種方法可(ke)100％正確區(qu)分(fen)。在選擇(ze)缺(que)陷區(qu)分(fen)方法時(shi)，要根據檢(jian)測要求、工件特性、缺(que)陷類型、使(shi)用工況以及設備成本來選擇(ze)合適(shi)有(you)效的內、外部(bu)缺(que)陷區(qu)分(fen)方法。